hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サル皮質DCSによる意思決定に関わる中脳、脳幹-大脳皮質ネットワーク動態の解明

パーキンソン病などでは随意運動異常とともに、脳幹中脳のドパミン、アセチルコリン系のモジュレーションによる大脳の集団的な神経活動ダイナミクスに異常が見られる。非侵襲で大脳、脳幹活動を操作し、随意運動を改善させるような効果的な脳刺激法を開発するうえで、ヒトに近いサルで脳幹アセチルコリン系のニューロン集団の単一細胞レベルで、随意運動遂行と神経活動のダイナミクスの関係を明らかにする必要がある。サル脳幹のアセチルコリン性の脚橋被蓋核において、特に随意眼球運動遂行中に、α-βレンジ(8-30Hz)で規則的な単一ニューロン活動が生じることを発見した。反復経頭蓋磁気刺激(rTMS)や経頭蓋定電流刺激は、非侵襲的に大脳皮質を局所刺激してその神経活動を促進あるいは抑制する方法で、すでに臨床の場で試用されているが、その作用機序については不明な点が多い。わたしたちはサルを用いて、異なる方法(部位や頻度・強さ)のrTMS,DCSによる脳の活動の変化と、その結果引き起こされる行動・自律神経反応の変化を特定することにより、rTMS,DCSによる脳機能操作法の確立を目指している。最近特に認知行動課題を遂行しているサルを用いて、反復経頭蓋磁気刺激(rTMS)が中脳ドパミン・脳幹アセチルコリン系の変化を介して注意、意欲・覚醒レベル・学習・意思決定の変容をもたらすメカニズムの解明研究をめざしている。今回得られたサル脳幹アセチルコリン系の単一細胞レベルでの随意運動遂行と神経活動のダイナミクスの変化を、今後適切なrTMSパターンの開発につなげたいと思う。27年度が最終年度であるため、記入しない。今期われわれは、大脳基底核の活動パターンと類似した「眼のゆらぎ(固視微動)」からサッケードの意思決定過程を予測できることを発見した(Watanabe et al,2014)。また、同様のサッケード課題を用いて注意障害の児童の意思決定過程の特徴を見いだした(Kitamura et al, 2015 in press)。さらに、サルの注視中の固視微動(Okada and Kobayashi, 2014)と、パーキンソン病、進行性核上性麻痺などと関連の深い脳幹アセチルコリン作動性の脚橋被蓋核のニューロン活動との関係を明らかにした。また、脚橋被蓋核の周期的ニューロン活動が眼球運動課題遂行時の注意、覚醒レベルの維持に関与していることが明らかになった(Okada and Kobayashi, Submitted)。これらよりより、脳深部疾患による固視微動動態や大脳皮質、脳幹、大脳基底核の大規模ネットワークの協調活動が、視覚認知、意思決定、予測発現などの行動異常を繋ぐ神経回路機序が明らかになった。tDCSの全脳での効果を調べるためサルtDCS中の7TMRI画像を取得中である。ヒトとサル、行動解析とMRIといった様々な手法の研究が進展し、tDCS効果を多面的に解析出来る下地が出来てきた。内容1)サルにtDCSを実施し(運動領野、前頭葉など)、tDCS中のサルの7TMRI画像を得て、脳内での実際の電流の計測、拡散テンソルによる線維解析、安静時fMRIデータを解析し、刺激部位、刺激強度の探索を行う。刺激部位が決まればtDCSが可能なように、刺激プローブやサルのインプラント形状など設置法を工夫する。内容2)サルにtDCSを行い、行動に変化を引き起こす刺激条件を探索する。刺激部位・刺激強度の組み合わせと行動の変化の相関を調べる解析を行う。また、tDCS前後のサル中脳黒質緻密部、腹側被蓋野、脳幹脚橋被蓋核のニューロン記録を行う。
細菌感染ウィルスのゲノム組み換えの宿主依存性と疾患特異性のビッグデータ解析

まず、地球上のウイルスの多様性と総体に関して、2016年のNatureの論文(Paez-Espino et al)で発表された12万本以上の塩基配列データの中から、宿主細菌が種レベルで推定された211のウイルスグループ(種)を抽出し、進化の原動力としての宿主に重複感染したウイルス間で生じるゲノムの組換えに注目して解析した研究を論文にまとめた(論文の査読過程で上記のNature論文の著者も加わり、Scientific Reportsに出版)。80%以上のウイルスグループで組換えが検出され、そのうち25のウイルスグループで組換えが特に高頻度に検出され、それらは、ウイルスの大系統樹の中で幅広く分布し、口腔細菌を宿主とすることが明らかになった。さらに、組換えが特に高頻度に検出される遺伝子は、ファージの形態形成に関する遺伝子に有意に多く、口腔細菌を宿主とするファージの一部は、ゲノムの頻繁な組み換えによって宿主の免疫系から逃れ続けている可能性が明らかになった。この成果の口頭発表を、進化学会、口腔感染症学会、ゲノム微生物学会、国立遺伝研の研究集会で行った。次に、ウイルスと宿主細菌の関係を探るモデル系として、両者が最も高密度に存在する環境の1つとされる口腔に注目するという観点から、唾液を可能な限りdeepにショットガンメタゲノム解読する研究について、新たに「先進ゲノム支援」に採択され、HiSeqだけでなく、唾液1mLから抽出されるDNA量(PacBioに必要な量の半分以下)にも適用可能なOxford Nanoporeの最新機種PromethIONによる解読を、まずは健常者由来の4サンプルを対象に行った。一方、口腔内の細菌叢・ウイルス叢と疾患との潜在的な関係を探るために、口腔疾患の患者由来の唾液の収集も行った。これらの解析には、次年度から始まる本領域の第二期公募研究で取り組む。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。地球上のウイルスの多様性と総体(Earth's virome)に関して、2016年8月のNatureの論文(Paez-Espino et al)で発表された12万本以上(既知の50倍以上)の塩基配列データを、ファージ(細菌に感染するウイルス)のゲノムの組換えに注目して解析した。具体的には、宿主細菌が種レベルで推定された211のウイルスグループ(種)を抽出し、パンゲノム解析によって、全遺伝子を対象に組換えの痕跡を検出した。そして、組換えの頻度(/塩基)と、宿主菌の免疫機能(外来ウイルスのゲノムを切断・分解する制限酵素、獲得免疫機構であるCRISPR-Cas)、および宿主菌の生息環境との関係を解析した。その結果、84%のウイルスグループで組換えが検出された。そのうち25のウイルスグループで組換えが特に高頻度に検出され、それらは、ウイルスの大系統樹の中で幅広く分布し、口腔細菌を宿主としており、宿主細菌種のII型制限酵素の頻度と逆相関していた。さらに本研究では、組換えが特に高頻度に検出される遺伝子を同定し、それらがファージの形態形成に関する遺伝子に有意に多いことを明らかにした。口腔内には、口腔細菌の獲得免疫機構であるCRISPRのスペーサーが少なくとも数十万個転写されていることが知られており、口腔細菌を宿主とするファージは、ゲノムの頻繁な組み換えによって宿主の免疫系から逃れ続けている可能性が考えられた(論文投稿中)。次に、細菌とウイルスが最も高密度に存在すると言われてきた口腔について、両者のバランスの乱れと疾患との潜在的な関係を探るために、健常者と患者の唾液をdeep sequencingし、両者の細菌叢とウイルス叢を比較する研究を開始した。主施設・共同研究施設での倫理委員会の承認と、酵素法による唾液からのDNA抽出の検証までを終えた段階である。計画通り進展している。特に、本プロジェクトを通じて新たに、Leibniz InstituteのJan P. Meier-Kolthoff博士と共同研究を行い、論文をまとめることが出来た。

一方、口腔内の細菌叢・ウイルス叢と疾患との潜在的な関係を探るために、口腔疾患の患者由来の唾液の収集も行った。これらの解析には、次年度から始まる本領域の第二期公募研究で取り組む。今後も計画通りの進捗が得られるよう、日々出来る限りの努力する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ディオファンタス近似論とその周辺

多次元連分数変換のうちJacobi-Perronアルゴリズムを用いて,平面の平行四辺形(3種)による準周期的タイリングの構成方法が,伊藤;大槻によって成功した。類似のアルゴリズムによって,上記の構成法を正規化することが出来,平面上のコラクタル境界をもつ領域(〓^2と同相)が構成出来,さらにその領域上のDomain exchangeと呼ばれる力学系(フラクタル領域上の力学系)で〓^2上の準周期運動と同型なものが構成出来ることが分かった。はじめ,上に述べた力学系の構成は,アルゴリズムが周期的なものについて構成出来たが,のちそれは非周期的なものさらにはalmost everywhereな数について構成出来ることが分かった。周期的なものから非周期的なものへの飛躍への手掛りは,伊藤・大槻・Keaneによって昨得られた結果:Modified Jacobi-Perronアルゴリズムでは,あるδ>οが存在して殆んど全ての(α,β)はgnを近似分母とするときgn^<1+8>のオーターで同時近似出来る,この結果は同似近似論からみても深い結果と思われる,を行いて非周期的の場合に成功した。現在はこれら研究,主にタイリングの構成法,がディオファンタス近似論として何を発見したことになるのかを言葉化することに主眼がおかれている。
宇宙放射線による筋運動の変調に関わる神経メカニズムの解析

本研究では,放射線による筋運動の変調のメカニズムを明らかにすることを目的とし,モデル生物の線虫を対象として,放射線照射実験とシミュレーションとを組み合わせた実験解析系を構築した.放射線照射実験により,照射による線虫の咽頭筋運動の一時的な停止を見出すと共に,放射線照射によって産生する酸化ストレスがこの応答に関与している可能性を示した.さらに,線虫の解剖学的構造に基づいて作成した咽頭筋細胞ネットワークモデルによるシミュレーションでは,咽頭筋運動のリズムの生成と停止に関与する細胞を絞り込むことに成功した.本研究では,宇宙放射線による筋運動変調の神経メカニズムを明らかにすることを目的とし,ヒトの心筋に類似した線虫の咽頭筋を対象として,1.放射線影響解析実験と2.シミュレーションによる細胞機能予測とを組み合わせた実験解析系を構築する.平成24年度には,1.(1)線虫の咽頭筋運動に対する放射線影響を明らかにする及び2.(1)線虫の咽頭筋運動時の筋電位を再現し得る実構造ベースの咽頭筋モデルを構築するの2つの研究項目を実施した.この成果をもとに,平成25年度は,当初計画に従い,以下の2つの研究項目に取り組んだ.1.(2)放射線による咽頭筋運動変調(運動の停止と速やかな回復)における活性酸素種(酸化ストレス)の関与の有無を明らかにする:放射線照射により産生される活性酸素種の一種である過酸化水素の影響を考慮し,放射線照射の代わりに過酸化水素溶液を線虫に曝露する実験を実施した.この結果,放射線照射線虫で観られた咽頭筋運動変調と同様の現象が,過酸化水素曝露線虫でも観られることを初めて明らかにした.2.(2)咽頭筋モデルを用いたシミュレーションにより,筋運動変調に関与する筋細胞を予測する:平成24年度に完成させた線虫の咽頭筋モデルを用いたシミュレーションにより,咽頭筋の各細胞の出力(筋電位)波形を調べ,咽頭筋運動のリズム制御に強く関与する細胞を絞り込むことができた.これらの成果を国内外の学術講演会等にて発表した.本研究では,放射線による筋運動の変調のメカニズムを明らかにすることを目的とし,モデル生物の線虫を対象として,放射線照射実験とシミュレーションとを組み合わせた実験解析系を構築した.放射線照射実験により,照射による線虫の咽頭筋運動の一時的な停止を見出すと共に,放射線照射によって産生する酸化ストレスがこの応答に関与している可能性を示した.さらに,線虫の解剖学的構造に基づいて作成した咽頭筋細胞ネットワークモデルによるシミュレーションでは,咽頭筋運動のリズムの生成と停止に関与する細胞を絞り込むことに成功した.本研究では,宇宙放射線による筋運動変調の神経メカニズムを明らかにすることを目的とし,ヒトの心筋に類似した線虫の咽頭筋を対象として,1.放射線影響解析実験と2.シミュレーションによる細胞機能予測とを組み合わせた実験解析系を構築する.本年度は,当初計画に従い,「線虫の咽頭筋運動に対する放射線影響の解析と咽頭筋モデルの構築」に関する以下の2つの研究項目に取り組んだ.1.(1)線虫の咽頭筋運動に対する放射線影響を明らかにする(放射線照射実験):原子力機構高崎量子応用研究所の放射線照射施設にて,線虫に宇宙放射線を模擬した粒子線を照射し,エサの咀嚼・嚥下を担う咽頭筋運動に対する放射線影響を調べ,線量応答及び,照射部位による影響の現れ方の違いなどを明らかにした.2.(1)線虫の咽頭筋運動時の筋電位を再現し得る実構造ベースの咽頭筋モデルを構築する:線虫の咽頭の8種20個の筋細胞を個々にモデル化(数式として表現)し,実際の接続構造に基づいて各細胞間を電気的ギャップ結合で接続することで,実生物と細胞レベルで対応が取れる咽頭筋モデルを完成させた.各細胞の感受性や細胞同士の結合の強度(情報伝達量)といった各種細胞特性をそれぞれパラメータとして表現し,実生物から計測した咽頭筋運動時の筋電位データを再現するようにこれらの値を調整した.その結果,本モデルにより,線虫(野生型)から取得した筋電位を再現できることを確認した.本研究では,宇宙放射線による筋運動変調の神経メカニズムを明らかにすることを目的とし,ヒトにおける心筋に対応する線虫の咽頭筋を対象として,1.放射線影響解析実験と2.シミュレーションによる細胞機能予測とを組み合わせた実験解析系の構築を目指してきた.平成26年度は,前年度までの放射線影響解析実験とシミュレーションの結果をもとに,「放射線による咽頭筋運動変調」への関与が疑われる細胞に着目した検証実験を進めた.具体的には,咽頭のみ,あるいは腹部,尾部といった咽頭以外のごくわずかなエリアを狙った重イオンマイクロビーム局部照射実験を軌道に乗せ,咽頭筋運動の変調は,咽頭への放射線照射によってのみ引き起こされることを突き止めた.さらに,咽頭の特定の細胞を狙った精密なマイクロビーム細胞照射実験系の開発にも着手した.これらの成果を国内外の学術講演会等にて発表した.放射線生物学本年度は,当初計画に従い,1.(2)放射線による咽頭筋運動変調における活性酸素種(酸化ストレス)の関与の有無を明らかにする2.(2)咽頭筋モデルを用いたシミュレーションにより,筋運動変調に関与する筋細胞を予測するの2つの研究項目を実施し,その成果は,国内外の学術講演会等での発表に結びついた.これらに加え,咽頭筋運動に対する放射線影響の照射部位依存性を調べる実験も引き続き実施し,放射線照後の咽頭筋運動の一時的な停止が,咽頭部のみへの放射線照射で引き起こされることを突き止めた.以上から,本研究はおおむね順調に進展していると言える.

本年度は,当初計画に従い,1.(1)線虫の咽頭筋運動に対する放射線影響を明らかにする(放射線照射実験)2.(1)線虫の咽頭筋運動時の筋電位を再現し得る実構造ベースの咽頭筋モデルを構築するの2つの研究項目を実施し,その成果は,国内外の学術講演会での発表及び学術雑誌への論文投稿に結びついた.2.(1)については特に順調に進み,次年度から実施予定だった「咽頭筋モデルを用いたシミュレーションにより,咽頭筋運動変調に関与する細胞を予測する」研究(研究項目2.(2))に着手することができた.以上から,本研究はおおむね順調に進展していると言える.最終年度となる平成26年度には,1.の実験と2.のシミュレーションの結果から予測された咽頭筋運動変調のメカニズムをもとに,「放射線による咽頭筋運動変調」への関与が強く疑われる細胞に着目した検証実験を提案する.また,本研究において得られた成果をまとめ,学術雑誌,学術講演会等にて発表する.成果のまとめの段階で必要が生じれば,実験及びシミュレーションを適宜追加実施する.次年度以降には,本年度実施した研究項目1.(1)及び2.(1)の次のステップとして,「酸化ストレス応答実験とシミュレーションによる咽頭筋運動変調メカニズムの解析」に関する以下の実験とシミュレーションを並行して実施する.1.(2)放射線による咽頭筋運動変調における活性酸素種(酸化ストレス)の関与の有無を明らかにする:線虫の全身運動(移動)は放射線照射により低下するが,これには放射線照射により産生した活性酸素種の神経系への作用が関与している.そこで,放射線照射による咽頭筋運動の低下にも同様の機序があることを疑い,1活性酸素種の一種である過酸化水素の溶液に線虫を曝露し,放射線による咽頭筋運動変調と同様の現象が観られるか調べる実験及び,2酸化ストレス消去経路に異常がある突然変異体(daf-2,sod-2変異体等)に放射線を照射し,照射直後に停止した咽頭筋運動が回復し得るかどうかを調べる実験をそれぞれ実施する.2.(2)咽頭筋モデルを用いたシミュレーションにより,咽頭筋運動変調に関与する細胞を予測する:本年度に構築した線虫の咽頭筋モデルに含まれる細胞の活動レベルを個別に/複数同時に変化させたり,筋細胞間のギャップ結合における情報伝達量を変化させた場合に,モデルの出力(筋電位)波形がどう変化するかを調べる.このようなシミュレーションにより,咽頭筋運動のリズム制御に強く関与する細胞を予測すると共に,咽頭筋運動を停止するための十分条件を探る.最終的に,1.の実験と2.のシミュレーションの結果から予測された咽頭筋運動変調のメカニズムをもとに,「放射線による咽頭筋運動変調」への関与が強く疑われる細胞に着目した検証実験を提案する.本研究において得られた成果をまとめ,国内外の学術講演会及び学術雑誌にて発表する.実験及びシミュレーションの作業手順の効率化と計画的実施,購入製品の厳選等により,物品類の購入経費を抑えられた他,学会参加費の一部について所属機関からの補助を得られたため.線虫の培養・実験観察用の消耗品(ディッシュ等及び試薬類)を購入する(消耗品費).○線虫の咽頭筋モデルを用いたシミュレーション:線虫の咽頭筋モデルを用いたシミュレーションに使用するシステムモデリングソフトウェア(現有物品)のライセンス更新を行う(消耗品費).○線虫の放射線照射実験:線虫の培養・実験観察用の消耗品(ディッシュ等及び試薬類)を購入する(消耗品費).
スクミリンゴガイの性比変動要因と性決定機構の解明

淡水巻貝スクミリンゴガイにおける大きな性比の変動には,少数の性決定遺伝子が関与するという仮説を検証した。全きょうだいの関係にある姉妹のF1を同一雄と掛け合わせて得られたF2世代の性比は,いくつかの値に収束した。この結果は,姉妹の遺伝子型が少数であることを意味し,少数遺伝子関与の証拠となる。また,遺伝マーカーとしてマイクロサテライト部位を40以上見出した。このうちの一つは雌雄で頻度が異なり,性決定遺伝子座との連鎖が示唆された。本研究課題の目的は,スクミリンゴガイで発見された著しい性比変動が,少数の性決定遺伝子によって生じているという仮説を検証し,その遺伝様式の特定を行うことである。スクミリンゴガイは南米原産の淡水巻貝で,アジア各地で稲をはじめとする水生植物に大きな被害をもたらしている。本研究では,スクミリンゴガイにおける少数遺伝子による性決定を遺伝学的手法により検証し,性決定機構および性比変動を詳細に解析する。得られる成果は,少数遺伝子による性決定機構と性比変動に関する最も詳細な基礎研究になり,また,応用的には性決定機構を利用したスクミリンゴガイ防除への道が開けることが期待される。そのために,平成19年度は,2つの小課題に沿って研究を進めた。1.掛け合わせ実験:野外で採集したスクミリンゴガイの未成熟個体を雌雄のペアにして飼育し,交配させた。その子供(F1)の性比を調べたところ,統計的に有意に雄に偏っている家系から雌に偏っている家系まで,さまざまな性比をもった約30家系が得られた。現在,各F1の姉妹を成熟まで飼育中である。成熟後,各家系内で共通の雄と掛け合わせ,F2の性比を調べる予定である。2.DNAマーカーの開発と連鎖解析:近縁種で知られているマイクロサテライト部位を参考に,スクミリンゴガイでマイクロサテライト領域の探索を行ったところ,2つのマイクロサテライト領域が検出できた。この領域に対するマーカーを調べたところ,再現性に優れ,実用的であることが示唆された。また,これらのマーカーだけでは数が不足しているため,スクミリンゴガイのゲノムDNAライブラリーを作成し,マイクロサテライト配列を含むクローンの選択に着手した。そのために,平成20年度は2つの小課題に沿って研究を進めた。1.掛け合わせ実験:F2の性比を調べた。野外採集個体に由来する各家系のF1から4-6個体程度の雌(全きょうだいの関係にある姉妹)を選んで同一の雄と交配・産卵させ,孵化貝を飼育して性比を決定した。この結果,母親が全きょうだいの関係にあるF2の貝の性比は,予測通りいくつかの離散的な値をとった。この結果は,少数遺伝子による性決定を強く示唆する。2.DNAマーカーの開発と連鎖解析:近縁種で知られているマイクロサテライト部位を参考に,スクミリンゴガイでマイクロサテライト領域の探索を行ったところ,3つのマーカーが得られた。また,ゲノムDNAライブラリーからのマイクロサテライト配列を含むクローンの選択をすすめ,1つの新規マーカーが開発できた。これらのマーカーの多型性やメンデル遺伝との整合性などをチェックし,利用可能であることを確かめた。そのために,遺伝学的手法を用いて少数遺伝子による性決定を検証し,性決定機構および性比変動を詳細に解析する。平成21年度は2つの小課題に沿って研究を進めた。1.掛け合わせ実験:熊本県熊本市のレンコン田からスクミリンゴガイを採集し,未成熟の個体からペアで飼育し,産卵させた。各ペアから孵化した個体(F1)について4-6個体の雄(全兄弟;full sib)をランダムに選び出し,同一の雌と交配・産卵させた。その孵化貝(F2)を飼育して性比を調べる実験に着手した。しかし,F2で飼育個体の大量死があり,初めから実験をやり直したため,現在までにF2を得るには至っていない。今後も飼育を継続する。2. DNAマーカーの開発と連鎖解析:Hamiltonら(2002)の方法を改良し、効率的にマイクロサテライト領域を含むDNA断片をクローン化する方法を開発した。

この方法により現在までに44のDNA断片を取得し、マイクロサテライト領域(CAA, CAGリピート)を増幅するプライマーのデザインを完了している。これらのプライマーを今後利用し、スクミリンゴガイの親子間での検定を行い、性染色体マーカーとして利用できる領域を選別する。さらにマイクロサテライト領域を含むDNA断片のクローン化を継続し、精度の向上を図る。なお、本プロジェクトで開発した方法は非常に簡便であるため,他の生物種についても応用が期待される。
幼児・児童期の生物多様性保全認識向上のための学社融合カリキュラム開発に関する研究

生物多様性や食に関連する教科・領域における体系的・総合的な学習カリキュラム、地域教育の学習課題と方法についての調査を行った。2011年の東日本大震災以降の被災地域の復興をめぐる議論の中で、震災以前からこれらの地域の多くが抱えていた過疎、貧困、里山、村落共同体の崩壊といった課題を解決し、自然災害のリスクと向き合いながら、地域がより持続可能に復興していくかが重要な課題となっていることを踏まえ、地域の回復力としての「リジリアンス」に着目し、Y.エンゲストロームの拡張学習理論など欧米の研究成果を発展させつつ、災害被災地と将来の災害が予想されている地域との相互インタラクティブ学習の可能性を示した。本研究は、教育の法制改革と振興計画の重要な分野である幼児・児童期の発達課題としての自然体験学習と生物多様性保全認識の向上を、自然科学視点に加えて社会・経済・文化的視点も含めた食育の視点(身体レベルのコミュニケーション能力の回復や農業や食のあり方の見直しの視点)でとらえることにより、持続可能な開発のための教育(Education for Sustainable development=ESD)としての積極的な学社融合カリキュラム開発の究明を目的とした。本研究においては以下の3点を個別目標として射程においた。(1)今日的学習課題である生物多様性の保全認識向上を食育の視点(身体レベルのコミュニケーション能力の回復や農業や食のあり方の見直しの視点)をもったカリキュラムを開発する。(2)各教科指導の中で実施される観点別評価に相当する「環境・生物多様性教育」の評価指標を作成するとともに、学社融合カリキュラムの進め方における課題を明らかにする。(3) SLE研究のこれまでの成果を踏まえて、「環境に働きかける実践力の育成」のための教育方法を開発し、日本の成果を踏まえて世界・特に東アジア各国との共同調査の実施・検討を行う。研究二年目の24年度は前年度の基礎調査データと設計した調査票に基づき、生物多様性や食に関連する教科・領域における体系的・総合的な学習カリキュラム、地域教育の学習課題と方法についての調査を行った。具体的には、「A.生物多様性教育カリキュラムの開発RP」、「B.環境・生物多様性教育の評価指標作成RP」、「C.世界・特に東アジア各国との共同調査の実施・検討RP」、「D.環境に働きかける実践力の育成のための教育方法の開発RP」、「E.学社融合カリキュラムの進め方における課題RP」の5つのリサーチプロジェクトをスタートさせた。【研究目的と目標】本研究は、教育の法制改革と振興計画の重要な分野である幼児・児童期の発達課題としての自然体験学習と生物多様性保全認識の向上を、自然科学視点に加えて社会・経済・文化的視点も含めた食育の視点(身体レベルのコミュニケーション能力の回復や農業や食のあり方の見直しの視点)でとらえることにより、持続可能な開発のための教育(Education for Sustainable development=ESD)としての積極的な学社融合カリキュラム開発の究明を目的とし、(1)今日的学習課題である生物多様性の保全認識向上を食育の視点(身体レベルのコミュニケーション能力の回復や農業や食のあり方の見直しの視点)をもったカリキュラムを開発する。(3) SLE研究のこれまでの成果を踏まえて、「環境に働きかける実践力の育成」のための教育方法を開発し、日本の成果を踏まえて世界・特に東アジア各国との共同調査の実施・検討を行うことの3点を個別目標とした。【研究の概略と成果】2011年の東日本大震災以降の被災地域の復興をめぐる議論の中で、震災以前からこれらの地域の多くが抱えていた過疎、貧困、里山、村落共同体の崩壊といった課題を解決し、自然災害のリスクと向き合いながら、地域がより持続可能に復興していくかが重要な課題となっていることを踏まえ、環境、社会、経済的、心理学的、都市設計など、多様な研究者、行政、NGO、一般市民による地域の回復力としての「リジリアンス」に着目し、Y.エンゲストロームの拡張学習理論など欧米の研究成果を発展させつつ、災害被災地と将来の災害が予想されている地域との相互インタラクティブ学習の可能性を示した。

(2)各教科指導の中で実施される観点別評価に相当する「環境・生物多様性教育」の評価指標を作成するとともに、学社融合カリキュラムの進め方における課題を明らかにする。(3) SLE研究のこれまでの成果を踏まえて、「環境に働きかける実践力の育成」のための教育方法を開発し、日本の成果を踏まえて世界・特に東アジア各国との共同調査の実施・検討を行う。研究初年度の23年度は本研究の目的を達成するために、本研究に参加する研究者を「生物多様性教育システム研究(研究統括)グループ」「学校教育の専門研究者で構成される学校-生物多様性教育研究グループ」「社会教育・地域づくり教育の専門研究者で構成される地域-生物多様性教育研究グループ」のように組織化し、生物多様性について全国的に優れた実践とともに自然生態系の保護を地域づくりのビジョンの中に位置付けている自治体として宮城県南三陸町、韓国(洪城郡洪東面)を訪問した。3点の個別目標について以下のサブプロジェクトが進行している。「(1)今日的学習課題である生物多様性の保全認識向上を食育の視点(身体レベルのコミュニケーション能力の回復や農業や食のあり方の見直しの視点)をもったカリキュラムを開発する個別目標」については、A-1.教師教育のための農地活用SRP(Sub Reseach Project)、A-2.自然保護教育・自然体験学習SRP、A-3.環境思想・教育SRP、E-1.学校と地域の連携(長野県飯田市調査)SRP、「E-2.高等学校「総合学科」に関する研究SRP」、「E-3.学校支援地域本部における学生ボランティア受け入れに関する研究SRP」を開始し、その成果の一部を公表した。「(2)各教科指導の中で実施される観点別評価に相当する「環境・生物多様性教育」の評価指標を作成するとともに、学社融合カリキュラムの進め方における課題を明らかにする個別目標」については、「B-1.教科「環境」(案)の授業評価指標開発SRP」「C-1.韓国農村の教育共同体研究SRP」「C-2.ESDと生物多様性SRP」、「D-2.環境教育における人格及び発達論の研究SRP」「D-3.公民館における防災教育拠点としての諸課題に関する研究SRP」を開始し、その成果の一部を公表した。「(3) SLE研究のこれまでの成果を踏まえて、「環境に働きかける実践力の育成」のための教育方法を開発し、日本の成果を踏まえて世界・特に東アジア各国との共同調査の実施・検討を行う個別目標」については、」、「D-1.コミュニティリジリアンス(宮城県南三陸町調査)」SRP、「D-4.自治体及びNPOの職員研修に関する研究」、「D-5.環境教育における参加型アクションリサーチ研究」を開始し、その成果の一部を公表した。以上の状況から研究目的の達成度はおおむね順調に進展しているといえる。本研究の目的の達成度について、3点を個別目標についてそれぞれ研究プロジェクトをスタートさせた。「(1)今日的学習課題である生物多様性の保全認識向上を食育の視点
ランダム磁場シュレーディンガー作用素のスペクトルの研究

周期的Aharonov-Bohm磁場および一様磁場を持つシュレーディンガー作用素のスペクトルの構造を調べた。特にLandau準位が、無限多重度の固有値や絶対連続スペクトルになるための条件を与えた。1.有限連結グラフにおける非分離2-因子(Gをグラフとし、Fをその2-因子としたとき、G-Fが連結であるようなもの)という概念を提出し、偶数次数有限正則グラフが非分離2-因子を持つためのGの位数についての最良の十分条件を与えた。非分離2-因子は、2-因子を持つグラフのクラスにおける新しい連結性を表しているものと考えられる。2.ランダムAharonov-Bohm磁場を持つシュレーディンガー作用素の、状態密度関数のスペクトルの下端での漸近挙動、所謂Lifshitz tailと呼ばれる現象について調べた。その結果、δ-磁場の位置は周期的に配置し磁場の強さをランダムにするモデルと、δ-磁場の位置をポアソン分布に従ってランダムに配置するモデルの両方を含んだ広いクラスのランダムAharonov-Bohm磁場を持つシュレーディンガー作用素に関して、大偏差原理を援用することにより状態密度関数についてLifshitz tailと呼ばれる現象(スペクトルの下端での状態密度関数の立ち上がりが指数関数的に緩やかである)が生じることを証明した。これはスペクトルの下端でのAnderson局在(固有値が稠密に存在し、対応する固有関数が指数関数的に減衰する)の可能性を示唆している。3.周期的Aharonov-Bohm磁場および一様磁場を持つシュレーディンガー作用素のスペクトルの構造を調べた。最小Landau準位については、その存在条件や固有空間の構造、また絶対連続スペクトルの出現などが、基本領域を貫く磁束の量によって決定されることを調べてきたが、さらに高いエネルギーのLandau準位について、その構造が明らかになりつつある。特に第二Landau準位の存在条件とその固有空間の構造、および絶対連続スペクトルの存在などが示された。1. 2次元ユークリッド平面上の周期的Aharonov-Bohm磁場および一様磁場を持つシュレーディンガー作用素のスペクトルの構造を調べた。最小ランダウレベルについては、その存在条件や固有空間の構造、また連続スペクトルの出現など、基本領域をつらぬく磁束の量によって相転移的な現象が生じることを調べてきたが、さらに高エネルギーのランダウレベルについて調べた。第二ランダウレベルについては、基本領域をつらぬく磁束の量による固有値の出現の条件求めその固有空間の決定をし、閾値においては絶対連続スペクトルが現れることをしめすことができた。2.上半平面上の格子点、すなわちSL2(R)の離散部分群によるある点の軌道上にAharonov-Bohm磁場を配置し、さらに一様磁場をもつシュレーディンガー作用素のスペクトルの構造を調べた。特にランダウレベルの存在条件や固有空間の構造を調べ、単位面積当たりの磁束の平均量によってランダウレベルの存在条件が表されることを示した。またその条件において曲率の寄与の表れ方を求めることができた。また離散部分群によってきまるリーマン面に応じて格子点上にAharonov-Bohm磁場がどれくらい存在しうるかという問題は基本的なものであるが、これについて現在調べつつある。3.ランダム磁場を持つシュレーディンガー作用素の状態密度関数のスペクトルの下端での漸近挙動、いわゆるリフシッツ・テイル(スペクトルの下端での状態密度関数の立ち上がりが指数関数的に穏やかである)という現象について基本的な結果を得たが、さらに追及している。これはAnderson局在(固有値が稠密に存在し、対応する固有関数が指数関数的に減衰する)の可能性を示唆しており、この方向についても調べている。ある第一種Fuchs群の作用に関して不変な,上半平面上の離散集合G上のAharonov-Bohm磁場および一様磁場を持つシュレーディンガー作用素のスペクトルの構造を調べた。例えば、ユークリッド平面上の周期ポテンシャルを持つシュレーディンガー作用素のように、平行移動のようなアーベル群が作用する作用素については、Bloch解析(Floquet理論)により、スペクトルのバンド構造やその絶対連続性、スペクトルとBloch解との関係など精密なことが結論される。しかし今の状況においては、作用する群は一般には非可換であるので、Bloch解析が適用できない。これによりスペクトルの解析がより困難になる。よって個別にでも、非可換群の作用で不変な作用素のスペクトルを解析することは非常に重要である。我々の研究においては、ランダウレベルと呼ばれる多重度無限大の固有値の存在の必要十分条件や固有空間の解構造を調べ、単位面積当たりの磁束の平均量によってランダウレベルの存在条件が表されることを示した。また、その条件において、曲率の寄与の現れ方を示すことができた。ところで、存在条件を求める我々の証明の中では、作用に関して不変な離散集合Gに零点を持つ保型形式と、ある条件を満たすカスプ形式の存在が必要であった。そのために、どのような第一種Fuchs群に関して、条件を満たす保型形式が存在するかを判定する必要がある。その研究の中で、上半平面を第一種Fuchs群で割ってコンパクト化したリーマン面の幾何的な条件が重要な役割を果たすことが分かってきた。特に、種数により大きく状況が異なるようである。現在小さい種数のリーマン面の場合の研究を進めているところである。
フィタン酸の異性体別機能性評価～畜産物摂取によるヒトの健康増進を目指して～

フィタン酸は牛乳や牛肉に含まれる脂肪酸であり、免疫調節作用などの生理活性を有する機能性脂質として近年注目を集めている。本研究では、牛乳・牛肉中のフィタン酸に2つの異性体(3R体と3S体)が存在することに着目し、3R体と3S体の免疫調節作用の直接比較を行う。牛乳・牛肉中に増強すべき異性体が3R体と3S体のうち、どちらなのかを明らかにすることが、本研究のねらいである。
大腸菌の定常期における死菌に特異的な溶菌の分子機構

大腸菌等の細菌は栄養豊富な培地で生育させると定常期初期に90%以上が急激に死ぬことが知られている。報告者はこの細胞死機構の解析過程で死菌の溶菌を促進する変異株を分離し、その解析からこの溶菌は未知のRpoE (σ^E)レギュロンによって行われることを示唆した。本研究では定常期の細胞死機構や死菌の溶菌の分子機構を明らかにすることを目的として、細胞死の誘導条件やσ^Eレギュロンの解析を行い、以下のような多くの結果を得た。1、窒素枯渇によって細胞死が誘導されることを見出し、合成培地での細胞死条件が確立された。短時間の窒素枯渇によって細胞死が誘導されるカスケードの存在が示唆された。また、同条件下での遺伝子発現変動をDNAマイクロアレイによって解析し、σ^Sやσ^Hレギュロンを含む数百の遺伝子の変動を見出した。2、死菌の溶菌に関わるσ^Eレギュロンの検索を行った。溶菌時に変動する蛋白を2次元電気泳動とTOF-MASSによって検索し、既知のσ^Eレギュロン蛋白を含む複数の蛋白を見出した。これらの蛋白遺伝子は、新たなσ^Eレギュロンであったが、それらの遺伝子破壊株の解析から溶菌に直接関与していないことが示された。3、σ^E誘導発現系を構築し、これを用いてσ^Eレギュロンが溶菌に直接関与することを示した。4、同σ^E誘導発現系を用いて、1時間のσ^E誘導によるゲノム遺伝子の発現変動をDNAマイクロアレイによって検討した。その結果、既知の23遺伝子に加えて、発現が増加した130遺伝子および減少した49遺伝子を見出した。5、窒素源枯渇条件下でのσ^E誘導による溶菌を示し、合成培地での細胞死から溶菌までの条件を確立した。今後、DNAマイクロアレイによって見出された遺伝子について検討し、細胞死や溶菌に関連する遺伝子を決定する必要がある。大腸菌をはじめとする多くの細菌は栄養豊富な培地で生育させると定常期初期に90%以上の細胞が急激に死ぬことが知られている。申請者はこの細胞死機構の解析をすすめてきたが、その過程で死菌の溶菌を促進する変異株を分離し、その解析から、この溶菌は未知のRpoE(σ^E)レギュロンによって行われることを示唆した。本研究では定常期の死菌の溶菌に関与するRpoEレギュロンを明らかにし、死菌の溶菌の存在意義や生理的役割を明白にすることを目的として、平成12年度は以下の研究をすすめた。1、RpoE発現の増加による死菌の溶菌のSDS電気泳動による検討:特に溶菌が定常期に特異的に起きていることが確認され、培養液の濁度の減少と一致した。また、野生株でも弱いながら定常期に溶菌が見られ、これについてもRpoEの発現が定常期で増加することと一致した。この結果、死菌の溶菌はRpoE発現の増加した変異株だけでなく野生株でも起きていることから、一般的に起こる現象であり、おそらく定常期の栄養不足をこれによって補い、一定の生菌数を維持するための機構と思われる。2、RpoEによる異常なコロニー形態を抑制するサプレッサーの分離と解析:サプレッサーの1つは制限修飾系の中心的なHsdSにトランスポゾンの挿入されたものであった。また、hsdS遺伝子の発現はRpoE発現の増加によって高まっていることが示された。

この結果、溶菌の過程にはまずコロニーを形成できない細胞がRpoE発現の増加にともなって制限酵素によってゲノムDNA切断が起こり、その後に溶菌が起こると予想される。3、RpoEによって発現が抑制されるp36蛋白の解析:p36蛋白は外膜のポーリン蛋白のOmpCであった。4、合成培地での細胞死や死菌の溶菌現象の再現:窒素源の減少によってコロニーの形成できる細胞数が減少した。この減少は炭素源の枯渇によっては起こらなかった。従って、窒素源の減少が細胞死を誘導していることが示された。また、窒素源を除いた培養条件でRpoEの発現を高めると溶菌が起こった。これによって合成培地での細胞死や死菌の溶菌が再現できたことから、それぞれの詳細な解析をすすめている。5、細胞死や死菌の溶菌を抑制する変異株の分離:それぞれいくつかの変異株が取得された。大腸菌等の細菌は栄養豊富な培地で生育させると定常期初期に90%以上の細胞が急激に死ぬことが知られている。申請者はこの細胞死機構の解析過程で死菌の溶菌を促進する変異株を分離し、その解析から、この溶菌は未知のRpoE (o^E)レギュロンによって行われることを示唆した。本研究では定常期の死菌の溶菌に関与するRpoEレギュロンを明らかにし、死菌の溶菌の存在意義や生理的役割を明白にすることを目的として、平成13年度は以下の研究をすすめた。1、死菌の溶菌に関わるRpoEレギュロンの検索:昨年度、RpoE発現の増加によって定常期特異的に死菌の溶菌が起こることを示した。そこで、溶菌時に発現の変動するタンパクを2次元電気泳動とTOF-MASSを組み合わせて検索した。その結果、従来からRpoEレギュロンとして知られている4個のタンパクに加えて、発現の高まった5個のタンパクと発現の低下した4個のタンパクを見出した。現在、RpoEの誘導発現系を構築し、これを用いて、RpoEレギュロンであるか否かをRT-PCRで検討している。2、RpoEによる異常なコロニー形態を抑制するサプレッサーの解析:昨年度分離したサプレッサーがHsdSのトランスポゾンによる破壊株であったことから、HsdSと関連するHsdRの破壊株およびHsdSの破壊株を作製して検討した。その結果、両破壊株では溶菌の抑制が起こるが、その抑制は比較的弱いものであった。従って、死菌の溶菌には制限修飾系に加えて別の経路が働くと考えられる。3、合成培地での細胞死や死菌の溶菌現象の再現:昨年度、窒素源枯渇による細胞死誘導や同条件下でのRpoEレギュロンによる溶菌を示した。そこで、詳細な検討をしたところ、rpoS変異によってこの細胞死が顕著になることや細胞死が起こり始めると窒素源を再添加しても細胞死を防ぐことができないこと(カスケードになっている)を見出した。現在、DNAマイクロアレイによって関連する遺伝子を検索している。4、細胞死や死菌の溶菌を抑制する変異株の分離:昨年度分離した変異株はそれぞれ抑制が弱いことが示されたので、遺伝子破壊や遺伝子発現誘導のできるトランスポゾンを用いて再分離を進めている。大腸菌等の細菌は栄養豊富な培地で生育させると定常期初期に90%以上が急激に死ぬことが知られている。報告者はこの細胞死機構の解析過程で死菌の溶菌を促進する変異株を分離し、その解析からこの溶菌は未知のRpoE(σ^E)レギュロンによって行われることを示唆した。本研究では定常期の死菌の溶菌に関与するRpoEレギュロンを明らかにし、死菌の溶菌の存在意義や生理的役割を明白にすることを目的として、平成14年度は以下の研究をすすめた。
複製因子PCNA が制御する、タンパク質ユビキチン化反応の分子機構の解析

(1)バキュロウイルスを用いた昆虫細胞発現系からユビキチンリガーゼCRL4^<Cdt2>を精製し、in vitroユビキチン化反応系を構築した。この反応系を用いて、CRL4^<Cdt2>によるCdt1、p21のユビキチン化を直接的に示した。(2)CRL4^<Cdt2>によるユビキチン化の標的となるにはPIPbox内にあるTD配列と、PIPboxから+3、+4アミノ酸下流にある2つ並んだ塩基性アミノ酸が必要であることを明らかにした。この結果から、基質がPCNAと複合体となった時、TD配列と2つの塩基性アミノ酸が外側に向かって立体配置をとり、基質となるシグナル(デグロン)をCRL4^<Cdt2>に提示する立体構造モデルを示した。(3)細胞内CRL4^<Cdt2>と相互作用する因子を質量分析により解析した結果、新規のユビキチン化標的因子の候補を見いだした。細胞周期の進行に重要な役割を担っているヒトユビキチンリガーゼ、Cul4-DDB1^<Cdt2>複合体のPCNAに依存したユビキチン化活性の解析と、この複合体によってユビキチン化される新規標的タンパク質の探索を行った。まず、DNA複製開始に必須なライセンス化因子ヒトCdt1の、Cu14-DDB1^<Cdt2>複合体によるin vitroユビキチン化の解析のため、この反応に必要なタンパク質であるE1酵素、E2酵素、Cu14-DDB1^<Cdt2>(E3)複合体(Cu14、DDB1、Cdt2、Rbx1)、PCNA、そしてCdt1の大腸菌、および、昆虫細胞発現系の構築を行った。これから高純度に精製したタンパク質を用いることで、'in vitroにおけるCdt1ユビキチン化の再現に成功した。今後、この反応系はCu14-DDB1^<Cdt2>複合体によるユビキチン化解析の有効な手段となる。次に、Cu14-DDB1^<Cdt2>複合体の新規標的タンパク質の解析を行った。これまでに、Cu14-DDBI^<Cdt2>の標的タンパク質はCdt1しか報告されていなかったが、CDKインヒビターの一つ、p21もCu14-DDBI^<Cdt2>によって細胞周期進行過程、および、紫外線照射によってユビキチン化の標的になることをin vivoの解析から見いだした。そこで、新たにヒトp21の発現系を構築し上記のin vitro反応系で解析した結果、p21もCdt1と同様にCu14-DDB1^<Cdt2>複合体の標的となることを証明した。細胞周期S期への進行と紫外線に応答して機能する新規のヒトユビキチンリガーゼ、Cul4-DDB1^<Cdt2>複合体の活性はDNA複製や修復に必須な因子、PCNAに依存している。このことから、PCNA結合タンパク質をユビキチン化の標的とすることが示されている。一方、現在までにヒトのPCNA結合タンパク質は50を超えるものが明らかになっているが、それらの中でユビキチン化され分解系に進むことが示されたのは複製のライセンス化因子Cdt1と、私たちの解析から明らかにしたCDKインヒビターp21のみである。そこで、新たなユビキチン化標的因子の検索を目的に、細胞内からCul4-DDB1^<Cdt2>複合体と結合する因子を精製、質量分析により解析した。その結果、新規のユビキチン化標的因子の候補を見いだした。現在は、この因子のユビキチン化の解析をin vitro反応系を用いて進めている。また同時に、PCNA結合タンパク質の中でもCul4-DDB1^<Cdt2>複合体に認識されユビキチン化と分解を受けるものと、そうでないものの違いを明らかにするため、ユビキチン化されるCdt1のPCNA結合モチーフ(PIP box)をユビキチン化されないタンパク質のPIP boxと入れ替えたキメラタンパク質や、Cdt1、p21のPIP box周辺に変異を導入したタンパク質を用いて、ユビキチン化に必要な要素を解析した。その結果、Cul4-DDB1^<Cdt2>複合体によるユビキチン化の標的となるにはPIP box内にあるTD配列と、PIP box直下にある2つ並んだ正電荷アミノ酸が必要であることが明らかとなった。

この結果に基づき、基質がPCNAと複合体となった時、TD配列と2つの正電荷アミノ酸が並んで基質となるシグナル(デグロン)をCul4-DDB1^<Cdt2>複合体側に提示するとの立体構造モデルを示した(論文投稿中)。
非線形波動方程式系の初期値の性質が解に及ぼす影響

非線形波動方程式系の解析は,それぞれの未知関数の初期値に同等な関数を与えて解析するのが一般的であった。本研究では,それぞれに異なる性質の初期値を与えて解を解析し,系の性質を詳細に調べることを目的としていた。その結果,初期値を同等なものとした時には得られない新たな系の性質が明らかになった。特に,初期値のその違いがわずかなものであったとしても,解に与える影響は大きいことがわかった。冪の非線形性を持つ半線形波動方程式の初期値問題は初期値の性質を変えて様々な研究をされてきている。特に初期値関数の台がコンパクトである場合と非コンパクトであり遠方で多項式減衰している場合については解の存在・非存在を分ける条件がそれぞれ特徴的であった。このことは対応する方程式系においても同様であることが知られている。本研究の目的は,ひとつの系の各成分に,初期値関数として性質が異なる関数を与えて解析し,系の相互作用と初期データの関係が解にどのように影響するか調べることであった。初年度は各初期値関数の性質が少しだけ異なるケースとして,strongly coupled systemに対して異なる減衰オーダーを持つ初期データを与えて解の非存在について解析した。その結果,この系の解の爆発には初期データの減衰オーダーと方程式系の相互作用との複雑な関係が影響していることを確認した。この結果の最適性はテクニカルな問題のためにまだ得られていないが引き続いて調べていく。本研究に関連して,系の各成分の初期データの大きさが異なるケースを解析している高村博之氏(公立はこだて未来大学)との情報交換や打ち合わせを行った。初期値関数のそれぞれの仮定が異なるケースを扱っている研究は他に見られないので非常に有意義であった。今年度は準備や調査に留まり,大きな結果は得られていないが,仮定の異なる初期データと非線形性との関係を調べるという点では意義深かった。次年度はこれを基にして,より複雑なケースの解析も進めていく。冪の非線形性を持つ半線形波動方程式の初期値問題は初期値の性質を変えて様々な研究をされてきており初期値の仮定により解の挙動が異なる揚合があることが知られている。対応する系に関する既存研究では各成分の初期値関数を全て同様なものとして扱っていることがほとんどであるが,上述の単独方程式での初期値の影響力の大きさを考慮すると,系については更に詳細な解析が必要であると考えられる。そこで本研究では,系の各成分にそれぞれ性質が異なる初期値関数を与えて解析し,系の相互作用と初期データの関係が解にどのように影響するかを調べることを目的としている。本年度は昨年度引き続きstrongly coupled systemに対して異なる減衰オーダーを持つ初期データを与えたケースを解析した。昨年度は初期データの減衰オーダーと系の相互作用との複雑な関係が解の挙動に影響していることを解の爆発の立場から確認したが,その最適性は技術的な問題のために得られていなかった。本年度はある例についてその最適性を確認することに成功した。また,爆発時の解のライフスパン(最大存在時間)についても最適な評価を得ることができた。これらは「山中湖偏微分方程式研究集会」などて発表した。また,この結果は論文として専門雑誌への投稿準備中である。次に,方程式系の初期値により複雑な仮定を与えて解析する準備を進めた。本研究を行うにあたり,各種情報収集および関連分野の研究者らとの情報交換や打ち合わせを行った。半線形波動方程式の初期値問題は様々な研究がされているが、その中で初期値の設定により解の挙動が異なる場合があることが知られている。対応する系に関する既存研究では各成分の初期値関数を全て同等なものとして扱っていること多いが、上述の単独方程式での初期値の影響力を考慮すると、更に詳細な解析が必要であると考えられる。そこで本研究では、系の各成分に性質が異なる初期値関数を与えて解析し、系の相互作用と初期値が解に与える影響を調べることを目的としている。考える問題は、2つの未知関数u, vについてのstrongly coupled systemと呼ばれる系で、伝播速度は等しいとする。特に、それぞれ非線形項のトータルのべきが等しい場合を考える。この設定下でu, vの初期値を同等なものとすると、非線形性のバランスに関わらず、解の存在・非存在の条件は単独方程式と同じとなる。ところが、本研究により、初期値の性質を異なるように設定すると、その初期値と非線形性のバランスにより、単独方程式とは異なる系特有の状況が起こることがわかってきた。以下は本年度行った研究の具体的内容である。1.初期値関数はいずれも多項式減衰し、その減衰オーダーが異なる場合を解析した。昨年度までの研究では、ある特定の非線形性について上記の性質が最適な形で得られていた。本年度は、非線形性に対する条件をはずすことに成功し、この結果を改良することができた。2.初期値関数の一方はコンパクト台、もう一方は台が非コンパクトである場合を解析した。この初期値が解の挙動へ及ぼす系特有の影響がある場合があることを爆発の立場から確認した。
力の調節からみた実打と素振りの違い

本研究ではスマッシュ(実打)、サービス様のストロークおよび、スマッシュをイメージした素振りにおける主観的努力度と客観的達成度の対応関係から、それぞれの力の調節の様相を明らかにした。いずれの打動作についても、主観的努力度と客観的達成度の間には直線関係が認められた。しかし、その対応性には、それぞれに特徴が見られ、それを考慮したトレーニング論的な意義を見出すことが必要となるであろう。本研究課題は、力の調節からみた実打と素振りの特徴を明らかにし、それに基づいたトレーニング論的意義を提示することを目的としている。従来の関連研究ではオーバーヘッド・ストロークを中心に中学生および大学生プレイヤーを対象としてフィードされたシャトルを実打した際の力の調節について検討してきたので、本年度においては、オーバーヘッド・ストロークにおける素振りとクローズド・スキル的な要素の高いアンダーハンドでのサービス様な打撃による力の調節様相について検討した。研究代表者らが進めてきた主観的努力度の調節を指示することで、力の調節を行なわせた。被験者は大学生プレイヤーであった。素振りの場合、主観的努力度の増減に伴ってヘッドスピードが直線的な対応を示したことから、ある程度意図的な力の調節が可能であるとの示唆を得た。先行研究の実打と比較すると、素振りの場合には主観的努力度とヘッドスピードの相対値の間の差が、実打に比べて少なかった。アンダーハンドでのサービス様な打撃による力の調節様相についても、主観的努力度の増減に伴ってシャトル速度の相対値が直線的な対応を示したことから、ある程度意図的な力の調節が可能であるとの示唆を得た。先行研究のオーバーヘッド・ストロークによるオープンスキル的な場合と比較すると、低い努力度で極端に低いシャトル速度を記録するタイプの対応性を認めたケースを複数認めたことが特徴的であった。内省報告について検討すると、先行研究も含めて実打の場合には、インパクトの打感や感触がその打撃の正否等を判断する材料になっている傾向が強く、素振りの場合には、運動そのものの時間的あるいは、空間的な認識に基づく報告が多いという特徴が見られた。今後もデータ収集を進めるとともに、力の調節からみた実打と素振りの特徴を明らかにし、それに基づいたトレーニング論的意義を提示できるよう検討を進めたい。本研究課題は主観的努力度という概念を用いて、その考え方に基づいた力の調節からみた実打と素振りの特徴を明らかにし、得られた知見からトレーニング論的意義を提示することを目的としている。試技としてバドミントンにおけるオーバーヘッドストロークおよび、サービス様のアンダーハンドストロークを用いた。被験者は大学生および、中学生バドミントンプレイヤーであった。全体傾向として、オーバーヘッドストロークにおける実打(スマッシュ)、素振りおよび、サービス様のアンダーハンドストロークともに主観的努力度の変化に応じて、それぞれの相対的なパフォーマンスが増減することが明らかになったが、多方面にデータ獲得を試み詳細を検討したところ、スマッシュの場合と比べると、オーバーヘッドストロークの素振りおよび、アンダーハンドストロークでは低い努力度(力の入れ具合)での試技の際に、全力時に対する相対的なパフォーマンスの落ち込みが少ないことが分かった。すなわち、素振りでは比較的低い努力度においても比較的高いヘッドスピードが記録され、アンダーハンドストロークでは比較的速いシャトルスピードが記録されたということである。内省報告などと照らし合せて検討したところ、この要因は素振りおよび、アンダーハンドストロークにおけるいわゆる「全力」(=主観的努力度100%)が、スマッシュのような攻撃的要素の強いプレイにおける全力プレイとは異なって、全力とは言いながらも、やや余裕を持たした力の入れ具合でプレイしていたのであろうことが推測された。最大下における素振りでは、心理的なゆとりが生まれた状態でのプレイとなることから、その状況下で比較的スムーズに動くラケットに対する感覚や、身体そのものの運動を感覚することが可能であることが推測され、そのトレーニング論的な意義が示唆されたものと考えられた。