hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
卵外被の溶解機構ー卵黄膜ライシンと孵化酵素の作用

本総合研究の当初の目的は次の3つに大別された。すなわち、(1)卵黄膜ライシンの精製と性質を明らかにすること、(2)孵化酵素の精製と性質を明らかにすること、及び(3)両者の基質である卵(黄)膜の構造をしらべ、その溶解機構を解析することであった。最終年度にあたって本研究班の成果をふり返ってみると、ほぼ当初の目的を達成した様に思われる。(1)に関しては、海産無脊椎動物の非酵素性ライシンと酵素性ライシンの研究に大別される。前者については既にバテイラについて、そのユニークな作用機構が解明され、又一次構造も明らかになっているが、本研究において、アクビのライシンが二種のタンパク質より成り、それらが異なった作用により卵黄膜を溶解することが判った。又cDNAクローニングにより近縁種のライシンの構造比較が可能となった。後者に関してはホヤの酵素性ライシンの本体の解明が進み、キモトリプシン様性質を持つもの、又プロテアソームと考えられるものなどが見出されてきた。(2)については基質特異性がウニ酵素(エンベリシン)について詳細にしらべられ、魚類(メダカ)孵化酵素の2成分のcDNAクローニングの結果から酵素の一次構造が解明された。ウニと魚類の孵化酵素の異同を論ずる事が出来る様になった。メダカ酵素では発生過程における遺伝子発現と酵素形成もしらべられた。哺乳類(ハツカネズミ)孵化酵素についての阻害実験が行われ、トリプシン阻害剤に感受性を持ち、トリプシン様酵素の可能性がある。(3)ライシンと孵化酵素に共通の基質となる卵黄膜の構造に関しては、ウニと魚類において主に硬化の際の架橋構造と構成サブユニットの分析が行われ多くの知見が得られた。以上の結果を総括すると個々の材料についての知見が増え且つ深まったばかりでなく、それらの間の異同が可成り明らかとなり、不溶性被膜である卵外被溶解の生物学を目指した当初の目的は充分に達成された。本研究班の目的は大別して次の3点から成る。第1は海産無背椎動物,とくに原始腹足類精子でみられる非酵素性卵膜ライシンと、ホヤ精子のもつ酵素性卵膜ライシンの精製と特徴づけを行い,その作用機構を調べることである。第2は2,3の代表的動物種,たとえば哺乳類,魚類ウニ胚の分泌する孵化酵素の精製と特徴づけを行い,その作用機構を調べ、比較検討することである。第3はこれらの基質である卵膜の構造を明らかにし、基質側から卵膜溶解機構を調べてゆこうとするものである。第1の非酵素性ライシンに関しては、アワビ精子にみられるライシンは2種のタンパク成分より成ることがわかっているが、これらが共同して卵黄膜の極度の膨潤化を起す際に、卵黄膜の異った部位に作用することがわかった。このことは、第2の目的に含まれるメダカ孵化酵素成分の作用機構と類似することで極めて興味深い。すなわちメダカ孵化酵素においてもその一成分HCEがまず卵膜と結合してこれを部分分解して膨潤化し、ついで他の一成分LCEがこの膨潤化によって恐らく露出されるであろう特定の卵膜タンパク質の部位に作用して最終的にこれを分解すると考えられているのである。孵化酵素が複数種のプロテア-ゼから成ることが他の動物種では知られていないが、最近、本研究班でハツカネズミ胚から孵化に関与すると考えられるプロテア-ゼ活性を見出した。

各種阻害実験から、本酵素はトリプシンに類似していることがわかってきた。第3の目的である卵膜構造に関しては、ウニ受精膜において硬化に関与すると考えられるチロシン残基由来の架橋を見出し,プルケロシンと令名した。なお、魚卵卵膜は硬化によりタンパク質の溶解性が減少するが、この硬化機構には、付活された卵膜に起る付活硬化と、単離した未硬化卵膜へのカルシウム添加によって起るカルシウム硬化とがあることがわかった。この硬化には酵素の関与が示唆されている。本研究班の目的は(1)非酵素性ライシンと酵素性ライシンの精製とその卵膜解機構,(2)代表的動物種の孵化酵素の精製とその卵膜溶解機構,および(3)これらの基質となる卵膜の構造を明らかにすることである。(1)に関しては以下の研究が行われた。まずバティラのライシンを含む二、三の非酵素性ライシンのCDNA分析を行い、推定アミノ酸配列の比較が試みられた。特にヘリックスやベ-タ構造などの立体構造の面に着目して解析が進められている。一方、ホヤの酵素性ライシンの精製を行い、種々の酵素学的およびタンパク化学的性質から、多機能プロテア-ゼであるプロテオソ-ムの一種ではないかと考えられてきている。(2)バフンウニおよびツガルウニの孵化酵素の構製を行っている。特に,後者は可成の精製が進み、Redーagaroseクロマトグラフィ-により、約52Kの酵素タンパク質が精製されている。メダカ孵化酵素(HCE及びLCE)については、それぞれに特異的な抗体を用いて発生過程における生成を調べると同時に,単離分泌顆粒における両者の共存を明らかにした・又、両酵素のCDNAのクロ-ニングを行い、その構造解析を行っている。更に、マウス孵化酵素の分泌場所の同定や精製を行う為に、8細胞期胚のCDNAライブラリ-からトリプシンとの共通プロ-グを使ってクロ-ンを選別した所、シグナルペプチダ-ゼと98%の相同性を持つクロ-ンが得られておりこれを分析中である。(3)ライシンや孵化酵素の基質となる卵膜の構造を調べる為、ウニ受精膜の孵化酵素による切断部位の構造を調べている。コラゲナ-ゼと類似して疎水性アミノ酸基側を切断する傾向があることがわかってきた。メダカ卵膜タンパク質の前駆体と考えられる従来の49KのSF物質以外に、その2倍前後の分子量を持つSF物質群が見出された。両者の構造を調べ、卵膜構造を明らかにしたい。本総合研究の最終年度(平成4年度)における研究実績を当初の研究目的別に記してみたい。(1)海産無脊椎動物の非酵素性ライシン及び酵素性ライシンのうち、前者についてはバテイラとその近縁の三種のライシンのCDNAをクローニングしてその構造を比較した。全長約650700bp中に種間でみられるすべての変異が77103アミノ酸残基間にみられ、ここに種特有の認識部位が存在することが示唆された。一方、アワビのライシンについてはすぶに昨年度に、それが20Kと15.5Kの2成分より成ることを見出しているが、20K精子先体前方に、15.5Kが同後方に収納されており、前者が卵膜外層に、後者が卵膜基層にそれぞれ仂くことがわかっている。これはメダカ孵化酵素の2成分の作用と比べて興味深い。一方、マボヤの酵素性ライシンは高分子量多機能プロテアーゼ(プロテアソーム)であることが強く示唆されている。(2)孵化酵素については、ウニの酵素を高度に精製し(エンベリシン)その特異性をしらべた。その結果、疎水性アミノ酸残基のアミノ基側を切断し、サーモライシンより特異的である。
農村集落排水処理装置の開発実用化に関する研究

地球環境の危機が言われている。その中の水だけを考えて見ると年々我々1人当りの使用する水量は増加しており、その上、人口も増加していることを考えると、将来、恐らく水不足に悩まされる時代が来ることは想像に難くない。また、我が国が現在以上に経済的に進んだ国であるためには先端技術にかけなくてはならない。この産業には非常に高品質の水が必要とされるが、このままの状態では、この条件を満足する水を十分に得る事は難しいであろう。この原因は我々の生活に以前はなかった人口の有機化学物質が入って来たことにある。それはそれで確かに我々の生活を便利で豊かなものにしてくれた。便利さを求める余りに、これらの物質を多く使ってきたが、反面、それらの物質は我々の自然に捨てられ、蓄積し、その結果、水質汚濁となって我々の生活を脅かすにいたった。日頃、何気なく捨てている物が自然の浄化能力を越え、自然にとっては過剰負担となって自然が悲鳴をあげているのが現状である。さて、それではどうしたら良いであろうか。農村地帯のみに限ぎると、農村には都会にはない広い土地と多量の土壌がある。これらの天然資材を効率的に利用し、経済的に汚水を処理して自然に返すことによって自然を守ることが可能ではないだろうか。本研究では簡単なトレンチ法、土壌を利用した処理法および処理水の農業利用などについて研究した。その結果、トレンチ法は家庭の雑排水の処理に有効であること、またトレンチ周辺の土壌によっては湖の富栄養化と重要な関係にある窒素およびリンの除去にも有効である事、多段土壌層法は汚水の3次処理にも有効である事などが分った。また、処理水の農業利用にも道がひらけ、これは水不足に悩む地方にとっては集落排水事業によって環境を良くするだけではなく、水質源開発の役をも果たすことを意味している。これらの方法は建設費や維持管理費も安価で農村型の汚水処理法である。大人6人家族の農家の家庭雑排水を経済的に処理する方法を開発するためにトレンチ法を採用した。本研究は、主にトレンチによる雑排水の浄化能力などを知る事を目的にしている。長さ9m、幅0.7m、深さ0.6mのトレンチを2本設置し、2ケ月毎に交互に使用した。1日の使用水量は約1tonで、この排水の原水と処理後の水を採水して、pH、水温、BOD、COD、全窒素、燐、透視度および水収支を測定した。その結果を項目毎に報告する。1、pH処理水のpHは年間を通して、ほぼpH=6にあり、季節変動は少ない。2.水温処理水の水温は夏に15.6°C、冬に10°Cであった。気温と比較して、水温の変化が小さいのは、地表面下60cmの位置にトレンチが設置されているからである。3.BOD原水のBODは100ppmと高い値を示すが、処理水は5ppmと低い値となり、当施設はBOD除去に高い能力を示している。4.COD原水のCODは145ppmと高いが、処理水のそれは5ppmと低い値となっている。5.全燐原水の全燐は11ppmであるが、処理水では4ppmとなっている。6.全窒素原水の全窒素は8ppmであるが、処理水のそれは4ppmとなっている。

7.透視度原水の透視度は10cm程度であるが、処理水のそれは30cm以上に改善されている。8.水収支トレンチ内への流入量1【m^3】/日に対し、同日、トレンチから流出した水量は0.53【m^3】/日であった。残りの0.47【m^3】/日は地下水となったり、地表面で蒸発したものと考えられる。本年は、トレンチによる水質浄化機構の基礎的実験を行なった。今後は、水の土中での動態等を重点に研究する。地球環境の危機が言われている。その中の水だけを考えて見ると年々我々1人当りの使用する水量は増加しており、その上、人口も増加していることを考えると、将来、恐らく水不足に悩まされる時代が来ることは想像に難くない。また、我が国が現在以上に経済的に進んだ国であるためには先端技術にかけなくてはならない。この産業には非常に高品質の水が必要とされるが、このままの状態では、この条件を満足する水を十分に得る事は難しいであろう。この原因は我々の生活に以前はなかった人工の有機化学物質が入って来たことにある。それはそれで確かに我々の生活を便利で豊かなものにしてくれた。便利さを求める余りに、これらの物質を多く使ってきたが、反面、それらの物質は我々の自然に捨てられ、蓄積し、その結果、水質汚濁となって我々の生活を脅かすにいたった。日頃、何気なく捨てている物が自然の浄化能力を超え、自然にとっては過剰負担となって自然が非鳴をあげているのが現状である。さて、それではどうしたら良いであろうか。農村地帯のみに限ぎると、農村には都会にはない広い土地と多量の土壌がある。これらの天然資材を効率的に利用し、経済的に汚水を処理して自然に返すことによって自然を守ることが可能ではないだろうか。本研究では簡単なトレンチ法、土壌を利用した処理法および処理水の農業利用などについて研究した。その結果、トレンチ法は家庭の雑排水の処理に有効であること、またトレンチ周辺の土壌によっては湖の富栄養化と重要な関係にある窒素およびリンの除去にも有効である事、多段土壌層法は汚水の3次処理にも有効である事などが分った。また、処理水の農業利用にも道がひらけ、これは水不足に悩む地方にとっては集落排水事業によって環境を良くするだけではなく、水資源開発の役をも果たすことを意味している。これらの方法は建設費や維持管理費も安価で農村型の汚れ処理法である。
認知症でみられる作話・取り繕い、妄想の客観的臨床指標の作成とバイオマーカーの確立

睡眠状況、特に午睡の有無について質問すると、多くの認知症は否定的な回答をする。しかし、「午睡をする」と回答したものは、全例家人の回答と一致し作話を認めなかった。睡眠状況についての自・他覚的評価が一致する場合には作話を認めず、ものとられ妄想の出現も少ない。自覚的なうつを評価するGDSにおいては、抑うつ傾向は作話なし群の方で高い傾向にあった。経過中に作話が出現した3例では,GDSも下がっていた。ビタミンB1、B12値は3症状の有無とは相関は認めないが、作話なし、取り繕いあり群では、正常範囲ではあるが葉酸が低値であった。また、3例中2例は初診時のB12が低値であった。アルツハイマー型認知症と診断された20例では、自発的にもの忘れについて口にするものは8例であったが、そのうち家人に指摘されるが故に訴えているものが4名含まれていた。一方、自発的に記憶障害を訴えない患者でも、1のような訊ね方を行うと1名を除き捜すことが増えているということを認めた。また、盗られ妄想を認めた患者は5名すべてで、2の質問に対して、「思う」と回答し、否定したものにはもの盗られ妄想は認めなかった。このことから、2の質問からは作話の有無についての判別は困難であると考えられた。午睡の有無については、本人が午睡をすると認めた4例すべてが家族評価と一致し、作話も認めなかった。一方、午睡を否定した16例の6例では家族評価と一致し、すべての症例において作話を認めなかった。もの盗られ妄想を認めたものは5例で、午睡の自・他覚的評価が不一致であったものは1例であった。これらの結果から、睡眠状況の自・他覚的評価が一致すれば、作話は認めないと考えられた。同様の傾向が血管性認知症(4例)、レビー小体型認知症(3例)、正常圧水頭症(3例)でも認めた。これまで前頭側頭葉変性症では作話・取り繕い反応が少ないと報告されていたが、昨年度の研究で、4例中2例で作話・取り繕い反応がみられると報告した。そのうち1例は、この1年でエピソード記憶の障害が強くなり、再度精検討の結果アルツハイマー型認知症に変更となった。認知症専門外来を受診したアルツハイマー型認知症23例を対象に、神経心理学的検査、ビタミンB1、B12、葉酸を測定し、作話、取り繕い、家人の方を振り返るhead turningとの関連について検討した.作話は14例で認められた。MMSE総点はあり群20.9、なし群21.6と差は見られなかったが、遅延再生においてはあり群1.3、なし群0.6であり、近時記憶障害との関連か示唆された。一方、B1、B12、葉酸は、あり群で39.5、448、11.5に対し、なし群31、378、7.2とあり群の方が低い傾向を認めた。うつを評価するGDSにおいては、それぞれ6.1、4.2で抑うつ傾向は作話あり群の方で高い傾向にあった。取り繕いにおいては、あり群(13例)のMMSE総点及び遅延再生は21.5、1.1。なし群では20.6、0.5と作話と同様、近時記憶障害との関連か示唆された。一方、B1、B12、葉酸は、あり群で40.8、442、6.6に対し、なし群33.7、409、11.5であり、取り繕いあり群では正常値ではあるものの葉酸値がみられた。GDSは作話と同様、取り繕いなし群の方で高い傾向がみられた。Head turningに関しては、MMSE及び遅延再生においてあり群(10例)において作話、取り繕いと同様な傾向を認めたが、B1、B12、葉酸値は、なし群と差を認めなかった。Head turningにおいては、問いかけに対して困窮したり、確認の意味で家人を振り返るものと、家人の発言に対しいて否定する意味で振り返る質の異なるものが混在するものがみられ、今後それを区別して検討する必要があると考えられた.今回、経過中に作話が出現したものを3例認めた。MMSE総点との変化とは関連なく、遅延再生が行えなかった1例を除き、得点の低下を認め、GDSも下がっていた。また、3例中2例までは初診時のB12が低値であった。認知症の専門外来を受診した新規の患者を対象に、神経心理学的検査、画像検査(形態画像、機能画像)を実施した。

アルツハイマー型認知症と診断された17例では、(1)作話・取り繕いを認めるもの8例、(2)もの盗られ妄想を認める4例、(3)両者とも認めない5例であった。一方、前頭側頭葉変性症の4例では、(1)作話・取り繕い反応と考えられるもの2例、(2)もの盗られ妄想を認めるものなし、(3)両者とも認めない2例であった。ここでは、アルツハイマー型認知症で作話・取り繕いともの盗られ妄想の両者を有するものはカウントされていないが、これに当たるものが12例と最も多くみられた。これまで、アルツハイマー型認知症でみられるもの盗られ妄想と作話との関連が考えあられるとともに、この点について焦点をあてた研究は多くなくないため、次年度の検討事項としたい。前頭側頭変性症では、著しく病識を欠き、取り繕いもみられないことが特徴とされているが、初年度の結果からは症例数は少ないにしても、前頭側頭葉変性症においても半数で取り繕いと解釈できる反応がみられた。この反応がみられたものは、すべて意味性認知症であり、前頭側頭型認知症では従来通り取り繕いはみられず、臨床分類の亜型を含めた検討が必要であると考えられた。アルツハイマー型認知症においては全般的に、3群間で日常記憶チェックリスト、遂行機能障害質問表のスコアは家族に比べで対象者の自己評価が低かったが、前頭側頭葉変性症で取り繕い反応ありと判断できる群では、むしろ家族評価の方が下回っていた。昨年発表された、認知症施策5カ年計画では改めて、認知症の早期発見・早期対応が重要であるとされている。認知症の早期発見にはかかりつけ医がいち早く、初期症状のひとつである摂り繕い反応に気付くことが重要である。ただ、複雑な客観的指標ではかかりつけ医に敬遠されることが予想され、睡眠の項目を入れ、その有用性について検討するなど時間のかからない、より簡便な臨床指標の作成に軌道修正したために研究が遅れている。初年度は、薬物の影響が出ないと予想される新規対象者からのエントリー計画していたが、初診時から何らかの薬剤を服用しているケースが多いため、当初予定していたよりもエントリーが進まなかった。次年度は、薬物使用歴の有無を問わずに対象者を広げたいと考えている。平成24年度に加えた質問項目を含めて、作話・取り繕い、もの盗られ妄想をスクリーニングする指標の検討を行う。また、この指標を用いてこれらの症状の責任病巣について画像検査行いて検討するとともに、近年、衝動性などとの関連で報告のあるオキシトシンなどのバイオマーカーとの関連についても比較検討していく。作話・取り繕い、もの盗られ妄想の客観的評価バッテリーの妥当性の検討するとともに、その妥当性について検討を加える。また、オキシトシン血中濃度と各精神症状との関連についての作話やもの盗られ妄想といった精神症状を認めない前頭側頭葉変性症を中心とした認知症と健常者のオキシトシン血中濃度を測定し、NPIスコアーとの関連も比較する。次年度には精神症状と関連があると考えられる血液バイオマーカの測定に使用する。また、次年度中に成果を含め学会、研究会で情報交換を行う。次年度には、初年度の成果を研究会などで報告、情報交換を行う。また主に、本研究で認知症の各精神症状との関連と関連があると考えているオキシトシン血中濃度について使用する。
超はっ水性壁の流体抵抗低減化に関する研究

流体の抵抗や損失を低減させる試みは省エネルギー化と密接に関連して工業的に重要な課題である。それは流体と接する固体境界の相互作用と考えることが出来るから、抵抗減少効果を得るためには流体に着目してその流動特性を変えるか、固体境界面に着目して低減化を計る二つの方法が考えられる。従来から、前者の流体の性質を変化させる方法は液体に水溶性の高分子や界面活性剤を添加する方法や微細な固体粒子の添加混入など多くの研究がなされ、実用化が行なわれている。しかしながら、後者の壁面に着目した研究や実用化の試みは少なく、単純にその表面が滑面か粗面であるかの議論や、植毛や振動法など比較的複雑な手法がとられてきた。いま、流体を固体境界で滑らすことが可能であるならば、従来まったく試みられていない新しい抵抗減少効果を得ることが出来る。本研究はこのような固体境界の特性に注目して、流体の壁面における見掛けの滑りを生ずる超はっ水性壁に注目して液体の抵抗や損失を低減化することを目的としている。本研究の今年度における第一の研究成果は個体球に表面を超はっ水性壁にすることによりその球を完全に気膜に覆うことが可能となり、固体-気体-液体の界面が共存する流れ場を作成することが出来たことである。この超はっ水性球の挙動は液体中で浮遊し、抵抗が低減するなどの現象を生じ、今後界面張力の算定や気液界面における液体の滑り機構の解明に資する流れ場として研究対象となることを実験的に明らかにしている。第二の研究成果としては、超はっ水性壁面の創成が挙げられる。微細な溝を表面に付しそのフラクタル構造からはっ水性を高めることを可能にし、矩形管内の水の損失を測定した。さらに、それらの表面にPTFEを処理して接触角が約140°のはっ水性壁を作成し、機能性壁面の創成法を得た。今後の研究課題としては見かけの滑り速度の発生機構の解明とそのモデル化に対する気液界面の数値シミュレーションが挙げられる。近年、表面科学および表面技術の進歩により超はっ水あるいは超親水壁など従来の固体表面と物理的に著しく異なる表面を作りだすことが可能となった。特に超はっ水壁はレーダーアンテナや豪雪地帯に設置されている道路標識あるいは家屋における屋根の積雪防止用として注目され、その応用が計られている。また、超はっ水性壁の液体に対する流動抵抗に注目して矩形管、円管、回転二重円筒間内流れ等における抵抗減少効果が明らかにされている。この抵抗減少効果は巨視的に見れば超はっ水壁における液体の滑りに起因するものであり、また微視的に見れば液体と固体の界面現象と言える。しかしながら、現時点でその滑りの機構に関して、未だ多くの不明な点が残されている。本研究は超はっ水性壁をもつ円管および矩形管の内部流と容器に閉ざされた回転円板、回転二重円筒管内、円柱周りおよび平板上の流れである外部流の実験を行い、超はっ水性壁の抵抗減少効果に対する最適性状及び滑り速度の機構を明らかにすることを目的としている。平成12年度は二種類のはっ水性円管及び回転二重円筒の流動特性を実験的に調べた。その結果、回転二重円筒間内流れの速度分布測定から従来測定が困難であった円筒内壁近傍の速度分布が流れの可視化によって得られ、滑り速度の存在が明らかにされた。また、テーラー渦の滑り速度による影響が明らかにされている。

さらに、超はっ水性壁の微視的構造の抵抗減少効果に及ぼす影響は二種類の超はっ水性円管の流動損失の比較から明らかにされた。すなわち、滑り速度を生ずる原因として表面の微細な溝と固体境界の表面自由エネルギーが小さいことが指摘された。このことは、新しい超はっ水性壁の創成に対して知見を与えるものである。従来から、低分子液体である水やグリセリン水溶液の流動抵抗を低減させる試みは乱流域における壁面構造を変化させるリブレットや振動法による方法がなされてきた。一方、層流域では壁面を超はっ水性壁にする方法が報告されて以来、その生ずる原因について種々の流れ場について実験的に研究がなされてきた。本研究は超はっ水性壁の抵抗低減効果とその生ずる原因を明らかにし、新しい抵抗減少効果を生ずる機能性壁面を創成するために円柱周りの流れ、平板周りの流れそして層流から遷移域の流れ挙動が明確に把握できる回転二重円筒間内流れに対して実験的に研究を実施したものである。平成13年度は回転二重円筒間内流れと機能性壁面の創成に関して以下の問題が明らかにされ、研究成果として得られた。(1)回転クェッテ流れを内筒回転外筒静止の回転二重円筒実験装置を用いて実現させ、内筒が超はっ水性壁である場合の速度分布をトレーサー法による流れの可視化から内筒壁の極近傍まで測定して、従来熱膜流速計や各種プローブではそのプローブの大きさに伴い測定が不可能だった水道水やグリセリン水溶液における滑り速度の存在を明らかにした。この測定された滑り速度の値は従来本研究代表者らによって報告された回転二重円筒間内流れの内筒に作用する摩擦抵抗モーメント係数に対する抵抗減少効果の実験値と良く一致することが明らかにされた。(2)テイラー渦の解析が内筒壁で流体の滑り速度の境界条件を考慮することによって解析され、トレーサー法及びLIF法による流れの可視化で得られたテイラー渦の実験結果と比較して良く一致することが明らかにされた。(3)本研究で得られた滑りを生ずる超はっ水性壁の特性をもつ新しい超はっ水性壁面を試作して円管に応用した。現段階では滑りを生じる壁面の創成には至っていないが、超はっ水性壁の耐久性の点で向上がみられ、プラズマを応用する壁面の創成の可能性を指摘した。液体の抵抗や損失を低減させる試みは省エネルギー化と密接に関連して工業的に重要な課題である。それは流体と接する固体境界の相互作用と考えることが出来るから、抵抗減少効果を得るためには流体に着目してその流動特性を変えるか、固体境界面に着目して低減化を計る二つの方法が考えられる。従来から、前者の流体の性質を変化させる方法は液体に水溶性の高分子や界面活性剤を添加する方法や微細な固体粒子の添加混入など多くの研究がなされ、実用化が行なわれている。しかしながら、後者の壁面に着目した研究や実用化の試みは少なく、単純にその表面が滑面か粗面であるかの議論や、植毛や振動法など比較的複雑な手法がとられてきた。いま、流体を固体境界で滑らすことが可能であるならば、従来まったく試みられていない新しい抵抗減少効果を得ることが出来る。本研究はこのような固体境界の特性に注目して、流体の壁面における見掛けの滑りを生ずる超はっ水性壁に注目して液体の抵抗や損失を低減化することを目的としている。本研究の今年度における第一の研究成果は個体球に表面を超はっ水性壁にすることによりその球を完全に気膜に覆うことが可能となり、固体-気体-液体の界面が共存する流れ場を作成することが出来たことである。
浮遊粒子状物質発生源寄与率推定モデルの開発

1.研究目的浮遊粒子状物質の環境基準達成率は、他の汚染物質に比べてかなり低い。このため、本研究では、統計的リセプターモデルについて検討し、その発生源寄与率を定量的に評価する方法を開発した。2.研究の経過,成果および考察浮遊粒子状物質の中で、炭素粒子は主要な構成成分である。多くの炭素粒子を排出すると考えられる稲わら焼きとディーゼル排気中の粒子を捕集し、炭素濃度(元素状炭素,有機炭素)と他の化学成分濃度を同時に測定した。そこで、ここで得られた成分組成を発生源データに加えて、CMB法を用いて、都心で得られた粉じんの発生源寄与率を求めた。ただし、稲わら焼きの成分組成は廃棄物焼却の成分組成と類似しているため、この稲わら焼きの寄与は廃棄物焼却の影響を受けている可能性もある。このように、リセプターモデルにおいては元素状炭素と有機炭素の両方を測定することが重要であると言える。3.結論炭素成分の整備に関しては、炭素粒子の重要な発生源であるディーゼルエンジンの排気および稲わら焼却時の粉じんについて、その化学成分の分析を行った。この結果、稲わら焼きでは約50%が炭素であり、その中で有機炭素の割合が多い。一方、ディーゼル排気は、約80%が炭素であり、ほとんどが元素状炭素である。したがって、この2つの発生源は、元素状炭素と有機炭素を指標に分別することが可能となる。次に、十分な発生源データのない場合においても利用できる因子分析と重回帰分析を併用したリセプターモデルを開発した。このモデルを鹿島地区での現地調査データ(アンダーセンサンプラー捕集データ)に適用した結果、良好な結果が得られた。
生体内フリーラジカル画像解析を目的とした新規画像再構成アルゴリズムの開発

生体酸化還元系、あるいは活性酸素・フリーラジカルなどから構成される生体レドックスは、多くの疾患の成因・進展に関与することが示唆されている。従って、この生体レドックス変動が生体のどこで・いつ・どのような機序で・どの程度生じているかを、病態モデルで画像解析するシステムを開発することができれば、生活習慣病をはじめとする多くの生体レドックス異状に起因する疾患の解明と創薬に大きく寄与すると考えられる。ニトロキシルラジカルは常磁性分子であり、生体レドックスへの反応性が高いことから、病態解析へ用いられてきた。本研究では、核・電子間相互作用を物理化学的に解析し、ニトロキシルラジカルを用いた生体レドックス画像解析に最適な測定条件を検討すると共に、電子スピン共鳴(ESR)装置及び核・電子の二重共鳴に基づく画像化装置(オーバーハウザーMRI, OMRIまたはPEDRI)を用い、新規画像再構成アルゴリズムを構築することを目的とした。前年度の動的核偏極の増強度と濃度、照射電力・時間などの研究成果を踏まえ、更に生体における影響因子を解析した。生体に投与した造影剤プローブは、異なる粘度(膜流動性等)を有する環境に分布し、それらが動的核偏極に影響を与えることから、粘性が動的核偏極に及ぼす影響を物理化学的に解析した。ファントム実験では、グリセロール濃度に依存して、動的核偏極が変化した。また、ニトロキシルラジカル含有リポソームを用いた実験においては、ESRスペクトルからリポソーム膜中に含まれていると考えられるESR吸収域を選択励起することにより、リポソーム膜中のニトロキシルラジカルに由来するOMRI画像の撮像に成功した。本年度に得られた結果は、生体における動的核偏極の増強因子を決定する各因子の理解を深めるものであり、OMRIを用いた同時分子イメージングの最適条件設計に有用な知見と考えられる。多くの疾患の成因・進展に活性酸素・フリーラジカルが関与することが示唆されている。この活性酸素・フリーラジカルが生体のどこで・いつ・どのような機序で・どの程度産生しているかを病態モデルで画像解析するシステムを開発することができれば、生活習慣病をはじめとする多くの酸化ストレス性疾患の病態解明に大きく寄与すると考えられる。そこで本研究では、核と電子の二重共鳴現象を物理化学的に解析し、生体内フリーラジカル画像解析に最適な測定条件を検討すると共に、電子スピン共鳴(ESR)装置及び核・電子の二重共鳴に基づく画像化装置(オーバーハウザーMRI,OMRIまたはPEDRI)を用い、新規画像再構成アルゴリズムを構築することを目的とした。動的核偏極の増強因子は、ニトロキシルプローブ濃度の増加に伴って増加したが、3mM以上では減少し、ESR線幅の広大が生じる濃度と一致していた。次に、ESRマイクロ波照射時間の関数として増強因子をカーブフィットすることで求めたプロトン核スピン-格子緩和時間(T1)を用いて、種々の縦緩和パラメータを算出した。leakagefactorはプローブ剤濃度の増加により漸近的に増加した。また、^<14>N標識ニトロキシルプローブと^<15>N標識ニトロキシルプローブとの結合パラメータは、電子スピンと核スピンとの相互作用を示し、主に双極子作用に起因することを明らかにした。さらに、ニトロキシルプローブのメチル基の重水素置換により、^<15>N標識プローブ、^<14>N標識プローブの増強因子は各々70%、40%増強することを明らかにした。本年度に得られた結果は、動的核偏極の増強因子を決定する各因子について更なる理解を与えるものであり、OMRIを用いた同時分子イメージングの最適条件を設計するための有用な知見であると考えられる。

本年度に得られた結果は、生体における動的核偏極の増強因子を決定する各因子の理解を深めるものであり、OMRIを用いた同時分子イメージングの最適条件設計に有用な知見と考えられる。
環状硫黄イリドのタンデム型反応による立体選択的炭素中員環合成

環状硫黄イリドとBaylis-Hillman付加体誘導体のタンデム型反応による多官能炭素中員環合成について検討した。特に、その基質の汎用性、またイリドの環サイズの変化が反応性及び立体選択性に与える効果について検討した。5員環オキソスルホニウムイリドの反応は、Baylis-Hillman付加体誘導体の置換基の種類によらず全ての場合において立体選択的に19-74%の収率でシクロヘプテンオキシド誘導体を与えた。生成物の立体構造の解析は単結晶X線結晶構造解析により行い、環外二重結合の幾何、フェニルスルホニル基とオキシランの相対配置、また不斉中心となる硫黄原子の構造を明らかとした。特に硫黄原子上の構造から、最初のS_N2'型求核置換反応の際、イリドは選択的に酸素原子側から付加していることが示唆された。また分子内Corey反応の際には堅固なビシクロ構造を経由して進行していることが推測された。また6員環オキソスルホニウムイリドの同様な反応についても検討した。その結果,同様なタンデム反応が進行しシクロオクテンオキシド誘導体を7-46%の収率で与えたが、いずれの場合においても2種類の立体異性体の4:1混合物であった。この異性体は,単結晶X線測定により硫黄原子上の構造の差異によるものであることが明らかとなった。また,環状硫黄イリドの基礎的な反応性を明らかとするため,5,及び6員環オキソスルホニウムイリドとアルデヒドまたエノンの反応について検討した.その結果,いずれの場合にもCorey反応タイプの付加脱離反応が進行し,良好な収率でスルフィニルオキシラン,またスルフィニルシクロプロパンが得られた.また6員環オキソスルホニウムイリドと4-ヘキセン-3-オンの2等量の塩基存在下での反応は,イリドとエノンの1:2付加物である炭素8員環誘導体を主生成物として立体選択的に与えた.環状硫黄イリドとBaylis-Hillman付加体誘導体のタンデム型反応による多官能炭素中員環合成について検討した。5員環オキソスルホニウムイリドの反応は、Baylis-Hillman付加体誘導体の置換基の種類によらず全ての場合において立体選択的に19-74%の収率で生成物を与えた。特に硫黄原子上の構造から、最初のS_N2′型求核置換反応の際、イリドは選択的に酸素原子側から付加していることが示唆された。種々の置換基を有するBaylis-Hillman付加体誘導体の反応を行ったところ、タンデム反応生成物であるシクロオクテン誘導体を7-46%の収率で与えたが、いずれの場合においても2種類の立体異性体の4:1混合物であった。この異性体の構造についても単結晶X線測定により考察し、硫黄原子上の構造の差異によるものであることが明らかとなった。このことより6員環の場合には最初のイリドの置換反応の際、酸素側とフェニル基側からの攻撃が競争的に起こっていることが示唆された。

更に本反応の天然物合成への展開を指向して、ヒドロアズレン骨格を有するセスキテルペンのZIERONE合成について現在研究を行っている。本合成を達成するためには環状のBaylis-Hillman付加体型の基質が必要となるが、試行錯誤の結果、トリメチルアルミニウム存在下ベンゼンセレノールによる分子内Baylis-Hillman反応により合成できることが明らかとなった。現在得られた基質と環状硫黄イリドの反応を鍵段階とするZIERONE合成について検討している。環状硫黄イリドとBaylis-Hillman付加体誘導体のタンデム型反応による多官能炭素中員環合成について検討した。特に、その基質の汎用性、またイリドの環サイズの変化が反応性及び立体選択性に与える効果について検討した。5員環オキソスルホニウムイリドの反応は、Baylis-Hillman付加体誘導体の置換基の種類によらず全ての場合において立体選択的に19-74%の収率でシクロヘプテンオキシド誘導体を与えた。生成物の立体構造の解析は単結晶X線結晶構造解析により行い、環外二重結合の幾何、フェニルスルフィニル基とオキシランの相対配置、また不斉中心となる硫黄原子の構造を明らかとした。特に硫黄原子上の構造から、最初のS_N2'型求核置換反応の際、イリドは選択的に酸素原子側から付加していることが示唆された。また分子内Corey反応の際には堅固なビシクロ構造を経由して進行していることが推測された。また6員環オキソスルホニウムイリドの同様な反応についても検討した。その結果,同様なタンデム反応が進行しシクロオクテンオキシド誘導体を7-46%の収率で与えたが、いずれの場合においても2種類の立体異性体の4:1混合物であった。この異性体は,単結晶X線測定により硫黄原子上の構造の差異によるものであることが明らかとなった。また,環状硫黄イリドの基礎的な反応性を明らかとするため,5,及び6員環オキソスルホニウムイリドとアルデヒドまたエノンの反応について検討した.その結果,いずれの場合にもCorey反応タイプの付加脱離反応が進行し,良好な収率でスルフィニルオキシラン,またスルフィニルシクロプロパンが得られた.また6員環オキソスルホニウムイリドと4-ヘキセン-3-オンの2等量の塩基存在下での反応は,イリドとエノンの1:2付加物である炭素8員環誘導体を主生成物として立体選択的に与えた.
高次クロマチン構造における塩基除去修復

細胞の核ゲノムDNAは通常の細胞生存条件下であっても損傷を受けている。これらの損傷DNAが修復されないと細胞はがん化しやすくなるが、核ゲノムDNAは修復酵素がアクセスし難い構造をとっている。我々は、修復に関与するが酵素活性のないタンパク質XRCC1と新規に相互作用するタンパク質を見出したので、これらの相互作用の意義を解析した。核の特定の領域にこれらが局在することによって損傷DNAの修復が効率よく進行すること、一方のタンパク質が減少すると修復が進行しないことが明らかになった。研究計画で当初予定していた、XRCC1および新規相互作用タンパク質のノックダウン細胞の樹立を行った。テトラサイクリン誘導によってsiRNAを発現する細胞の作製を試みたが、安定な樹立株を得ることができなかった。そこで、siRNAのトランスフェクションによってどの程度これらのタンパク質の細胞内量が減らせるのか、また減らせた場合、それらの細胞のDNA損傷に対する感受性を調べることにした。siRNAのトランスフェクション条件を様々検討したところ、siRNAのトランスフェクションによって20%以下にまでタンパク質量を減らせることが、ウエスタンブロッティング解析によって分かった。これらの細胞について、コロニー形成能を指標としてH202に対しての感受性を解析したところ、高い感受性を示す結果が得られた。XRCC1についてはポジティブコントロールとしての予想どおりの結果であるとともに、新規相互作用タンパク質については、初めてH202に対する感受性に関与していることが示されたことになる。さらに、siRNAによってタンパク質量を減じた細胞で、H202誘発DNA損傷の修復が遅れているかどうかを解析するため、comet assayによるDNA損傷量の定量を開始している。今後解析を進め、修復速度に異常が認められれば、次に、細胞内での局在を解析することによって、この新規相互作用タンパク質を介した塩基除去修復におけるクロマチンリモデリングの重要性が示せると考えている。22年度は、XRCC1と相互作用する新規クロマチンリモデリングタンパク質のsiRNAによるノックダウンを行い、これが酸化DNA損傷を引き起こす過酸化水素処理に対して細胞の感受性を増大させることを見出した。これに基づき、23年度は実際にDNAの損傷が、新規クロマチンリモデリングタンパク質のノックダウンによって低下しているかについて定量を行うこととした。当初、コメットアッセイによって解析を行うことを試みたが、個々の細胞によって値が大きく異なり、説得力のあるデータを得ることができなかった。おそらく、siRNAの効果が個々の細胞によって異なり、したがって1つ1つの細胞においてDNA修復活性が異なる結果となったのではないかと思われる。コメットアッセイによる解析は今後も修正をしつつ続行するが、他の方法で示すことを考えた。1つは細胞核でDNA損傷が出来た際に損傷部位にDNA修復タンパク質が蓄積してfociを形成することが修復が進行していることの指標に用いられていることに着目し、このfociが、新規クロマチンリモデリングタンパク質をノックダウンしたときに形成されるか否かについて解析を行うというものである。これについては、再現性のある結果が得られている。これまでのところ、ノックダウン細胞ではDNA修復タンパク質の1つであるPARPIのfoci形成が低下していることが分かった。今後はXRCC1のfociも形成されなくなっているのか、確認することにしている。さらに、新規クロマチンリモデリングタンパク質は核内でfociを形成するが、DNA損傷後に生じたPARPI fociはクロマチンリモデリングタンパク質のfociとほとんどすべて共局在していた。これらの結果は、今回我々の同定した新規クロマチンリモデリングタンパク質が、DNA損傷修復に関与していることを示唆していると考えている。これまで、高次クロマチン構造をとったDNAに対して、DNA複製やDNA修復が効率的かつ正確に行われるしくみについて多くの知見が蓄積されて来ているが、最も頻繁に生じている酸化や加水分解による塩基損傷や単鎖切断を修復する、塩基除去修復系とクロマチン構造のリモデリングの関係についてはほとんど知られていない。我々は、塩基除去修復の制御タンパク質と考えられているが、その機能が未だはっきりと解明されていないXRCC1と相互作用するタンパク質をスクリーニングした。その結果、クロマチンリモデンリングに関与することが知られているタンパク質を同定した。このタンパク質がXRCC1と細胞内で実際に結合しているのか、結合に必須な領域はどこなのかなど、2つのタンパク質の相互作用についての詳細な解析を行った。また、細胞内局在の特徴として、核マトリックスと呼ばれる高塩濃度でも不溶性の核内構造にこれらのタンパク質が存在することが分かった。さらに、核マトリックスのこれらのタンパク質の量は、DNA損傷を誘発した後に可溶性の画分から移行して増加することが分かった。核マトリックスへの移行はこれらのタンパク質のみではなく、DNAの損傷を認識して修復反応の開始に関与するPARPタンパク質についても同様であった。DNA損傷がおこると、核マトリックスでXRCC1やPARPの反応産物はフォーカス(顆粒状の集まり)を形成し、修復反応がここで効率的に進行すると考えられているが、このフォーカス形成に今回同定したタンパク質が必要であることがsiRNAによるノックダウン実験によって分かった。

siRNAによってこのクロマチンリモデリングタンパク質を減少させた細胞はDNA損傷の修復能が低下し、損傷の残存量が多いことが分かった。これらの結果をまとめて現在論文を投稿中である。当初予定していた方法で細胞株が樹立できなかったこと、代わりに用いたsiRNAによるノックダウン細胞がDNA損傷定量に適していないことが考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。最低限、論文にまとめるためのデータは得られつつあるので、再現性を確認したデータの蓄積をして最終年度には結果をまとめられるようにする。
標識ラベルした凝集剤と同位体顕微鏡観察による膜ろ過ファウリングの解明

水問題解決として期待され、膜分離技術、特に凝集などとの組み合わせによる処理全体の高効率と省エネルギー化を目指した新浄水処理法の研究が世界中で活発に行われている.特に,膜分離の最大の課題はろ過にともない膜が汚れ(ファウリング),膜ろ過抵抗が増大することであるため,これを効率的に抑制する方法が検討されている.その一つとして塩基度が70%で硫酸イオンを数%含むアルミニウム系凝集剤の使用が提案されている.この研究では,安定同位体を用い,使用済み膜の汚れの分布を可視化定量し,膜ファウリングの解明により効果的なろ過法を検討する.同位体元素で標識ラベルした凝集剤などを製造すること,同位体比の時間的安定性,同位体顕微鏡における解析感度と空間解像度などを検討する.さらに,これらを膜ろ過し,膜のどこに堆積したかを調べる.本年度は,重水中で作成した凝集剤の重水素の安定性を検討した.その結果,凝集剤としては重水素比が高い凝集剤を作成できたが,凝集フロックを生成すると比が低下して行くことが分かった.水素/重水素は構造末端にあるため容易に置換されやすいことが分かった.そこで,18O標識のラベル安定性を,活性炭を例にして検討した.活性炭を重水と18O水をともに含む水中で粉砕し,活性炭の炭素と反応し,活性炭に移行した重水素と18Oを定量した.その結果,18Oは活性炭を乾燥後もその比は高く,移行率が60%であった.これに対し,重水素の比は上昇しなかった.このことから,ラベル化には18Oはより適していることが分かった.一方,凝集剤として反応する膜ファウリング物質であるバイオポリマーのラベル化にも着手した.凝集剤の重水素ラベル化可能であるが安定性が低い.そこで,18Oラベル化の可能性を見出した.一方,凝集剤と反応する膜ファウリング物質であるバイオポリマーのラベル化にも着手し,多角的な検討を行っている.18Oラベル化した高分子アルミニウム系凝集剤の調整と,その安定性を検討する.重水素標識したグルコースで活性汚泥微生物を培養し,凝集剤と反応する膜ファウリング物質であるバイオポリマーを作成する.これらを使って膜分離実験を行い,どこで膜ファウリングが生じているのかを検討する.水問題解決として期待され、膜分離技術、特に凝集などとの組み合わせによる処理全体の高効率と省エネルギー化を目指した新浄水処理法の研究が世界中で活発に行われている.特に,膜分離の最大の課題はろ過にともない膜が汚れ(ファウリング),膜ろ過抵抗が増大することであるため,これを効率的に抑制する方法が検討されている.その一つとして塩基度が70%で硫酸イオンを数%含むアルミニウム系凝集剤の使用が提案されている.この研究では,安定同位体を用い,使用済み膜の汚れの分布を可視化定量し,膜ファウリングの解明により効果的なろ過法を検討する.同位体元素で標識ラベルした凝集剤などを製造すること,同位体比の時間的安定性,同位体顕微鏡における解析感度と空間解像度などを検討する.さらに,これらを膜ろ過し,膜のどこに堆積したかを調べる.本年度は,重水中で作成した凝集剤の重水素の安定性を検討した.その結果,凝集剤としては重水素比が高い凝集剤を作成できたが,凝集フロックを生成すると比が低下して行くことが分かった.水素/重水素は構造末端にあるため容易に置換されやすいことが分かった.そこで,18O標識のラベル安定性を,活性炭を例にして検討した.活性炭を重水と18O水をともに含む水中で粉砕し,活性炭の炭素と反応し,活性炭に移行した重水素と18Oを定量した.その結果,18Oは活性炭を乾燥後もその比は高く,移行率が60%であった.これに対し,重水素の比は上昇しなかった.このことから,ラベル化には18Oはより適していることが分かった.一方,凝集剤として反応する膜ファウリング物質であるバイオポリマーのラベル化にも着手した.凝集剤の重水素ラベル化可能であるが安定性が低い.そこで,18Oラベル化の可能性を見出した.一方,凝集剤と反応する膜ファウリング物質であるバイオポリマーのラベル化にも着手し,多角的な検討を行っている.18Oラベル化した高分子アルミニウム系凝集剤の調整と,その安定性を検討する.重水素標識したグルコースで活性汚泥微生物を培養し,凝集剤と反応する膜ファウリング物質であるバイオポリマーを作成する.これらを使って膜分離実験を行い,どこで膜ファウリングが生じているのかを検討する.同位体ラベル化に傾注した検討を行ったため,費用のかかる同位体測定は次年度に重点的に行う予定である.
発達アセスメント等に基づく知的障害児者向け情報モラル指導カリキュラムの開発

本研究は、知的障害児者を対象に実施された知能検査等の心理・発達アセスメントや、社会適応のアセスメントのデータと、情報モラルの獲得を含めたICTの利用状況の関連を定量的に示した上で、知的障害児者の情報モラル獲得の支援における、個々のアセスメント情報の活用可能性を明らかにすることを目的としている。2年目にあたる今年度は、前年度に実施した予備調査の結果をふまえて、全国の知的障害特別支援学校の中学部と高等部を対象に、個々の生徒における心理・発達アセスメントのデータと情報モラルの獲得を含めたICTの利用状況に関する個別調査を実施した。予備調査で利用が多くみられた心理・発達アセスメント(S-M社会生活能力検査、WISC-III、WISC-IV、田中ビネー知能検査)を実施している知的障害特別支援学校156校の中学部と高等部が対象となった。個別調査では、個々の生徒における心理・発達アセスメントの結果の他、言語コミュニケーション能力の状況、読字・書字能力の状況、携帯情報端末の所有状況、ICT利用でのトラブル経験の有無(経験があればその内容)、「情報モラル指導モデルカリキュラム表」(日本教育工学振興会, 2007)を基にした情報モラルの獲得状況の回答を担任教師に求めた。対象となった156校のうち、50校(32.1%)から2221名分の回答を得た。これらの回答結果は、最終年度(令和元年度)で集計・分析して、当初の研究計画「心理・発達アセスメント結果と情報モラルの獲得を含めたICTの利用状況の関連の定量化」の遂行に結実させる予定である。今年度も計画通り個別調査が実施でき、集計も順調に進んでいる。最終年度にあたる次年度(令和元年度)では、個別調査の回答を集計・分析して、当初の研究計画「心理・発達アセスメント結果と情報モラルの獲得を含めたICTの利用状況の関連の定量化」の遂行に結実させ、「情報モラル指導モデルカリキュラム表」(日本教育工学振興会, 2007)と比較しながら、子どもの発達段階に準拠した(根拠に基づく)新たな「情報モラル指導モデルカリキュラム」の構築を目指す。本研究は、知的障害児者を対象に実施された知能検査等の心理・発達アセスメントや、社会適応のアセスメントのデータと、情報モラルの習得を含めたICTの利用状況の関連を定量的に示した上で、知的障害児者の情報モラル習得の支援における、個々のアセスメント情報の活用可能性を明らかにすることを目的としている。初年度は、全国の知的障害特別支援学校の中学部と高等部を対象に、予備調査を実施した。予備調査の主な内容は、学年ごとの生徒数、障害の程度ごとの生徒数、利用しているアセスメント、生徒における携帯情報端末の所有状況、携帯情報端末の所持や持参登校に対する学校側の態勢、情報モラルをはじめとした情報関連の指導状況、教員や保護者らの情報モラル研修状況、である。知的障害のある生徒が通学する特別支援学校のうち、中学部または高等部のある全国の学校795校に調査用紙を郵送し、259校(32.6%)から回答を得た。江田(2012)による同様の調査結果と比較したところ、生徒における携帯情報端末の所有状況には大きな変化がみられなかった一方で、情報モラルに関する指導の頻度がこの6年間で大きく上昇していることが分かった。また、アセスメントに関する調査結果は、「S-M社会生活能力検査」「WISC」「田中ビネー」「太田ステージ」の順で利用が多く、この結果は橋本(2016)の調査結果と一致した。これらの調査結果は、次年度(平成30年度)に実施する本調査の内容を検討する上で、重要なデータとなった。初年度は計画通り予備調査が実施でき、集計も順調に進んでいる。

初年度の予備調査の結果を基に、特別支援学校で利用が多くみられたアセスメントを中心に、それらを利用している特別支援学校から生徒個々の状況を調査する「本調査」を実施する。本調査では、生徒個々のアセスメント結果とICT利用状況、情報モラルの習得状況等のデータを得る。これらのデータを基に、最終年度(平成31年度)の情報モラル指導カリキュラムの構築を目指す。最終年度にあたる次年度(令和元年度)では、個別調査の回答を集計・分析して、当初の研究計画「心理・発達アセスメント結果と情報モラルの獲得を含めたICTの利用状況の関連の定量化」の遂行に結実させ、「情報モラル指導モデルカリキュラム表」(日本教育工学振興会, 2007)と比較しながら、子どもの発達段階に準拠した(根拠に基づく)新たな「情報モラル指導モデルカリキュラム」の構築を目指す。アンケート調査の回収率が当初の計画を下回り、郵送費(受取人払い)が低額となった。また、研究補助の人員を雇用しなかった。次年度使用額は、次年度に実施予定の調査の諸費用に充当する。アンケート調査の対象数ならびに回収率が当初の計画を下回り、郵送費が定額となった。最終年度にあたる次年度において、研究報告書の印刷・製本・郵送の経費に次年度使用額を充当する。
センサ信号統合化学習と強化学習の融合に関する研究

本研究では、センサ信号統合化学習と強化学習を融合することにより、視覚センサのように、局所的な受容野しか持たない多数のセンサセルの信号から目的達成のための動作の生成法を学習によって柔軟かつ効率的に獲得することを目指した。強化学習の中で、目的達成までの所要時間を現在の状態から予測することを学習するために、筆者らはニューラルネットを用いて予測(評価)値を計算させ、時間による2階微分値を0に近づけるという時間軸スムージング学習によってそのニューラルネットを学習させてきた。しかし、本研究を進めることにより、複数経路での評価等を考慮すると、予測値の時間の2階微分値を0にするだけでなく、時間変化量を一定化することが必要であることがわかった。さらに、時間変化量を一定にする学習において、現在の予測値を基準に、過去の予測値を学習させるという方法を採る必要があることもわかった。そして、この方法を用いることにより、結果的に、センサ信号の統合化学習を用いなくても、視覚センサ信号を直接強化学習で扱うことができることがわかった。従来、視覚センサ信号を用いて強化学習をさせる場合には、視覚センサ信号を人間が作ったプログラムにより前処理し、複数の離散な状態空間に分割して、各状態に対する動作を学習させてきた。従って、適応性という点で問題があった。しかし、本方法を用いることにより、単純な問題の場合には、視覚センサ信号を直接入力しても学習できることがわかった。そして、その際にニューラルネットの中間層ニューロンが、局所的な受容野しか持たないセンサの信号を統合し、空間情報を効率的に表現していることがわかった。また、システムの動作特性を変えてシミュレーションすることにより、中間層ニューロンが、学習に必要な部分を拡大して表現するといった適応能力があることがわかった。
河川水の過冷却と晶氷の発生に関する研究

晶氷の発生条件に関する実験を低温室で行った。蒸留水を断熱容器に満たし、水面のみから冷却して、冷却速度、撹はん強度をパラメターとして、水温の変化、晶氷の発生の有無、発生氷量について計測を行った。冷却開始後、水温は直線的に低下し、融解温度を過ぎて過冷却の状況に到達する。晶氷は水塊全体から突然発生し、晶氷の発生と共に水温は零度付近まで上昇する。撹はんの程度が弱い場合は過冷却は生ずるが、晶氷は発生せず容器の縁から氷が形成させる。この場合は水温はゆっくり上昇して零度付近に漸近する。最低過冷却温度は0.1°C以下に達し、これまで文献に述べられていた100分の数度の過冷却しか生じないという結論とは異なる大きな過冷却が観測された。冷却速度や撹はんによる水温の過冷却の程度には差が見られなかった。また、晶氷の発生は冷却速度より撹はんの程度が主要なパラメターであることが確認された。本実験での撹はんはマグネテックスタラーで、回転数を変えて行ったが、水理学的な乱れの強さの計測を今後進める必要がある。また晶氷の核となる濁度を加えた実験も実際の河川への適用を考える上で必要である。天塩川支川仁宇布川で行われた水温の現場観測によって、冬期河川水温の実際と気象条件と水温の関係が導かれ、流れに沿った水温の変化のモデル化を行った。また晶氷が河床の砂利の表面に付着にして形成されるアンカーアイスの存在が確かめられた。