hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イムノメタボリズムから立案する新規リハビリテーションプログラムの開発

<共培養系の確立>骨格筋刺激が免疫細胞に与える影響を解析するために、筋管細胞とマクロファージの共培養系を確立した。C2C12筋芽細胞を分化誘導させて筋管細胞(myotube)を得て、マクロファージは生体の生理学的な反応を再現するために、マウス骨髄由来マクロファージ(BMDM)を初代培養し、実験に用いた。骨格筋を刺激するために、myotubeとBMDMの培養皿を分け、myotubeを刺激した後に培養上清をBMDMの培養皿に移し、BMDMの反応を解析した。<myotube刺激のマクロファージ極性に対する影響>骨格筋から産生されるmyokineの抗炎症作用が知られているため、マクロファージの異常なM1極性を抑制してsystemicな過剰炎症を制御できる可能性がある。そこで、myotube刺激により産生される因子がBMDMのM1極性亢進へ与える影響を検討した。リポポリサッカライド(LPS)をBMDMに添加し、その後M1極性を示す遺伝子(M1 gene)を測定した結果、myotubeの培養上清で培養されたBMDMでは、M1 geneの発現亢進が有意に抑制された。さらに、myotubeを高強度超音波で刺激することでその効果が増強する所見が得られた。<myotube由来細胞外小胞の解析>骨格筋由来の抗炎症性物質が、細胞外小胞によって運搬されていることが知らてている。本研究においても、myotube由来の細胞外小胞がBMDMに作用して極性を制御していることが想定される。そこで、細胞外小胞の測定系を確立した。myotubeの培養上清を採取し、数時間の超遠心によって得られたサンプルをナノ粒子解析システムによって分析したところ、豊富な細胞外小胞がmyotube上清に含まれていることが確認された。<代謝フラックス解析>BMDMを持ちいた代謝フラックス解析の測定系を確立した。マウス由来筋芽細胞C2C12からの筋管細胞(myotube)への誘導、マウス骨髄由来マクロファージ(BMDM)の初代培養に成功し、それらの共培養系を確立することができた。また、myotubeの培養培地がBMDMにおけるM1極性を制御する(M1極性の異常亢進に対する抑制効果)ことが確認され、超音波刺激によってその効果が促進される所見が得られた。さらに、この細胞間コミュニケーションの因子と想定されている細胞外小胞(Extracellular vesicle)を、myotubeの培養培地から検出することに成功し、測定系が確立された。これらのことは、本研究の当初の研究計画に沿った進捗であり、次年度以降研究を発展させるための土台となる。さらに、ハーバード大学公衆衛生大学院Genetics and Complex Diseases領域との共同研究体制を確立できたため、今後も方法論および環境を共有できる。これらのことから、進捗が順調と判断した。骨格筋刺激によるマクロファージのM1極性制御の機序解析を中心的に行う。特に、骨格筋刺激による細胞外小胞の産生と、マクロファージ内での代謝動態の変化を中心的に解析する。これらの機能的な解析にinhibitor実験を加えることで、マクロファージ極性の制御のために骨格筋内で賦活するべき因子を明らかにする。これらの機序解析と並行して、超音波療法等の物理刺激条件の最適化についてもさらに検討を進める。マウス由来筋芽細胞C2C12からの筋管細胞(myotube)への誘導、マウス骨髄

由来マクロファージ(BMDM)の初代培養に成功し、それらの共培養系を確立することができた。また、myotubeの培養培地がBMDMにおけるM1極性を制御する(M1極性の異常亢進に対する抑制効果)ことが確認され、超音波刺激によってその効果が促進される所見が得られた。さらに、この細胞間コミュニケーションの因子と想定されている細胞外小胞(Extracellular vesicle)を、myotubeの培養培地から検出することに成功し、測定系が確立された。これらのことは、本研究の当初の研究計画に沿った進捗であり、次年度以降研究を発展させるための土台となる。さらに、ハーバード大学公衆衛生大学院Genetics and Complex Diseases領域との共同研究体制を確立できたため、今後も方法論および環境を共有できる。これらのことから、進捗が順調と判断した。骨格筋刺激によるマクロファージのM1極性制御の機序解析を中心的に行う。特に、骨格筋刺激による細胞外小胞の産生と、マクロファージ内での代謝動態の変化を中心的に解析する。これらの機能的な解析にinhibitor実験を加えることで、マクロファージ極性の制御のために骨格筋内で賦活するべき因子を明らかにする。これらの機序解析と並行して、超音波療法等の物理刺激条件の最適化についてもさらに検討を進める。
髄外造血ニッチとしての脾臓微小環境構成要素の解明と造血幹細胞増殖法への応用

骨髄性白血病は造血系の悪性腫瘍であり、その多くは骨髄の造血幹・前駆細胞における染色体転座に伴うHoxA9やMeis1などの正常な造血に関わる転写因子の過剰発現に起因することが知られている。一方、近年、骨髄の造血幹・前駆細胞の維持に関与する造血微小環境(ニッチ)の異常が、骨髄性白血病の発症に関与することが報告され、造血系細胞とニッチとの相互作用が骨髄性白血病の発症や悪性化に重要であることが明らかになってきている。しかしながら、骨髄性白血病において頻発する脾臓腫大(脾腫)の病態生理学的意義については明らかになっていない。そこで、脾臓造血ニッチを構成する間葉系細胞に発現し、その過剰発現で髄外造血を誘導する転写因子Tlx1に着目し、Tlx1を高発現した脾臓造血ニッチの骨髄性白血病の発症・悪性化における影響について解析を行った。まず、骨髄造血幹・前駆細胞にレトロウイルスベクターを用いてHoxA9とMeis1を発現させ、不死化した骨髄性白血病細胞(H9M1細胞: Kusabira OrangeおよびEGFPの蛍光で検出可能)を、タモキシフェン投与によりTlx1を脾臓造血ニッチに過剰発現したマウスならびにコントロールマウスに静脈内投与し、脾臓への生着について検討した結果、骨髄への生着には差がなかったが、脾臓への生着はTlx1高発現脾臓ニッチで有意に高かった。また、4週後の脾臓、骨髄におけるH9M1細胞の細胞数も脾臓ニッチにTlx1を高発現させると有意に増加した。さらに、脾臓ニッチにTlx1を高発現させた場合、早期に末梢血において白血病細胞が検出され、マウスの生存期間も有意に短縮した。以上の結果から、脾臓髄外造血ニッチの異常が骨髄性白血病の悪性化に寄与していることが明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。脾臓に選択的に存在するTlx1発現細胞はplatelet-derived growthfactor receptor-alpha(PDGFRa)を発現し、様々な成熟脾臓ストローマ細胞への分化能力を有する間葉系幹細胞様の細胞である。そのTlx1発現細胞にTlx1を過剰発現することによって起こる脾腫を伴った髄外造血のメカニズムについて詳細な検討を行った。過剰発現4週後の脾臓では、造血幹細胞を含む造血前駆細胞、単球、顆粒球、赤芽球系細胞、巨核球の有意な増加が認められたが、リンパ球系細胞には変化は観察されなかった。そこで、過剰発現初期の変化について解析した結果、Tlx1発現細胞におけるSCF, CXCL12, Angiopoietin 2, M-CSFなどの造血制御因子の発現が有意に上昇しており、また、造血前駆細胞の骨髄から末梢血への移動、脾臓への選択的な移入ならびに脾臓での増殖が有意に亢進していることが判明した。LPS投与に伴う髄外造血においても、脾臓におけるTlx1の発現が有意に増加することから、脾臓における髄外造血にはTlx1発現細胞におけるTlx1の発現上昇が関与していることが示唆された。さらに、脾臓ストローマ細胞ならびに胎仔線維芽細胞にin vitroでTlx1を過剰発現させ、骨髄造血前駆細胞を共培養した結果、Tlx1過剰発現胎仔線維芽細胞では造血前駆細胞の生存維持は認められなかったが、脾臓ストローマ細胞は有意に造血前駆細胞の生存を維持することが判明した。以上の結果から、Tlx1発現間葉系細胞は脾臓の主要な造血前駆細胞ニッチであることが明らかになった。転写因子Tlx1の時期・細胞特異的欠損マウスを作成できたことで、過剰発現マウスと比較解析することが可能になり、脾臓における髄外造血の分子機構をTlx1の欠損ならびに高発現という両面から検証できる体制が構築できた。LPSによって脾臓において髄外造血が起こることが知られており、その発症には造血系細胞ではなく、造血微小環境(ニッチ)に発現するTLR4が関与することが明らかになっている。そこで、脾臓造血ニッチを構成する間葉系細胞に特異的に発現し、その過剰発現で髄外造血を誘導する転写因子Tlx1に着目し、LPSによって誘発される脾臓髄外造血の脾臓造血ニッチによる制御機構について解析を行った。まず、脾臓赤脾髄に局在するTlx1陽性細胞におけるTLR4の発現を解析した結果、他の脾臓間葉系細胞に比較し、高発現していることが判明した。そこで、LPSを投与することで髄外造血を誘発したところ、脾腫が認められ、Tlx1陽性細胞におけるTlx1遺伝子の発現亢進ならびにTlx1陽性細胞数の増加が観察された。また、免疫組織学的解析により、Tlx1の過剰発現で誘導される髄外造血と同様、濾胞周囲へのTlx1陽性細胞の集積ならびにその近傍への造血幹・前駆局在が認められ、LPS投与によってTLR4を発現するTlx1陽性細胞が造血幹・前駆細胞ニッチとして、髄外造血の場となっていることが明らかになった。さらに、LPS誘導性の脾臓髄外造血におけるTlx1欠損の影響についてTlx1CreER-Venus/flox

マウスを用いて解析した結果、LPS投与による脾臓微小環境の変化、すなわち、Venus発現レベルの上昇(Tlx1遺伝子座の活性化)、Venus発現細胞の傍濾胞領域への集積ならびにVenus発現細胞におけるSCFおよびCXCL12などの造血ニッチ因子の発現上昇、それら全てがTlx1欠損によって消失し、脾臓における髄外造血も誘導されなかった。したがって、Tlx1の過剰発現により髄外造血が誘導されるという現在までの知見と総合すると、脾臓髄外造血は間葉系前駆細胞におけるTlx1の発現亢進によって制御されていることが示唆された。グラム陰性細菌感染症による髄外造血モデルにおいて、脾臓微小環境を構成するTlx1発現間葉系細胞ならびにTlx1の発現が必要であることを解明することができた。骨髄性白血病は造血系の悪性腫瘍であり、その多くは骨髄の造血幹・前駆細胞における染色体転座に伴うHoxA9やMeis1などの正常な造血に関わる転写因子の過剰発現に起因することが知られている。一方、近年、骨髄の造血幹・前駆細胞の維持に関与する造血微小環境(ニッチ)の異常が、骨髄性白血病の発症に関与することが報告され、造血系細胞とニッチとの相互作用が骨髄性白血病の発症や悪性化に重要であることが明らかになってきている。しかしながら、骨髄性白血病において頻発する脾臓腫大(脾腫)の病態生理学的意義については明らかになっていない。そこで、脾臓造血ニッチを構成する間葉系細胞に発現し、その過剰発現で髄外造血を誘導する転写因子Tlx1に着目し、Tlx1を高発現した脾臓造血ニッチの骨髄性白血病の発症・悪性化における影響について解析を行った。まず、骨髄造血幹・前駆細胞にレトロウイルスベクターを用いてHoxA9とMeis1を発現させ、不死化した骨髄性白血病細胞(H9M1細胞: Kusabira OrangeおよびEGFPの蛍光で検出可能)を、タモキシフェン投与によりTlx1を脾臓造血ニッチに過剰発現したマウスならびにコントロールマウスに静脈内投与し、脾臓への生着について検討した結果、骨髄への生着には差がなかったが、脾臓への生着はTlx1高発現脾臓ニッチで有意に高かった。また、4週後の脾臓、骨髄におけるH9M1細胞の細胞数も脾臓ニッチにTlx1を高発現させると有意に増加した。さらに、脾臓ニッチにTlx1を高発現させた場合、早期に末梢血において白血病細胞が検出され、マウスの生存期間も有意に短縮した。以上の結果から、脾臓髄外造血ニッチの異常が骨髄性白血病の悪性化に寄与していることが明らかになった。作成したTlx1の時期・細胞特異的欠損マウスを用いて、LPS投与などによる既存の髄外造血誘導モデルにおけるTlx1ならびにTlx1発現細胞の役割について研究を行う。LPS投与による細菌感染誘導性髄外造血モデルに加え、細胞内DNAセンサーであるSTINGのリガンドであるc-di-GMP投与を用いた髄外造血モデルならびにフェニルヒドラジン(PHZ)投与による溶血性貧血モデルにおける脾臓間葉系細胞の役割を、Tlx1の発現レベルおよび発現細胞数の変化、造血制御因子の発現ならびに赤脾髄における局在変化という観点から解析する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
反跳性過食のストレスによる増強と脳内神経伝達物質の変化、その薬物による抑制機序

近年、神経性過食症患者は急激に増加しているが、その病因は不明で治療法は未だ確立されていない。そこで過食の脳内機序を明らかにするために、我々はラットに1日2時間の時間制限給餌を1週間繰り返した後の反跳性過食状態(rebound hyperphagia)のストレスによる増強を過食の症状モデルのひとつとして検討を重ねてきた。今回、ラットをrebound hyperphagia時に小さなケージに入れるストレスを加えるとそのrebound hyperphagiaはさらに増強することを確認し、この条件下で自由摂餌開始前のラットにhaloperidol,diazepam,imipramineを腹腔内単回投与し、摂餌行動の変化と前頭葉や線条体のドパミン代謝の変化をmicrodialysis法で測定した。その結果、このrebound hyperphagiaの増強に前頭葉と線条体のDA代謝が関与していること、haloperidolとdiazepamは異なる作用機序でこのrebound hyperphagiaの増強を抑制する可能性が示唆された。Imipramineの急性投与は摂餌行動に影響を及ぼさなかった。今回の結果からは、過食衝動が強い症例や長期に過食の継続している症例などに短期的にHPを投与して摂食面での体性行動を抑制したり、社会的ストレスから解放し、過食に至るのを防ぐために短期的にDZPを投与するなど、症例に応じた薬物投与も可能と考えられた。ただ、我々は過食症の治療が薬物療法のみで可能とは考えておらず、正しい病気の認知と正しい食生活の再獲得が優先されるべきであり、治療の補助的位置づけとしての薬物利用の可能性を今回の結果は示唆していると考えている。Wlstar系雌性ラットを820時を暗期とする明暗恒温条件下で1週間水、餌を自由に摂取できるようにして飼育した。その後、ラットを22時間のみ絶食させ自由摂餌を行わせた群(A群)、1日2時間の制限給餌を1週間続けた後自由摂餌を行わせた群(B群)、1日2時間の制限給餌を1週間続けた後、閉所条件下にて自由摂餌を行わせた群(C群)の3群に分けた。A群に比しB群とC群では有意に摂餌量は増加し、C群ではB群に比しても有意に摂餌量は増加した。これにより、ラットに1日2時間制限給餌を7日間繰り返した後自由摂餌を再開するとrebound hyperphaglaとなり、更に閉所条件を加えるとそれが増強された。Diazepam(DZP)1.0,3.0mg/kg腹腔内投与では摂餌量そのものに変化は認めずrebound hyperphagiaも認められたが、その閉所条件による増強作用は認められなかった。また、ラット前頭葉の細胞外液中DAおよびその代謝産物の濃度はrebound hyperphagiaの増強時に基礎値に比し有意な増加を認めたが、DZP3.0mg/kg投与にてこれを認めなくなった。同部位の細胞外液中5-HIAA濃度はrebound hyperphagiaの増強時に基礎値に比し増加傾向を認めたが、5-HT濃度は極めて微量で測定のばらつきが大きかった。また、DZP投与においても5-HT,5-HIAA濃度には有意な変化を認めなかった。
視神経回復を志向し最適化された疎水層を持つ核酸内包高分子ミセル型点眼剤の開発

親水性であるポリエチルオキサゾリン(PEtOx)の分子量が14000、カチオン性であるポリリシン(PLys)の重合度が51であるジブロック共重合体PEtOx-b-PLys(EtL)と、温度応答性であるポリノルマルプロピルオキサゾリン(PnPrOx)の分子量が8000、PLysの重合度が51であるブロック共重合体PnPrOx-b-PLys(PrL)、またPEtOxの分子量が14000、PnPrOxの分子量が8000、PLysの重合度が51であるトリブロック共重合体PEtOx-b-PnPrOx-b-PLys(EtPrL)を用いて、mRNAを内包した高分子ミセルを調製した。得られた高分子ミセルはどれも4度での光散乱測定において70 nm程度の粒径であったが、37度とすることで、PrLの高分子ミセルでは粒子間凝集による粒径上昇が見られ、EtPrLからなる高分子ミセルではシェルの一部疎水化による粒径減少が見られた。これは高分子ミセル中のPnPrOxの温度応答疎水化を示している。また培養細胞に対してこれらの高分子ミセルを用いてトランスフェクションした場合、EtPrLからなる高分子ミセルが一番長く持続的なたんぱく発現をする機能を持つことがわかった。ここまでの成果については、ACS Spring 2019 National meeting and Expositionなどで報告している。得られた高分子ミセルは、山梨大学田中佑治准教授協力のもと、マウスに点眼し、眼球を摘出、担持したmRNAからの遺伝子発現性を確認した。しかしながら、現状、どの高分子ミセルからも十分な遺伝子発現性は見られていない。この結果を踏まえ、遺伝子発現効率をより高めるための新規高分子設計や、投与法を眼内投与に変えることも視野に入れつつ、新たな材料設計を行っている。実際に疎水部を持ちmRNAを内包した高分子ミセルの開発には成功しており、細胞実験においては高い遺伝子発現性、また遺伝子発現持続性を達成している。しかしながら、実際にレポーター遺伝子であるルシフェラーゼをコードしたmRNAを用いて高分子ミセルを作成し、マウスに点眼したところ、ルシフェラーゼ遺伝子の発現は検出されなかった。眼内注射により眼内投与した場合、この高分子ミセルはルシフェラーゼ遺伝子の発現を示したため、開発した高分子ミセルが眼内で遺伝子発現を示さないということではない。おそらく点眼では、取り込み量が極めて小さいため、遺伝子発現が検出されないのであろう。これは角膜のバリア性が想定以上に高いことに起因する。また当初の計画では、角膜で分泌性たんぱくを遺伝子発現させれば、眼内までたんぱくが到達すると考えていたが、分泌性ルシフェラーゼをコードしたmRNAを内包した高分子ミセルを点眼後、角膜を含めた眼球での遺伝子発現を見ても、遺伝子発現は極めて小さかった。これらの結果を受けて、マテリアルデザインや、投与方法を再考する必要性を感じた。改善戦略として、取り込み量が小さくとも遺伝子発現する高分子ミセルを作ることと、また投与方法を眼内注射に変更、眼内投与回数を減らすという観点から、遺伝子発現効果が長く続くよう眼内に長く留まる設計が必要となる。前者の戦略として、これまでのポリイオン会合をベースとした高分子ミセルでなく、mRNAのリン酸基と配位結合により会合し、細胞内で豊富に存在するmRNAとの配位結合の交換により放出し、遺伝子発現を促進する設計を考案した。また後者の戦略として、ポリ乳酸を含む高分子により架橋される生分解性のインジェクタブルハイドロゲルを考えた。このような戦略の変更により、進捗がやや遅れている。新たに設計した、取り込み量が少量でも遺伝子発現が可能な核酸キャリアを構造最適化し、点眼剤として用いる。具体的な設計としては、ポリカチオンの替わりにジピコリルアミン(DPA)の亜鉛錯体構造(DPA-Zn)を有する高分子鎖からなるブロック共重合体を設計する。DPA-Znを有するモノマーユニットの重合度が異なるブロック共重合体を複数用意し、それぞれ核酸と高分子ミセルを調製、酵素に対する安定性や競合mRNAを加えた時の核酸の放出能を評価し、分解に対して安定かつ放出能の高い高分子ミセルを選定する。選定された高分子ミセルについては、ラットまたはマウスに対して点眼を行い、その遺伝子発現性を評価する。他のアプローチとして、眼内注射による遺伝子発現も検討する。眼内注射による治療を想定する場合、患者への侵襲性の低減といった観点から投与回数が少なくて済むよう、長く眼内に高分子ミセルが留まる戦略が必要となる。前年度はインジェクタブルかつ加水分解性を持つハイドロゲルの設計に成功した。今年度は、上述で設計を提案した高分子ミセル、またはこれまで検討を行ってきた高分子ミセルをこのゲル前駆体と混合し、ラットに対して眼内注射し、眼内において高分子ミセルを内包した加水分解性ハイドロゲルを構築させる。そして遺伝子発現量の経時変化を観察し、遺伝子発現持続性を観察する。マウス、ラットへの点眼や眼内投与については、山梨大学医学部の田中佑治准教授の協力を仰ぐ。

親水性であるポリエチルオキサゾリン(PEtOx)の分子量が14000、カチオン性であるポリリシン(PLys)の重合度が51であるジブロック共重合体PEtOx-b-PLys(EtL)と、温度応答性であるポリノルマルプロピルオキサゾリン(PnPrOx)の分子量が8000、PLysの重合度が51であるブロック共重合体PnPrOx-b-PLys(PrL)、またPEtOxの分子量が14000、PnPrOxの分子量が8000、PLysの重合度が51であるトリブロック共重合体PEtOx-b-PnPrOx-b-PLys(EtPrL)を用いて、mRNAを内包した高分子ミセルを調製した。得られた高分子ミセルはどれも4度での光散乱測定において70 nm程度の粒径であったが、37度とすることで、PrLの高分子ミセルでは粒子間凝集による粒径上昇が見られ、EtPrLからなる高分子ミセルではシェルの一部疎水化による粒径減少が見られた。これは高分子ミセル中のPnPrOxの温度応答疎水化を示している。また培養細胞に対してこれらの高分子ミセルを用いてトランスフェクションした場合、EtPrLからなる高分子ミセルが一番長く持続的なたんぱく発現をする機能を持つことがわかった。ここまでの成果については、ACS Spring 2019 National meeting and Expositionなどで報告している。得られた高分子ミセルは、山梨大学田中佑治准教授協力のもと、マウスに点眼し、眼球を摘出、担持したmRNAからの遺伝子発現性を確認した。しかしながら、現状、どの高分子ミセルからも十分な遺伝子発現性は見られていない。この結果を踏まえ、遺伝子発現効率をより高めるための新規高分子設計や、投与法を眼内投与に変えることも視野に入れつつ、新たな材料設計を行っている。実際に疎水部を持ちmRNAを内包した高分子ミセルの開発には成功しており、細胞実験においては高い遺伝子発現性、また遺伝子発現持続性を達成している。しかしながら、実際にレポーター遺伝子であるルシフェラーゼをコードしたmRNAを用いて高分子ミセルを作成し、マウスに点眼したところ、ルシフェラーゼ遺伝子の発現は検出されなかった。眼内注射により眼内投与した場合、この高分子ミセルはルシフェラーゼ遺伝子の発現を示したため、開発した高分子ミセルが眼内で遺伝子発現を示さないということではない。おそらく点眼では、取り込み量が極めて小さいため、遺伝子発現が検出されないのであろう。これは角膜のバリア性が想定以上に高いことに起因する。また当初の計画では、角膜で分泌性たんぱくを遺伝子発現させれば、眼内までたんぱくが到達すると考えていたが、分泌性ルシフェラーゼをコードしたmRNAを内包した高分子ミセルを点眼後、角膜を含めた眼球での遺伝子発現を見ても、遺伝子発現は極めて小さかった。これらの結果を受けて、マテリアルデザインや、投与方法を再考する必要性を感じた。改善戦略として、取り込み量が小さくとも遺伝子発現する高分子ミセルを作ることと、また投与方法を眼内注射に変更、眼内投与回数を減らすという観点から、遺伝子発現効果が長く続くよう眼内に長く留まる設計が必要となる。前者の戦略として、これまでのポリイオン会合をベースとした高分子ミセルでなく、mRNAのリン酸基と配位結合により会合し、細胞内で豊富に存在するmRNAとの配位結合の交換により放出し、遺伝子発現を促進する設計を考案した。また後者の戦略として、ポリ乳酸を含む高分子により架橋される生分解性のインジェクタブルハイドロゲルを考えた。このような戦略の変更により、進捗がやや遅れている。新たに設計した、取り込み量が少量でも遺伝子発現が可能な核酸キャリアを構造最適化し、点眼剤として用いる。
行動と形態:分化を導く行動の遺伝的基盤の解明

貝食性オサムシであるマイマイカブリの外部形態に関する遺伝基板を解明するため、巨頭型マイマイカブリ集団と狭頭型マイマイカブリ集団をかけ合わせF1雑種集団、戻し交雑集団を構築した。得られた個体の頭部、胸部、腹部に関し縦横の長さの計測を行い、量的遺伝解析法のjoint-scaling testとCastle-Wright methodを用い相加遺伝効果や遺伝子座の数の推定を行うと共に、Animal modelを用いた遺伝率や遺伝共分散行列の推定を行った。さらに各形態部位の画像データ上に標識点を配置し、幾何学的形態解析法による形態変化の解析、形態部位間の遺伝共分散の推定、発生的ゆらぎの効果に伴う発生的不安定性の検定、形態部位間のモジュール解析を行った。解析に用いた画像データに問題があったため、現在キーエンスを用いて再度、写真の取り直しと再解析を行っているものの、大まかに言って、巨頭型と狭頭型マイマイカブリの形態差には高い遺伝率があり少数遺伝子座上の相加遺伝効果によって決まっていること、また形態部位間の遺伝共分散が強く、特に頭部と胸部間には遺伝または発生的に強い統合性が存在することなどの可能性を示唆する結果を得ることができた。また得られた交雑個体のDNA組織を用いたAFLP分析法による分子遺伝解析も大きく前進させることができた。現在十分な数のAFLPマーカーを用いた連鎖地図作成を試みているが、得られた連鎖地図上に上記した形態データをマッピングすることで、染色体上における各形態部位間の連鎖の度合いを分子遺伝学的側面から考察することができるだろう。これら形態解析と分子遺伝解析によって得られた結果は、適応分化したマイマイカブリ形態の遺伝的・発生的制約や統合性を推定する上で意義深く、貝食性オサムシ全体の適応放散過程を考察する上でも重要りな結果となるだろう。近縁種間にみられる形態の不連続性の説明として、進化生態学者らは選択と適応に関するメカニズムの重要性を主張する一方、形態形成の遺伝基盤に携わる研究者らは遺伝・発生的制約が著しい形態差異を導く可能性を示唆してきた。近縁種間の形態分化機構において「選択」と「制約」はどちらがより強く寄与し得るのだろうか。本研究は、この問題の解明のために貝食性オサムシの形態分化に着目した。貝食性オサムシでは「巨頭型」・「狭頭型」という形態的二型と「殻を壊す」・「首を突っ込む」という行動的二型が存在する。先行研究では巨頭型オサムシは殻を壊す行動への適応、そして、狭頭型オサムシは首を突っ込む行動への適応という仮説を支持する結果を得ることができたが、対立仮説として、形態や行動の遺伝基盤が中間型それ自体を生み出さない特殊な構造を担っている可能性も考え得る。そこで本研究では代表的貝食性オサムシであるマイマイカブリを用い、陸貝食に関わる捕食形態及び捕食行動の遺伝的基盤の解明を行った。巨頭マイマイカブリと狭頭マイマイカブリを親集団としたF1雑種集団の形態はそれぞれの親集団の中間的なものとなり、また、戻し交雑集団の形態はF1雑種集団と親集団との中間的なものとなった。量的遺伝解析の結果、形態を決める相加的遺伝子座は少なくとも3つ以上存在することがわかり、同一遺伝子座内のアレル相互作用(優性)や遺伝子座間の相互作用(エピスタシス)といった遺伝要因はほとんど影響を与えていないということがわかった。これらの結果は、貝食性オサムシの形態的不連続性において遺伝的制約よりも捕食行動への選択圧が著しく寄与している可能性を示唆しているといえる。本年度、研究計画に従いある程度、順調に研究を進めることができた。頭部と胸部形態に著しい差異が見られるマイマイカブリ2亜種集団を用い、F1雑種およびバッククロス集団の構築に成功した。これらの系統ラインを用い、QTLマッピングによる形態形質関連遺伝子の遺伝子座上の位置が特定可能となる。これらの遺伝的基盤の特定は形質問の連鎖や遺伝要因の推定を可能とし、貝食性オサムシの形態分化機構の決定要因を特定する重要な鍵となるだろう。また、マイマイカブリの外部形態の外的決定要因を解明するために、日本列島内の62地域から集められた1704個体の標本サンプルを用いてそれらの形態解析も行った。さらに、それらの地域における年平均気温と主要な餌となるカタツムリの体サイズを調べ、マイマイカブリ形態と環境要因との相関を調べた。その結果、より細長いマイマイカブリが生息している地域ほどより大型のカタツムリが多く分布するという傾向があることが分かった。この結果は、より細長いマイマイカブリほど頭を巻貝の殻に突っ込んで採餌する捕食行動に特化した結果であると考えることができ、異なる資源への特殊化が形態を著しく進化させるというLevinsの仮説を強く支持するものといえる。また、集団間の遺伝距離と地理適距離の間には相関があることも分かり、距離による隔離の効果により遺伝的分化も促進していることが判明した。これらの結果はオサムシの形態的多様性と遺伝的多様性が陸貝への特殊化によって促進されることを示しているといえる。得られた個体の頭部、胸部、腹部に関し縦横の長さの計測を行い、量的遺伝解析法のjoint-scaling testとCastle-Wright methodを用い相加

遺伝効果や遺伝子座の数の推定を行うと共に、Animal modelを用いた遺伝率や遺伝共分散行列の推定を行った。さらに各形態部位の画像データ上に標識点を配置し、幾何学的形態解析法による形態変化の解析、形態部位間の遺伝共分散の推定、発生的ゆらぎの効果に伴う発生的不安定性の検定、形態部位間のモジュール解析を行った。解析に用いた画像データに問題があったため、現在キーエンスを用いて再度、写真の取り直しと再解析を行っているものの、大まかに言って、巨頭型と狭頭型マイマイカブリの形態差には高い遺伝率があり少数遺伝子座上の相加遺伝効果によって決まっていること、また形態部位間の遺伝共分散が強く、特に頭部と胸部間には遺伝または発生的に強い統合性が存在することなどの可能性を示唆する結果を得ることができた。また得られた交雑個体のDNA組織を用いたAFLP分析法による分子遺伝解析も大きく前進させることができた。現在十分な数のAFLPマーカーを用いた連鎖地図作成を試みているが、得られた連鎖地図上に上記した形態データをマッピングすることで、染色体上における各形態部位間の連鎖の度合いを分子遺伝学的側面から考察することができるだろう。これら形態解析と分子遺伝解析によって得られた結果は、適応分化したマイマイカブリ形態の遺伝的・発生的制約や統合性を推定する上で意義深く、貝食性オサムシ全体の適応放散過程を考察する上でも重要りな結果となるだろう。
粒子系ER流体を用いたサーボシステムのインテリジェント制御に関する研究

ER流体とは電場によってそのレオロジー特性が制御できる流体である。本研究ではこのER流体を用いたインテリジェントサーボシステムについて研究を行い,以下の結果を得た。(1)ER流体を用いたダンパをハーモニックドライブ減速機に組み込んだアクチュエータを開発した。印加電場を制御することで,運動状況に応じたダンピング特性を与えることにより,高速かつ高精度な制御が可能であることを確認した。また,リニアガイドシステムについても基礎制御実験を行った。(2)ER流体は電場によってそのレオロジー特性が制御できるため,制御型クラッチやブレーキの作動流体としても有効である。本研究ではER流体を用いた高性能なクラッチやブレーキを開発し,サーボ系において良好な制御特性を持つことを確認した。また,それらを力覚提示などに応用し,新しいメカトロニクスシステムへの適用の可能性を示した。(3)従来のER流体の利用法においては,電極間にER流体が充填されており,その電極間に印加する電場によりER流体のレオロジー特性を制御している。しかし,この方法では電極間ギャップの保持や,可動部へ配線における信頼性等の問題がある。そこで,片側パターン電極による新たなダンパ構成手法を提案した。次に実験により十分なエレクトロレオロジー効果が得られることを確認した。(4)ダイレクトドライブモータ(DDモータ)を用いたサーボシステムは,高速・高精度化に対して有効な駆動方式であるが,サーボゲインを上げることが困難であるため,外乱の影響を受けやすいという問題がある。そこで,DDモータにERダンパを取り付けたDDシステムを開発した。その結果,サーボ剛性の高い応答性の良いサーボシステムが構成された。本研究は,ステッパーなどの各種高精度位置決め装置,ロボット,超精密加工機などのサーボシステムへの機能性流体の導入について検討し,状況に適応した高精度かつ高性能なインテリジェント制御を実現することを目的としている.本年度は,以下のような研究を行った.・粒子系ER流体を用いたERダンパの効果について検証するため,微小ギャップおよび微小変位において特性を計測することができる試験装置を開発した.開発した試験装置を用いてER流体の微小ギャップおよび微小変位における特性について計測した.また,電極形状についても検討を行い,いくつかの電極形状について実験を行った.・ERダンパ内蔵型アクチュエータを開発した.開発したERダンパ内蔵型アクチュエータを用いることで,容易にERダンパを用いたロボットシステムを構成することが可能である.負荷側に取り付けた高精度センサの情報を用いてERダンパに線形化補償を行い,適切なダンピングを与えることにより,安定性が高くかつ高精度な制御が可能であることを確認した.・ダイレクトドライブモータとERダンパを一体化した新しいアクチュエータを設計した.ERダンパ一体型ダイレクトドライブシステムは,高精度センサからの情報を用いて使用状況に応じた適切なダンピングを与えることができるため,サーボ剛性を上げることができる.さらに,外部環境に従ったコンプライアントな制御やそれほど軌道精度を要求されない高速な移動時には,ダンピングを下げることによって良好な運動制御が可能となる.本研究は,ステッパーなどの各種高精度位置決め装置,ロボット,超精密加工機などのサーボシステムへの機能性流体の導入について検討し,状況に適応した高精度かつ高性能なインテリジェント制御を実現することを目的とする.本研究では,粒子系ER流体をサーボシステムの制御に導入する.粒子系ER流体は電場によってそのレオロジー特性が制御できる機能性流体であり,その応答はきわめて速くかつ可逆的であるという特徴を持つ.本年度は以下の事項について研究を行った.(1)DDモータにERダンパを取り付け,高分解能エンコーダを用いて高精度制御実験を行った.まず高分解能エンコーダの角度情報から角速度を求め,線形化補償器により高精度かつ高速な線形可変ダンパを構成する.次に制御系設計を行った.

最後に求めた制御器を用いて制御実験を行い,良好な実験結果を得た.(2)リニアガイドシステムの高速高精度な位置決め制御実験を行った.センサとしてレーザ測長機を用い,この情報を用いてERダンパへの印加電圧を制御する予備実験を行った.本年度では,リニアガイドおよびERダンパからなる新たな駆動システムの構築を考えた.具体的には,本年度は以下の事を行った.(1)高速移動時には抵抗を小さくするためにダンパの効果を小さくし,精密位置決め時にはその効果を大きくするという,可変抵抗ダンパを直動型システムに適応することを考えた.また,実際のメカトロニクス機器では,サーボ軸方向のみならず,サーボ軸に垂直な方向に対する振動が問題となっている.そこで,サーボ軸に垂直な方向の外乱の影響を抑えるため,スクイーズフィルムダンパ効果も同時に考えた.本年度は,実際のボールねじ駆動系およびリニアガイドシステムに同ダンパを適用するにあたり,必要な粘性を計算し,具体的な設計を行った.(2)ER流体ダンパのスクイーズフィルムダンパ効果を検証するため,その予備実験装置を製作した.流体には均一系ER流体と粒子系ER流体の両方を考え,スクイーズフィルムダンパの基礎特性を実験により検証した.それにより,ER流体ダンパには,スクイーズフィルムモードにおいて一定の効果があることが分かった.(3)本研究で用いる均一系および粒子系のER流体については,精密位置決め時に利用する中・低速のせん断速度域において,詳しい性能評価を行う必要がある.本年度は,過年度において製作したブレーキ,ダンパやアクチュエータなどにより,中・低せん断速度域における制御特性を検証した.また,片側パターン電極による,新たなダンパ構成手法を提案し,その特性評価を行った.
ミクログリアによるシナプス機能の調節

ATPのミクログリアへの作用を検討した結果、ATPはミクログリアのラッフリング運動及び遊走性を著明に亢進することを見出した。ラッフリング運動が引き起こされる際、細胞内では単量体G蛋白であるRacの活性化が引き起こされることが知られていることから、ATP刺激によるRacの活性化を免疫組織化学的染色およびプルダウン法によって検討した。その結果ATP刺激によりミクログリア細胞内で速やかに(5分以内)Racが活性化されていることが明らかとなった。これらの効果は細胞外液のカルシウムを除去しても認められることから、G蛋白共役型のP2Y受容体を介したものであると推測された。これまでクローニングされているか、あるいは薬理学的に存在が確認されている多くのP2Y受容体のうち、どの受容体を介しているかを種々のアゴニスト、アンタゴニスト、百日咳毒素を用い検討した結果、いずれの受容体にも該当せず、Gi/o共役型の、新規のP2Y受容体を介したものであることが示唆された。Hollopeperらはヒト血小板からGIOきょうえき型のP2Y受容体のクローニングに成功し、この新規の受容体をP2Y12と命名した(Natuer)。そこで我々が観察したP2Y受容体がP2Y12であるかを検討するため、P2Y12の選択的なアンタゴニストであるAR-C69931MXの効果を検討した結果、ATPによるラッフリング形成が完全に阻害されている。さらにP2Y12に対するクローブを用い、In-situ-hybridzationを行ったところ、脳内のミクログリアにおいてP2Y12が強く発現されていることが明らかとなった。以上の結果から、ATPはミクログリアに対し、強い化学走性を示すこと、またその作用はGIO共役型のP2Y受容体を介したものであることが示された。ニューロンは神経活動依存性にシナプスから神経伝達物質をはじめとして様々な分子を放出する。ATPもその一つであり、標的は後シナプスのみならず、周囲のグリア細胞である可脳性が推測されている。本研究では、ニューロン由来のATPがミクログリアの機能、特にシナプス伝達の調節活性を示すプラスミノーゲン(PGn)の分泌機能への作用およびその機構解析を行うことを目的とした。ラット新生仔脳由来ミクログリア(Micro)は無血清培養下においてPGnをほとんど分泌しないが、ATP(100nM)の添加により、10分以内に大量のPGnを放出する。この現象は、細胞内Ca2+キレーターであるBAPTAでほぼ完全に抑制され、逆にイオノフォアであるA23187の作用により強く促進された。これらの結果から、ATPによるPGnの放出活性は細胞内Ca2+の存在と関連することが示唆されたため、次にATPの細胞内Ca2+変動に与える影響を調べた。その結果、ATPは一過性に、また濃度依存性に細胞内Ca2+の上昇を誘導することがわかった。さらにこのCa2+上昇はどのATP受容体サブタイプを介して起こるのか、薬理学的に知られている各種アゴニストおよびアシタゴニストを使用することにより同定を試みた。その結果、Ca2+流入は2-MeSATPによって引き起こされること、αβ-メチレンATPにはその効果が全くないこと、またATP誘導性Ca2+流入はスラミンによって阻害されないこと、などが明らかになった。これらの反応性から、Microはイオンチャネル型ATP受容体のサブタイプP2X7を発現している可能性が強く示唆された。

実際、P2X7型受容体の選択的アゴニストであるBzATPにより濃度依存的にCa2+流入が起こり、選択的アンタゴニストであるoATPの前処理によりATPによるCa2+流入は完全に抑制された。従って、ATPによるMicroのPGn放出は主にP2X7型ATP受容体を介して行われると推測された。以上の結果より、ミクログリアはATPを介したニューロンとの相互作用によってシナプス機能の調節に関わると考えられた。神経終末部位あるいはアストロサイトから放出されることが知られているATPがシナプス近傍に存在するミクログリアに対する影響を検討し、昨年度はATPがP2X7型ATP受容体を介しミクログリアからのプラスミノーゲンの放出を促進することを報告した。本年度は更に、ATPのミクログリアへの作用を検討した結果、ATPがミクログリアのラッフリング運動及び遊走性を著明に亢進することを見出した。この効果は細胞外液のカルシウムを除去しても認められることから、G蛋白共役型のP2Y受容体を介したものであると推測された。これまでクローニングされているか、あるいは薬理学的に存在が確認されている多くのP2Y受容体のうち、どの受容体を介しているかを種々のアゴニスト、アンタゴニスト、百日咳毒素を用い検討した結果、いずれの受容体にも該当せず、Gi/o共役型の新規のP2Y受容体を介したものであることが示唆された。更に、このP2Y受容体からラッフリング運動に至るシグナル伝達につき解析した結果、単量体G蛋白であるRacの活性化が引き起こされていることも示された。これらのミクログリアの反応がシナプス伝達の修飾にいかなる役割を担っているかは今後の検討すべき課題である。我々はこれまでに細胞外のATPが、ミクログリアにおいて主にイオンチャネル型ATPレセプターの一つであるP2X_7を介して細胞内カルシウムの上昇を引き起こすとともに、プラスミノーゲンの分泌を促進することを報告してきた。本年度我々は、ATPとADPによって顕著な膜ラッフリングが誘導されることを見出し、さらに、これらの分子がミクログリアのchemoattractantとして働きうることをBoydenとDunnの2種類のケモタキシスチャンバーを用いて確認した。ATP、ADPによる膜ラッフリングの促進は細胞外カルシウムに非依存的であることから、受容体としてはGタンパク共役型のP2Yを介していると考えられた。そこで、ADPに対して高い感受性を示すレセプターとして、血小板でその存在が知られているP2T_<AC>(P2Y_<12>)が関与している可能性を、そのアンタゴニストであるAR-C69931MXを用いて検討した。その結果、AR-C69931MXはATPやADPによる膜ラッフリングを完全に阻害した。さらに、P2T_<AC>はG_<i/o>共役型であることが報告されていることから、百日咳毒素を用いて阻害の効果を検討したところ、これも完全にATPやADPによる膜ラッフリングや走化性を完全に阻害した。以上のことからATPやADPによるミクログリアの膜ラッフリングや化学走化性はG_<i/o>共役型のP2T_<AC>を介している事が強く示唆された。また細胞内のシグナル分子としては、膜ラッフリングでの関与が知られている単量体GタンパクのRacの活性化が認められ、このRacの活性化も百日咳毒素で抑えられた。このこともATPやADPによるミクロダリアの運動性の亢進にG_<i/o
ヤクミルクバターの栄養および薬効特性に関する研究

ネパールの高山地帯でヤクのバターは、古くから打ち身、切り傷、腹痛、火傷、頭痛、日焼け、高山病などの緩和や防止に利用されているが、その根拠についてはほとんど知られていない。本研究はヤクバターの成分を分析してこれらの機能特性について明らかにすることを目的として実施した。ヤクバターは、ウシバターに比較して特有の風味を持っている。これは、ヤクバター中に含まれる多くの短鎖飽和脂肪酸によるものであること、またヤクバターはα-トコフェロール含量が多く酸化安定性に優れていることが明らかになった。さらに、ヤクバターには抗動脈効果、抗癌効果が示されている共役リノール酸が多いことも明らかとなった。また、チロシナーゼ活性の強いこと、不飽和脂肪酸を多く含有する植物油脂の酸化を抑制する効果のあることも明かとなり、これらの結果は、Milk ScienceとAnimal Science Journalの2誌にすでに公表されている。ヤクバターのこれらの特徴を決定する遺伝情報を調査するために、生体内の脂肪酸代謝の鍵となっている膜たんぱく質(CD36)の遺伝子分析も実施した。ヤクCD36は分子量86kDaで472個のアミノ酸残基からなり、cDNAのスタートコドンは390(ATG)で、終了は1808(TAA)であった。ヤクのcDNA遺伝子は、ホルスタインのそれと比較すると98%であった。CD36のアミノ酸組成はホルスタインの96.2%が類似していたが、ヤクCD36ではセリン、アラニン、ロイシンが多く、ホルスタインCD36ではイソロイシン、スレオニンが多いことが明らかになった。現在これらの特徴と薬効特性との関連について検討を加えているところであるが。これらの内容については、Animal Science Journal誌に投稿中である。ネパール、インド、チベット、ブータン地方の高地に棲息し、酸素が希薄で極めて低温にも耐え得るウシ科のヤクのミルクは乳牛のそれに比べて脂肪含量とタンパク質含量の多さに特徴があり、昔からチーズやバターが作られ、それらの地域では重要な食糧としてばかりでなく、内科的あるいは外科的疾病の治療や予防に薬として利用されている。そこで、本研究は、ヤクミルクの薬効特性を調べるために開始したもので、純系のヤクのミルクから作ったバターの脂肪酸組成とビタミンAおよびトコフェロール含量をGLCとHPLCで測定し、ウシバターのそれらと比較した。ヤクバターのコレステロール含量と脂質酸化速度は、それぞれGCと重量測定法によって判定した。ヤクバターは、短鎖の飽和脂肪酸を多く含んでいるので強い匂いを有している。主な脂肪酸は16:0,18:1(n-9),14:0,18:0,4:0,8:0であった。また、レチノール量は脂肪100g中に402.3μgであった。ウシバターのγ-トコフェロール量は脂肪100g中に44μgであるが、α-トコフェロール量は、ウシバター(1.9mg/100g脂肪)よりもヤクバター(2.6mg/100g脂肪)の方が多かった。βとδ-トコフェロールはヤクおよびウシバター中にほとんど検出できなかった。ヤクバター中のコレステロール量(325mg/100g脂肪)は、ウシのそれ(223mg/100g脂肪)よりも多かった。ウシバター脂質の酸化速度は、ヤクのそれに対して速くしかも高い。極性脂質含量はウシに比べてヤクバターの方が多かった。
対話性・実用性を重視した外国語CAIシステムに関する研究

本研究では、英語を聞いて即座にその内容を理解する訓練を行うため、英文を聞き、その指示に従って、学習者がPC画面上に配置されている画像をドラッグアンドドロップにより回答、学習者の回答に応じて指摘やヒント教示を行う外国語CAIシステムを開発してきた。ここでは特に対話性と実用性に重点を置いて研究開発を行った。(1)対話性という点では、教師が実際の学習活動で行うような、学習者や場面に応じた細かなフィードバックを与えることを目指した。提案する方式は次のような特徴を持つ。・コンピュータと学習者間のより充実したインタラクションを考え、「ではなくて-だよ」「正解はあなたが選んだものよりもっと上にあるよ」といった学習者の回答に応じて指摘やヒント内容が変わる。・誤り指摘やヒント提示の仕方が、学習者の回答に対して短い間隔で簡単な英文を掛け合い的に提示する会話型、対話型のものである。今年度は特に、画面上の画像の位置座標により、正解候補となる画像の数を絞り込む位置情報ヒント教示機能がネットワーク上でも利用可能なネットワーク対応型教材実行システムを開発し、評価実験を行った。その結果、誤り指摘のみの提示について、学習者はそのレベルに関わらず比較的肯定的であり、また位置情報ヒントのみの提示は、比較的否定的であった。そして誤り指摘と位置情報ヒント両方の提示については、学習者のレベルにより、その反応が異なることがわかった。(2)実用性という点では、ネットワーク上で利用した後の学習ログをサーバ側に残すしくみを作成した。また、教師が問題作成するオーサリング部について、一部ネットワーク上から、問題作成可能にした。本研究では,トータル・フィジカル・レスポンス法の考え方を取り入れ,対話性や実用性を重視した外国語CAIシステムの開発を行っている.今年度は,以下の点について研究を実施した.(1)インタラクションに関する基礎的研究CAIシステムの対話性を研究する準備段階として,学習における教師と学習者のインタラクションについての考察した.実際の教師と学習者との関係を想定すると,教師側は学習者の解答に対して誤り指摘を行うだけという受身的な状況よりは,学習者にヒント支援や確認など様々な方法で働きかけ,積極的に学習を支援している.そこで,メーリングリストを授業に導入し,コンピュータ上の対話において教師と学習者がどのようなインタラクションを取るのかを観察し,それをもとに,学習者が興味をなくすことなく,自分の力で学習を進めるために必要と思われるフィードバックについて検討した.(2)ヒント機能の検討外国語CAIシステムにおいて語学学習における教師側の様々な働きかけを実現するために,コンピュータからのフィードバックとしてどのようなヒントを準備するかについて実験を行い,位置情報ヒントの有効性を確認した.その結果をもとに,出題される問題の難度やヒント教示の目的に応じて,様々な種類の位置情報ヒント文を自動的に生成するヒント教示機能を作成した.(3)ヒント機能の実装試作システムでは,誤り指摘や位置情報ヒント教示機能を組み込んだシステムを試作した.本研究では,対話性や実用性を重視した外国語CAIシステムの開発を行っている.対話性という点では,特に学習者が意欲をなくすことなく学習を進めるために,学習者とコンピュータ間でのインタラクション(ヒント教示)について検討するため,位置情報ヒント及びその他のヒント教示機能について評価実験を行い,どのような場合にどのようなヒントが有効であるか考察する.実用性という点では,学習者が教室で利用可能な教材実行システムの開発を目指している.本システムを用いた場合,語学教師がどの程度の労力で教材作成できるのか,また教材が正常に配信実行できるか,その際のシステムの負荷はどの程度か等,実際に運用する上でどのようなしくみにしておけばよいかについて研究を行う.今年度は,以下の点について研究を実施した.

(1)ネットワークに対応した学習者側の教材実行システムヒント教示機能の開発と動作実験ネットワークへの対応を考慮して,サーバから教材をダウンロードし教材を実行するシステムの開発に着手した.誤り指摘や位置情報ヒント教示機能を組み込んだシステムを試作し,学習者側の教材実行及びヒント機能について正常に動作するか,大学の授業において実験運用した.特に,教材の音声面を実行するための音声合成ソフトを導入したが,その音声出力についても正常に動作するか,50人程度の通常の授業で実験し正常に動作することを確認した.さらに,どのタイミングでどのヒントをどのように出力すればよいか,ヒント教示機能について評価実験を行った.(2)教師用オーサリングシステムの開発教師個人のコンピュータから,ネットワーク上で教材作成可能なオーサリングシステムを作成している.これについては,現在作成途中であるが,語学教師がどの程度の労力で教材作成できるのか,また教材が正常に配信実行できるか,実際に運用する場合の課題点,問題点を考慮しつつ開発を行っている.さらに,作成した教材のネットワーク上での運用を日指し,ネットワークに対応した教材配信システムとしてどのようなしくみにすればよいかについて検討し,その可能性を探っている.本研究では、英語を聞いて即座にその内容を理解する訓練を行うため、英文を聞き、その指示に従って、学習者がPC画面上に配置されている画像をドラッグアンドドロップにより回答、学習者の回答に応じて指摘やヒント教示を行う外国語CAIシステムを開発してきた。ここでは特に対話性と実用性に重点を置いて研究開発を行った。(1)対話性という点では、教師が実際の学習活動で行うような、学習者や場面に応じた細かなフィードバックを与えることを目指した。提案する方式は次のような特徴を持つ。・コンピュータと学習者間のより充実したインタラクションを考え、「ではなくて-だよ」「正解はあなたが選んだものよりもっと上にあるよ」といった学習者の回答に応じて指摘やヒント内容が変わる。・誤り指摘やヒント提示の仕方が、学習者の回答に対して短い間隔で簡単な英文を掛け合い的に提示する会話型、対話型のものである。今年度は特に、画面上の画像の位置座標により、正解候補となる画像の数を絞り込む位置情報ヒント教示機能がネットワーク上でも利用可能なネットワーク対応型教材実行システムを開発し、評価実験を行った。その結果、誤り指摘のみの提示について、学習者はそのレベルに関わらず比較的肯定的であり、また位置情報ヒントのみの提示は、比較的否定的であった。そして誤り指摘と位置情報ヒント両方の提示については、学習者のレベルにより、その反応が異なることがわかった。(2)実用性という点では、ネットワーク上で利用した後の学習ログをサーバ側に残すしくみを作成した。また、教師が問題作成するオーサリング部について、一部ネットワーク上から、問題作成可能にした。