hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形超音波を利用した高経年化構造部材の閉じたき裂と微小き裂の検出・評価

初年度は、非線形超音波測定のための強力超音波の入射と計測のためのシステムを構築した。送信用探触子は、2kV程度の高電圧を負荷するため、市販の探触子は内蔵されているマッチングコイルが発熱し破損することを避けるため、PZT圧電素子でコイルを入れない耐圧探触子を作製したが市販品同様耐圧が低く、電極接合部の剥離と素子の割れにより安定した計測が困難だった。そこで、圧電素子を36°Y-cutLiNbO3の単結晶に変え、電極接合部も耐熱銀ペーストに変えることで8MHzにおいて2kV程度の連続計測が安定して行えるようになった。また、疲労き裂開閉に伴う非線形計測を行うためには、入力超音波変位と同程度(10nm程度)の開口の小さいき裂を作製する必要がある。本研究では、アルミ合金7075に3点曲げ試験で破壊靱性Kmaxを制御し、き裂の閉口を超音波端部反射法でモニターしながら閉口き裂を導入する方法を確立し、斜角透過測定により非線形測定が可能なことを確認した。本年度は、前年の成果を踏まえて、原子力発電機器で応力腐食割れが問題になっているSUS316ステンレス鋼に導入した疲労き裂で、非線形現象を確認すると共に、それぞれのき裂進展に伴って非線形特性に変化が見られ、側にサブハーモニック現象は、き裂性状の僅かの差異に依存して大きく変化が見られ、これから逆に、非線形特性の計測によりき裂性状が評価できる見通しを得た。また、サブハーモニック現象の成因を解析するため、き裂開口部の強力超音波の接触モデルを提案し、そのシミュレーションが実験結果と一致し、モデルの妥当性が検証できた。さらに定量的な比較を行うためには、実験で用いた試験片のき裂の開口量や形状を正確に把握する必要があるが、SEMやレーザー顕微鏡を用いた計測でも限界があり、これについては今後さらに検討が必要である。本年度は、非線形超音波測定のための強力超音波の入射と計測のためのシステムを構築した。送信用探触子は、2kV程度の高電圧を負荷するため、市販の探触子は内蔵されているマッチングコイルが発熱し破損すると予測した。これを避けるため、当初PZT圧電素子でコイルを入れない耐圧探触子を作製したが市販品同様耐圧が低く、電極接合部の薄利と素子の割れにより安定した計測が困難だった。疲労き裂で非線形計測を行うためには、10nm程度の開口のき裂を作製する必要がある。本研究では、アルミ合金7075に3点曲げ試験で破壊靭性Kmaxで制御して疲労き裂を導入し、き裂の閉口を端部反射法で確認しながら閉口き裂を導入するための条件を捜し、Kmax=17Kg/mm^<2/3>,Kmin=2Kg/mm^<2/3>で斜角透過測定により非線形測定が可能なことを確認した。さらに、き裂進展の過程を非線形超音波でモニタリングした結果、き裂進展に伴って非線形特性に変化が見られ、き裂性状の僅かの差異に依存すること、逆に非線形特性の計測によりき裂性状が評価できる見通しを得た。

送信用探触子は、2kV程度の高電圧を負荷するため、市販の探触子は内蔵されているマッチングコイルが発熱し破損することを避けるため、PZT圧電素子でコイルを入れない耐圧探触子を作製したが市販品同様耐圧が低く、電極接合部の薄利と素子の割れにより安定した計測が困難だった。そこで、圧電素子を36°Y-cutLiNbO3の単結晶に変え、電極接合部も耐熱銀ペーストに変えることで8MHzにおいて2kV程度の連続計測が安定して行えるようになった。また、疲労き裂開閉に伴う非線形計測を行うためには、入力超音波変位と同程度(10nm程度)の開口の小さいき裂を作製する必要がある。本研究では、アルミ合金7075に3点曲げ試験で破壊靱性Kmaxで制御し、き裂の閉口を超音波端部反射法でモニターしながら閉口き裂を導入する方法を確立し、斜角透過測定により非線形測定が可能なことを確認した。本年度は、前年の成果を踏まえて、原子力発電機器で応力腐食割れが問題になっているSUS316ステンレス鋼に導入した疲労き裂で、非線形現象を確認すると共に、それぞれのき裂進展に伴って非線形特性に変化が見られ、側にサブハーモニック現象は、き裂性状の僅かの差異に依存して大きく変化が見られ、これから逆に、非線形特性の計測によりき裂性状が評価できる見通しを得た。また、サブハーモニック現象の成因を解析するため、き裂開口部の強力超音波の接触モデルを提案し、そのシミュレーションが実験結果と一致し、モデルの妥当性が検証できた。さらに定量的な比較を行うためには、実験で用いた試験片のき裂の開口量や形状を正確に把握する必要があるが、SEMやレーザー顕微鏡を用いた計測でも限界があり、これについては今後さらに検討が必要である。
定量シリアルセクショニングによる第2相分散粒子の粒成長抑制効果に関する研究

Fe-0.1C-0.0005BとFe-0.1C -0.09V合金のフェライト成長に及ぼす炭化物のピン止めによる粒成長抑制効果について研究を行った。ピン止め粒子のサイズ分布をシリアルセクショニングにより、粒界の面、エッジおよびコーナーに分けて測定した。いずれのサイトにおいてもランダム分布から想定されるより3.4倍の粒子が存在しており、このことを考慮すれば、ほぼ実測に近い結晶粒径の予測が可能になることが示された。(H22繰越分)Fe-C-B合金でシリアルセクショニングを行なって、断面画像から、粒界のエッジとコーナーを識別しながら、ピン止め粒子の数とサイズ分布の測定を行なった。ランダム分布を仮定したときの粒子数と比較した結果、粒界サイトにランダム分布の数倍の粒子が存在していることが判明した。このデータをもとにZenerの修正式を使って、最終粒径の予測式の適否を検討した。Fe-C-B合金でピン止め粒子の数とサイズ分布を測定した結果、セメンタイト粒子は粒界の面、エッジ、およびコーナーのいずれにおいてもランダム分布の数倍も粒子がピン止めされており、Zener理論の仮定から大きくずれていることが明らかとなった。この結果を用い、Zener理論の修正で用いられている仮定と最終粒径の予測値を検討した。その結果、ピン止め粒子のほとんどが粒界にトラップされているとした理論は、粒子の体積分率をfとすると、最終粒径がf^<1/2>に依存し、実測の結晶粒径に近い値を与える。一方、コーナーにおけるピン止めを一義的に考える理論は、最終粒径はf^<1/3>に依存するが、実測値より小さくなる。西沢らの相関モデルは、トラップされる粒子数とf^<2/3>に依存する最終粒径の双方とも実測値に近い。粒界面、エッジ、およびコーナーにおけるトラップを総合的に考慮したHunderiとRyumの理論は、粒界に存在する粒子の割合がランダム分布より大きいことを考慮すれば、現実に近い最終粒径を与える。Fe-C-V合金で同様の測定した結果、粒界の面、エッジ、およびコーナーのいずれにおいてもランダム分布より多くの粒子がピン止めされていることが明らかとなった。このようなサイズ分布とZenerの修正式で用いられている仮定の妥当性を検証しながら、粒径予測値の検討を行なった。この合金ではセメンタイトとバナジウム炭化物の2種類のピン止め粒子が存在しており、それぞれの平均粒子径が大きく異なっている。サイズ分布の測定には立体統計手法も併用しながら行なっているが、粒子のピン止め位置と大きさを3次元可視化により直接観察する方法も検討している。Fe-C-V合金でピン止め粒子の数とサイズ分布を測定した結果、ピン止め粒子は粒界の面、エッジ、およびコーナーのいずれにおいてもランダム分布の数倍も粒子がピン止めされていることが明らかとなった。その結果、ピン止め粒子のほとんどが粒界にトラップされているとした理論は、粒子の体積分率をfとすると、最終粒径がf^1/2に依存し、実測の結晶粒径に近い値を与える。一方、コーナーのみのピン止めを想定する理論は、最終粒径はf^1/3に依存するが、実測値より小さくなる。西沢らの相関モデルは、トラップされる粒子数とf^2/3に依存する最終粒径の双方とも実測値に近い。これらの結果はFe-C-B合金と基本的に同じであるが、この合金ではセメンタイトとバナジウム炭化物の2種類のピン止め粒子が存在しており、それぞれの平均粒子径が大きく異なっている。そのため、平均粒子径を用いたZenerの理論を適用する際の注意点を考察した。粒子径分布の測定は、1枚の断面で行い、立体統計学を用いて真のサイズ分布を計算で推定するのが通例である。この研究では、複数の断面で粒子径を測定し、シミュレーションによって、見かけのサイズ分布と真のサイズ分布の変換行列を求めて、粒界面、エッジ、コーナーにおける粒子数とそのサイズ分布を推定する方法を提案している。研究はFe-C-BとFe-C-V合金におけるピン止め粒子の数とサイズ分布の測定、およびそれらと比較しながらZener理論の修正式の検討からなる。Fe-C-B合金については測定、解析を終えて論文を投稿し、すでに掲載されている。Fe-C-V合金については測定を終え、解析を行なっている段階であり、年度内に論文投稿が可能と思われる。24年度が最終年度であるため、記入しない。マルチセクショニングにおける粒径分布の測り方について立体統計的手法も取り入れて解析を行なう。Fe-C-V合金はセメンタイトとバナジウム炭化物の2種類があり、それぞれの平均粒子径は大きく異なる。このような場合のピン止め理論式の平均粒子径(r)について考察を行なう。

3次元可視化ソフトを用いて、ピン止め粒子と粒界の双方を可視化して、ピン止め粒子の空間分布と効果発現のメカニズムを考察する。24年度が最終年度であるため、記入しない。
素粒子実験用チェレンコフ光を用いたハドロン識別測定器の開発研究

素粒子実験において用いられる汎用検出器中、ハドロン弁別のための検出部は、終状態の正確な決定を行い物理結果を導く上で、鍵となる部分である。本研究では、近年性能が大幅に改善されたハドロン識別装置の一つエアロジェルチェレンコフ検出器の性能、特に、モニタ及び制御すべきパラメタの導出を行うことで、安定な長期運転を可能にするノウハウを確立することを目的とした。まず、チェレンコフ光を検出するための光電子増倍管(PMT)の中、特にファインメッシュタイプのもの磁場に強く有望であるが、この磁場に対する特性を調べ、次のことがわかった。(1)磁場1.5テスラ中での増幅率の低下はおよそ千分の一である。(2)磁場方向に対しPMTを傾けることによりおよそ10倍の増幅率の向上が見られる。(3)有効光電子数を様々な条件下にて測定した結果、磁場の強さ、磁場軸からの傾きに対し急激な劣化は見られず、分解能が保たれる。(4)PMTに供給する高電圧を上げることで、分解能が改善される。また、GaN LEDを光源とし、光ファイバにて光を導くことにより、実際にエアロジェルハドロン検出器にて生成される光と同等の光量を得るモニタシステムを製作し、システムの長期安定性を調べた。結果として、LED光源発光量のふらつきが、時間変動に対しては40日間で2%以下であること、環境温度変化5°Cから70°Cに対しては0.2%以下であり、モニタ光源として十分に使用できることがわかった。さらに、大規模実験への応用のために、少数からなる共通光源からなるべく多数の検出器へ光を分配する方式を考え。最適なシステムの研究を行った。1入力16出力の分配器で、出力側のファイバ径を約100μmとしたときに、入力側の径を変えテストし、400μm径のものが十分な光量を得る一方で90%以上の一様性を得、最適条件であることがわかった。素粒子実験において用いられるハドロン弁別のための検出器は、エネルギー検出器の内側に置かれることから物質量を極力減らし、さらに、運動量測定用強磁場中にさらされる事より、磁場に対し十分な分解能を保つ必要がある。ハドロン弁別検出器の1つであるチェレンコフ光を用いたタイプのものでは、安定性、高増倍率である光電子増倍管が用いられるが、特に磁場に強いタイプであるファインメッシュタイプのものは利用経験が浅く、特性を詳細に調べる必要がある。実験の結果以下のことがわかった。・磁場1.5テスラ中での増幅率の低下はおよそ千分の一であること。・磁場方向に対し光電子増倍管を傾けることによりおよそ10倍の増幅率の向上が見られること。・有効光電子数を様々な条件下にて測定した結果、磁場の強さ、磁場軸からの傾きに対し急激な劣化は見られず、分解能が保たれること。・光電子増倍管に供給する高電圧を上げることで、分解能の改善されること。また、長期安定性を調べるため、モニター系の確立が必要となるが、測定を迅速に行うため、人工光源を光電子増倍管まで導く必要がある。光源としてLEDを用い、光ファイバーにて光を導くことを試み、実際にエアロジェルを用いたハドロン検出器にて生成される光(チェレンコフ光)と同等の光量を得ることに見通しがつきつつある。実際のチェレンコフ光と同程度の波長の光を発生するLEDが最近になって開発されたため、現在これを用いて測定を試みている。

チェレンコフ光を用いたハドロン弁別検出器を、素粒子実験にて利用する際、その長期安定性が問題となる。一般にチェレンコフ光の光検出部に用いられる光電子増倍管の安定性とともに、チェレンコフ光発生部自体の劣化度をいかにモニターするかが長期使用の際の鍵となる。モニターは一定光量を発する人工光源をチェレンコフ光発生部に入射させることで実現可能である。そこで、光源自体の環境温度依存性および長期安定性を実験した。光源はチェレンコフ光の波長に近い青色を発するGaNLEDを用いた。結果として、LED光源発光量のふらつきが、時間変動に対しては40日間で2%以下であること、環境温度変化5°Cから70°Cに対しては0.2%以下であり、モニター系の光源として十分に使用できることがわかった。こういった光源を大規模実験(1000以上の検出器数)への応用する際、少数からなる共通光源からなるべく多数の検出器へ光を分配する方式が光源制御の面で優れている。そこで、光源から光分配器を経由して検出器にいたる最適なシステムの研究を行った。1入力16出力の分配器で、出力側のファイバー径を約100μmとしたときに、入力側のファイバー径の異なる各種光分配器(外径100μm700μm)をテストした結果、400μm径のものが十分な光量を得る一方で90%以上の一様性を得、最適条件であることがわかった。一方、チェレンコフ輻射体として用いられるエアロジェルに関しては、光に対する吸収長と散乱長について経験的関係式しか得られておらず、その素過程からの理解が待たれている。現在、計算機を用いてシミュレーションにより光を追跡することで、散乱・吸収を求めるべく準備を進めている。
メタボリックシンドロームにおけるアディポサイトカイン発現調節機構の解明

生検皮下脂肪組織および内臓脂肪組織を用いた検討により、アディポネクチン、レプチン、IL-6などのアディポサイトカイン発現量が、皮下脂肪組織および内臓脂肪組織において異なることが示唆され、さらに、2型糖尿病とその遺伝子座が関連する転写因子TFAP2Bの発現量が、脂肪組織におけるアディポサイトカイン発現を制御している可能性が示唆された。皮下脂肪および内臓脂肪組織におけるアディポネクチン,レプチン,IL-6などのアディポサイトカイン遺伝子発現を定量的RT-PCR法にて定量し,皮下脂肪あるいは内臓脂肪組織のアディポサイトカ'イン遺伝子発現のいずれが,その血中濃度を規定しているか,さらにBMIや腹囲がアディポサイトカイン遺伝子発現に影響するか否かについても検討した。その結果,皮下脂肪組織におけるアディポネクチン発現が血中濃度に正相関し,BMIや腹囲と負の相関を示した。一方,内臓脂肪組織におけるレプチン発現が血中濃度およびBMIや腹囲と正相関すること,また,内臓脂肪組織におけるIL-6発現がその血中濃度と相関した。このように,アディポサイトカインによりその発現が皮下脂肪および内臓脂肪組織において異なることが示唆された。我々は,TFAP2Bがアディポネクチン遺伝子プロモーターに結合し,その転写活性を調節すること,また,SiRNAにてその発現を抑制するとアディポネクチン遺伝子発現が増加すること,また,IL6の発現を上昇することを報告した。今回,皮下脂肪および内臓脂肪組織におけるアディポサイトカイン遺伝子発現について転写因子TFAP2Bの遺伝子多型との関連を検討した。皮下脂肪組織において,TFAP2B遺伝子発現はアディポネクチン発現と負の相関し,内臓脂肪組織においてはIL-6遺伝子発現と正相関することを見出した。腹部手術により得られた約80症例の腹部生検皮下脂肪組織および大網脂肪組織を用いて、皮下脂肪および内臓脂肪組織におけるアディポネクチン、レプチン、IL-6などのアディポサイトカイン遺伝子発現を定量的RT-PCR法にて定量し、皮下脂肪あるいは内臓脂肪組織のアディポサイトカイン遺伝子発現のいずれが、その血中濃度を規定しているか、さらにBMIや腹囲がアディポサイトカイン遺伝子発現に影響するか否かについても検討した。その結果、皮下脂肪組織におけるアディポネクチン発現が血中濃度に正相関し、BMIや腹囲と負の相関を示した。一方、内臓脂肪組織におけるレプチン発現が血中濃度およびBMIや腹囲と正相関すること、また、内臓脂肪組織におけるIL-6発現がその血中濃度と相関した。このように、アディポサイトカインによりその発現が皮下脂肪および内臓脂肪組織において異なることが示唆された。また、我々が報告した2型糖尿病とその遺伝子座が相関した転写因子TFAP2Bの脂肪組織における発現とアディポサイトカイン発現を検討したところ、TFAP2B発現は、アディポネクチン、レプチン発現と逆相関し、一方、IL6発現とは正相関することを見出した。我々は、3T3L1脂肪細胞を用いて、TFAP2Bのアディポネクチン、レプチン、IL-6の遺伝子プロモーターに対する影響を直接検討したところ、in vivoにおける成績と一致し、TFAP2Bは、アディポネクチンおよびレプチン遺伝子プロモーター活性を抑制し、一方、IL-6遺伝子プロモーター活性を増強した。
ポストコロニアルの視点にたった先住民学習の教材開発

従来の先住民をテーマとした教育活動について、ポストコロニアルな視点から問題点を示し、先住民学習の意義を検討した。そして、先住民に関する展示をもつ博物館や先住民研究機関との連携のもとに、偏りのない理解を深めるための教材の開発を行った。その際、主にグアムの先住民チャモロをテーマにした試行実践を行った。研究を通して先住民学習の意義を明らかにし、これからの先住民学習の可能性を検討した。本研究では、従来の先住民をテーマとした教育活動について、ポストコロニアルな視点か照の検討を通してその問題点を示し、先住民学習の意義を明らかにするとともに、先住民に関する展示をもつ博物館との連携のもとに偏りのない理解を深めるための教材を開発することを目的としている。平成20年度は、資料収集・調査を主な目的として、下記の(1)(4)を主に行った。(1)文献収集:ポストコロニアルと先住民に関する文献の収集、内外の先住民学習の先行実践に関する文献の収集を、研究図書購入やフィールドワークを通して行った。(2)以下の先住民展示を持つ博物館のポストコロニアルな視点による展示表象分析と、先住民に関する教育プログラム調査を行った。〈国内〉国立民族学博物館アイヌ、オセアニアなどの先住民展示(大阪府吹田)〈海外〉アメリカン・インディアン博物館(アメリカ合衆国ワシントンDC)、ハワイ先住民文化回復プログラム(アメリカ合衆国ホノルル)、グアムチャモロ学習局及び学校(アメリカ合衆国グアム)(3)日米児童生徒の先住民認識調査日本の児童生徒の認識調査に関する文献の整理、グアム先住民のチャモロの子どもたちへのインタビュー調査を実施した。(4)海外研究協力者との協議ハワイ先住民文化回復運動に取り組んでいる機関、グアム公立学校システムチャモロ学習局とメールや懇談を通して密に連絡をとり、研究内容を示しながら示唆を得ることができた。本研究では、従来の先住民をテーマとした教育活動について、ポストコロニアルな視点からの検討を通してその問題点を示し、先住民学習の意義を明らかにするとともに、先住民に関する展示をもつ博物館との連携のもとに偏りのない理解を深めるための教材を開発することを目的としている。平成21年度は、資料収集・調査を主な目的として、下記の(1)(5)を主に行った。(1)収集文献の分析:1年次に収集した文献の精読・分析を行った。文献をもとにポストコロニアル理論のレビュー、整理を行い、ポストコロニアルの視点にたった先住民学習に当てはめることができる視点を抽出し、理論を構築した。(2)教材開発および試行実践:蓄積してきた研究成果と(1)をもとに、ポストコロニアルな視点にたった教材開発を行い、試行実践として大学授業科目「国際理解教育論」で先住民学習を行った。(3)研究成果の中間報告:グアムで行われている先住民学習を中心に、研究成果中間報告書として『グアム・チャモロの記憶』にまとめた。(4)先住民展示を持つ博物館の展示表象分析と教育プログラム補充調査:グアムのチャモロ学習の教育プログラムに関する補充調査を重点的に行った。シアトルの博物館へも補充調査を予定していたがグアムに重点をおいたため実施できず、来年度に補充調査を行う。(5)海外研究協力者との協議:ポストコロニアルな視点にたった教材開発について日常的なメールのやり取りによって議論し、日本で行う教材開発との相違を検討することにより、先住民学習の意義の一般化の可能性を検討した。平成22年度は、実践検証、まとめを主な目的として、下記の(1)(3)を主に行った。(1)開発した教材の修正、追加実践検証:2年次に行った試行実践の結果をもとに教材の修正を行い、大学授業や神奈川県立高校においても先住民学習の授業を行い、ポストコロニアルな視点を生かした部分に対応する生徒の学習感想やアンケートをもとに教材の妥当性を検証した。(2)研究成果の報告・普及:研究成果のまとめとして、従来の先住民学習についてポストコロニアルの視点から検討した問題点を示し、(1)の実践をふまえて先住民学習の意義を明らかにし、日本社会科教育学会研究大会での発表、研究会での発表を積極的に行った。また、『入門グアム・チャモロの歴史と文化-もうひとつのグアムガイド-』(明石書店)にまとめ、「先住民学習の理論と実践-ポストコロニアル人類学の活用-」を学位論文としてまとめた。(3)海外研究協力者との協議:最終的な学問上の精査や報告書の作成に向けて、アメリカ・テキサス州の高校やオクラホマ州のチカソウインディアンセンターなどを訪問、また、マリアナ諸島の文化人類学者や歴史家との交流を通して、実践の妥当性について協議を重ねた。先住民教育の専門家である陳麗華氏との懇談も実施した。これらを通して、先住民学習の意義の一般化の可能性を検討した。
歯根膜由来線維芽細胞様細胞の血管平滑筋細胞様超越分化メカニズムの解明

歯根膜は顎骨と歯根との間に存在する線維性結合組織であり、線維芽細胞を含む多種類の細胞群で構成されている。しかし、これらの細胞が歯根膜中の各細胞の共通の前駆細胞から分化していくのか、それともそれぞれ細胞に分化することを運命づけられた前駆細胞が存在して、それぞれの成熟した細胞に分化していくのかはいまだ明らかになっていない。そこで、本研究ではクラウン系医用ミニブタ歯根膜から採取した歯根膜由来細胞にヒトTERT遺伝子発現プラスミド(pCl-neohTERT)を導入し、樹立された細胞株を用いてこれらの細胞の多分化能力とその分子メカニズムを明らかにすることを目的として研究を進めた。hTERTを導入しクローン化されたミニブタ歯根膜由来線維芽細胞様細胞4種(TesPDL1-4)のうち、TesPDL3細胞が示す多分化能力の詳細について検討した。TesPDL3細胞は石灰化誘導培地にて培養すると、骨芽細胞あるいはセメント芽細胞様の細胞間基質石灰化能力をもつことが明らかとなった。また、TesPDL3細胞は血管内皮細胞マーカーであるCD31、VE-cadherin、及びvWF因子を発現すること、同時に血管平滑筋細胞マーカーであるh1-CalponinやSmoothelinを発現することが判明した。加えて、この細胞を3次元培養すると、線維芽細胞増殖因子(FGF)依存的に血管様チューブ構造物を形成することが判明した。以上の結果から、歯根膜中には多分化能力をもつ細胞が存在すること、また、これらの細胞が骨芽細胞やセメント芽細胞の他に、血管内皮細胞や血管平滑筋細胞の起源となる可能性が示唆された。hTERTを導入しクローン化されたミニブタ歯根膜由来線維芽細胞様細胞4種(TesPDL1-4)の各種遺伝子発現等の特徴を調べた。いずれの細胞株も線維芽細胞様の形態をしており、Runx2、ペリオスチン、I型コラーゲン、オステオポンチンならびにsmooth-muscleα-actin mRNAの発現やアルカリフォスファターゼ活性が認められた。次に、TesPDL3細胞が多分化能力をもつかどうかについて検討した。TesPDL3細胞は石灰化誘導培地にて培養すると骨芽細胞あるいはセメント芽細胞様の細胞間基質石灰化能力をもつことが明らかとなった。また、TesPDL3細胞は血管内皮細胞マーカーであるCD31、VE-cadherin、及びvWF因子を発現することが示された。以上の結果を総合的に判断すると、歯根膜中には多分化能力をもつ細胞が存在すること、またこれらの細胞が血管構成細胞の起源となる可能性が示唆された。

そこで、本研究ではクラウン系医用ミニブタ歯根膜から採取した歯根膜由来細胞にヒトTERT遺伝子発現プラスミド(pC1-neohTERT)を導入し、樹立された細胞株を用いてこれらの細胞の多分化能力とその分子メカニズムを明らかにすることを目的として研究を進めた。hTERTを導入しクローン化されたミニブタ歯根膜由来線維芽細胞様細胞4種(TesPDL1-4)のうち、TesPDL3細胞が示す多分化能力の詳細について検討した。TesPDL3細胞は石灰化誘導培地にて培養すると、骨芽細胞あるいはセメント芽細胞様の細胞間基質石灰化能力をもつことが明らかとなった。また、TesPDL3細胞は血管内皮細胞マーカーであるCD31、VE-cadherin、及びvWF因子を発現すること、同時に血管平滑筋細胞マーカーであるh1-CalponinやSmoothelinを発現することが判明した。加えて、この細胞を3次元培養すると、線維芽細胞増殖因子(FGF)依存的に血管様チューブ構造物を形成することが判明した。以上の結果から、歯根膜中には多分化能力をもつ細胞が存在すること、また、これらの細胞が骨芽細胞やセメント芽細胞の他に、血管内皮細胞や血管平滑筋細胞の起源となる可能性が示唆された。
網膜変性モデルにおける視細胞と血管障害の相関とその分子機序解明

網膜を組織学的に解析した結果、網膜血管内皮細胞の大きさが野生型と比較し小さくなっていたことが認められた。また網膜以外の異常も多数見つかっており、Prom1変異マウスでは腎臓の繊毛の密度と長さが著しく減少しており、血尿も観察された。野生型マウスと比較して、Prom1変異マウスでは視細胞外節層の変性を認めた。視細胞の変性が、マウスが開眼するp14以降でみられることから、この視細胞変性に光が関与していると考えられた。網膜色素変性は、網膜の視細胞のうち、桿体細胞の変性および細胞死を生じる疾患である。しかしながら病変の首座は桿体細胞だけにとどまらず、徐々に網膜血管の狭細化が生じ、錐体細胞にも変性がおよび、ついには視力低下をきたす。この疾患に対する治療法はまだ確立されていない。一方、網膜血管の再構築をすることで錐体細胞の変性を防げるという報告もある。本研究の目的は、網膜変性を引き起こすモデルマウスを用いて、網膜色素変性における血管障害の分子メカニズムについて病態解明を行い、より特異的な治療法を開発することである。本研究では視細胞と血管内皮前駆細胞に局在を認めるProm1に焦点をあて、網膜におけるこの分子の機能およびその作用機序を明らかにし、網膜色素変性の視細胞変性と網膜血管異常の共通の分子機序解明を目的とする。最終的には、網膜色素変性の進行を抑制する新たな治療法の確立を目指す。本研究により網膜色素変性における網膜変性と血管障害の相関関係およびその発症機序の解明がなされ、薬物開発において新たな標的分子及び指針を与えると思われる。具体的な研究方法は以下のとおりである。1正常な視細胞と網膜血管おける内皮細胞、周囲細胞におけるProm1の発現を生化学的および分子生物学的に検討する。2作成したProm1変異マウスでの発達過程における網脈絡膜などの眼組織および網膜脈絡膜血管形成などを組織学に検討する。3Prom1変異マウスにおける網膜視細胞と血管内皮細胞のマーカーの発現を経時的に免疫組織学的あるいは生化学的に検討する。4Prom1変異マウスにおいて、フルオレセイン蛍光眼底造影検査等を行い、網膜血管障害や循環異常等を検討する。さらに、OCTにより網膜構造の変化についても評価する。5最終的にProm1分子をProm1変異マウスの眼内にてウイルスベクター強制発現させ、網膜および血管障害への作用を検討する。まず第一の目標であるProm1変異マウスの作成についてであるが、これはすでに成功し、現在それらを解析している最中である。網膜血管内皮細胞の大きさが野生型と比較し小さくなっていたことが認められた。また網膜以外の異常も多数見つかっており、腎臓の繊毛の密度と長さが著しく減少しており、血尿が観察された。また今回の研究では、Prom1がカルシウム作動性塩化物イオンチャネル(CaCC)であること、さらにProm1が培養細胞においてPI3Kシグナルを惹起し、細胞の形態形成を制御することが明らかとなった。アクチンの重合が促進され、細胞膜動態の調節にかかわっていると考えられる。前年度では、Prom1変異マウスの作成に成功し、野生型マウスと比較して網膜の血管内皮細胞がやや小さいことや、腎臓の繊毛の密度と長さが減少していることがわかった。またProm1変異マウスでは血尿を認めた。さらにProm1がカルシウム作動性塩化物イオンチャネルであること、培養細胞にてPI3Kシグナルを惹起し、細胞の形態形成を制御することが明らかになった。アクチンの重合が促進され、細胞膜動態の調整にかかわっていると考えられた。今年度の研究では、Prom1変異マウスの解析をさらに行った。Prom1変異マウスの視細胞外節を用いて免疫組織学的にロドプシンとM-Opsinの局在を検討したところ、異所性にその発現が認められた。また視細胞の変性が、マウスが開眼するp14以降でみられることから、この視細胞変性に光が関与していると考えた。暗闇でProm1変異マウスを飼育すると視細胞外節の変性は認められず、ERGを用いて網膜機能を検討したが、やはり暗闇で飼育したProm1変異マウスは普通の明暗サイクルで飼育されたProm1変異マウスと比較して障害は認められなかった。現在Prom1変異マウスの網膜からRNAを抽出し、次世代シークエンサーを用いた発現プロファイリングを施行している最中である。つぎに繊毛形成のモデル細胞であるRPE1細胞を用いた。RPE1においてProm1をトランスフェクションで強制発現させるとアクチン骨格が再編成され、細胞周囲にアクチン主体の突起、つまりFilopodiaが発生することを認めた。

平成29年度は引き続き、作成したProm1変異マウスの解析を進めていき、これら変異マウスにおける眼底の形態学的、機能的評価をおこなっていく。具体的には眼底を特殊な眼底カメラで撮影し、網膜色調と網膜血管形成を発達に伴い経時的に評価する。また光干渉断層計(OCT)を用いて黄斑部の網膜厚を比較検討し、特に錐体細胞の形態学的変化を評価する。さらに、網膜循環や網膜血流動態の評価を行うため、フルオレセイン蛍光眼底造影検査(FA)を同様に行っていく。網膜機能の評価については網膜電図(ERG)を行い比較検討していく。また、Prom1変異マウスにおける網膜細胞の増殖能、および細胞死の検討や、Prom1変異マウスへのProm1強制発現に対する影響などを検討していく。医歯薬学共同研修者の一人である、ロンドン大学の大沼信一教授のもとに平成28年4月12日から平成29年2月29日まで研修に行っており、そのため今年度の交付金が消化できていない。平成28年度に達成できなかった研究を現在すすめているところであり、次年度に実行する予定の研究も計画通りすすめていく。
Ｊ－ＰＡＲＣの高計数率環境下で動作する３次元飛跡検出器の開発

J-PARCにおける大強度ビーム実験を行うためにMicro Pixel Chamber(μ-PIC)を用いた3次元飛跡検出器(TPC)の開発を行った。検出器のμ-PIC本体と真空容器、TPCのドリフトケージをデザインした。μ-PIC本体上部に信号増幅に用いる2段のGEMを設置し、ガスはP10を用い適切な電圧を印可することで、10の4乗以上のゲインが得られた。宇宙線による信号の読み出しを行った。宇宙線の通過事象があったタイミングから約10マイクロ秒後に電離作用によって発生した電子がμ-PICに届き信号が得られている事を確認した。各種テストにより目標とする性能の達成を期待させる結果が得られた。研究期間内では検出器のμ-PIC本体と真空容器、TPCのドリフトゲージをデザインし、仕様を決めた。μ-PIC本体に対してその上部に信号増幅部分に用いる2段のGEMを設置する。ガスはP10を用い適切な電圧を印可することで、信号の増幅量として10の4乗以上のゲインが得られると期待される結果が得られた。読み出しボードやVMEメモリのテストのため、プラスチックシンチレーティングタイミングカウンターを用い、宇宙線による信号の読み出しを行った。宇宙線の通過事象があったタイミングから約10マイクロ秒後に電離作用によって発生した電子がμ-PICに届き、信号が得られている事を確認した。ビームテストによって高計数率環境下での放電耐性や飛跡検出等のテストを行うことはできなかったが、各種テストにより目標とする性能の達成を期待させる結果が得られた。J-PARCでは大強度の中間子ビームを用いた様々な実験プログラムを計画している。必要な強度で実験を行うために従来のワイヤーを用いる検出器よりも高計数率環境下で動作するものが必要である。本研究ではマイクロパターンガス検出器に着目し、J-PARCにおける大強度ビームを用いた実験を遂行可能とする新しい測定技術として、Micro Pixel Chamber(μ-PIC)を用いた高計数率環境下で動作する3次元飛跡検出器(TPC)を開発する。初年度の研究期間内では検出器の基幹部分であるμ-PIC本体と真空容器、TPCのドリフトゲージのデザインを行い仕様を決めた。ガスはP10を用い、印可電圧としてμ-PICに対しては400V、2段あるGEMに対してはそれぞれ500V程度、800V程度とする。またドリフトケージには4000Vを印可する。信号の増幅量として10の4乗以上のゲインが得られると期待される結果が得られた。実機の製作が間に合わなかったため、開発するTPCと仕様の近いμ-PICを用いたTPCを使用して、読み出しボードやVMEメモリのテストを行った。μ-PIC本体と増幅部のGEMにデザイン値と同程度の電圧を印可し、信号が読み出しボードから正しく得られている事を確認した。読み出しボードに対してはコントロール信号を変化させることで動作が正しく行われている事を確認した。また、プラスチックシンチレーティングタイミングカウンターを用い、宇宙線による信号の読み出しを行った。宇宙線の通過事象があったタイミングから約10マイクロ秒後に電離作用によって発生した電子がmu-PICに届き、信号が得られている事を確認した。メモリモジュールの読み出しも問題なく行われている。実機の開発を推進する上で重要な基礎的情報が得られた。初年度に関しては実機の完成を行うことが出来ず実機と仕様の近い既存のTPCを使用した基礎的なデータを得るのみとなった。よって、次年度において早急に実機の完成を行う必要がある。一方で、読み出しボードやVMEメモリに関しては正しく動作しており、実際の使用に際して問題が無いことを確認した。仕様の近い既存のTPCで行ったテストにより実機の開発に必要な問題点を見つけることができた。特に高計数にした場合の印可電圧の調整が必要となり、ゲインが下がる可能性がある。よって、ゲインに対して幅をより多く持たせる必要があることが分かった。また、読み出しボードのデータフォーマットが高計数率環境下で実験を行うためには冗長であり、データ転送速度を上げるためにデータ量を縮小する必要があることが分かった。これらのテストにより、実機の開発にフィードバックできる基礎的なデータを得ることが出来た。早急に実機の完成を行う。デザインの大枠は出来上がっているので業者とのやり取りを行い実際の製作を行う。TPC部分についてはゲインに対して幅を持たせる必要があるが、テストを行った同型機とは異なる増幅率の高いGEMを用いることで対応する。また、読み出しボードに関しては動作自体は問題が無いが、高計数率環境下で動作させるためにはデータフォーマットを変え、全体のデータサイズを縮小する必要がある。

よって、ボードに搭載されたFPGAの変更を行い、最適なデータサイズでの読み出しスキームの開発を行う計画である。これら実機と読み出し部分の基礎的な開発を行った後に実際のビームを用いたテストを行う。高計数率環境下におけるゲインの測定を行い最適な印可電圧を決め、飛跡検出を行い位置分解能と時間分解能の達成限界を調べ最終的な性能を評価する。3次元飛跡検出器本体の開発1,700千円を使用する。メモリボードの購入に800千円を使用する。
G蛋白質によるPLC活性化機構の解析

各種受容体刺激に伴いイノシトールリン脂質ホスホリパーゼC(PLC)が活性化され、細胞内セカンドメッセンジャーが産生される。PLC分子種として3種のサブタイプ(PLCβ、PLCγ、PLCδ)が報告されているが、これらPLCの活性化過程にG蛋白質が関与することが知られている。本研究では、ヒト白血病細胞HL-60細胞のレチノン酸による細胞分化を解析モデルとして用い、次のことを明らかにした。i)分化型HL-60の細胞膜画分よりGi2を精製するとPLCβ3が共に精製され、さらにこの標品にGTPγSを添加することによりPLCβ2の活性化が観察できること、ii)ウシ脳より別途精製したGi2βγサブユニットとPLCβ2を用いて試験管内での再構成が可能であること、iii)分化型HL-60より精製したGi2βγはPLCβ2を活性化するが、未分化型細胞より精製したGi2βγはその活性化能が極めて低いこと、iv)分化型HL-60のGi2βγ分子種として主なものはβ1γ2であり、未分化型のβ1γ5と異なること、等である。これらの結果は、βγ分子種の違いによりPLCβ2の活性化能が異なる可能性を示している。一方これとは別に、PLCδに結合する新規タンパク質p122をクローニングすることに成功した。その機能解析の結果、p122はPLCδを特異的に活性化するばかりか、低分子量Gタンパク質Rhoに対するGAP(GTPase-activating protein)活性を併せ持つことが判明した。この結果は、調節メカニズムや機能が明らかにされていないPLCδ経路にもGタンパク質が関与する可能性を示している。
食道癌化学放射線療法における人工知能を用いた治療効果予測モデルの開発

切除可能局所進行癌に対する術前化学放射線治療による原発腫瘍完全消失率は高率で、これらの症例では手術を施行しなくとも完治が得られていた可能性がある。しかし、現時点でこれら完全消失が得られる症例を予測するマーカは存在しない。本研究では、術前化学放射線療法+食道切除術を施行した局所進行食道癌症例を対象とする。Radiomicsの手法を用いて導いた治療前のCT、PET、内視鏡画像データの特徴量、臨床データ、放射線治療後の治療効果データを人工知能を用いて機械学習させ、治療前画像・臨床データから食道癌に対する化学放射線治療効果を高精度に予測するシステムの開発を行う。
EC統合進展下の東西ドイツ統一とドイツ財政調整制度改革問題

1.ドイツの州間財政調整は、ドイツ統合後、a.1990-94年の過渡期には、旧東独諸州には「ドイツ統一」基金による連邦からの財政支援がなされ、旧西独では基本的には旧来の制度が継続され、従って東西で異なる財政調整が実施された。b.1995年以降、西独の制度が東部新州に適用され、売上税配分、州間財政調整、連邦の補完補給金および財政援助金という形態でのドイツ全体にわたる財政調整制度が、出発した。2.現行の州間財政調整制度には次の諸問題がある。(1).連邦補完補給金制度における都市州の取り扱いの不公平等や州財政力把握における不整合な取り扱い(海洋港湾維持費用の処理や市町村収入の算入割合等)にみられる、制度技術面の細部の不統一がある。(2).地域的収入原則の否定や州間の調整効果の減殺を引き起こす売上税補完分け前の問題点や、小規模補正と大規模補正を併存させるという矛盾した人口数修正方式の問題点等の制度的諸矛盾、ならびに、過度の平準化作用による州の財政的自治・州間競争を阻害するという望ましくないインセンティブの発生等、制度の根幹に関わる問題点が指摘されている。また、(3).この制度は複雑かつ政策的変更を含むため、明確性・透明性を欠いており、そのために、市民による政策判断を不可能にし、民主主義的な国家活動の要請を侵害し、公衆による国家的な収入・支出関係の産出・効率のコントロール、従って公共負担と公共財供給との最適関係の確立を阻害することになっている。3.これらの欠陥の除去に関して、幾つかの改革提案がなされているが、その基本は、財政力の平準化を実現しつつ財政的自治、団体間競争の維持を如何にして実現するかの問題であるが、州間の利害の対立のために実現していない。4.州内の市町村財政調整は、州による独自性にも規定されて幾つかの問題点が指摘されるが、市町村財政力の再建のためには、特に東部においては、何よりも経済活動の活性化による市町村財源の涵養が緊急に要請される。1993年6月23日の財政健全化再編法により、1990年から1994年までの過渡期を経過した後の統一ドイツ規模での財政調整制度が確定した。それは、経済界を中心として主張された、統一ドイツは社会国家的財政調整制度の負担に絶え得ないという主張を退けて、旧西独基本法の社会国家・福祉国家的理念を基本的に受け継ぐものであり、旧西独経済への多額の負担を強いるのみならず、統一ドイツの財政力にとっても過大な政府サービスを存続させるものである。それは、農業保護・調整を中心とするEC内財政調整の発想と思考様式を基本的に共通にする。他方、マ-ストリヒト条約に具体化されている統一市場・統一通貨制度の創設に向けた拡大EU路線は、自由化と規制緩和を中心に大競争時代においてアメリカ・日本に対抗して企業の国際競争力を強化するものであり、そのための第3段階への移行の基準として一定枠内への財政赤字の抑制、財政健全化が加盟各国に義務付けられている。この新EUの一員としての発展方向にしかドイツの将来がないとすれば、社会国家的財政調整は国際的にも国内的にも早晩修正を余儀無くされざるを得ない。

だが、福祉国家的財政調整を選択させた国民意識が近い将来簡単に転換し得ないとすると、統一市場・通貨による拡大EU路線と社会国家的財政調整との両立を保障する条件は、国民経済の中成長の確保であり、その実現条件は国際競争力強化、先端産業の技術革新であり、また高コスト体質の転換=高価な政府・社会国家理念の放棄であろう。社会国家理念の維持に伴なう高い統一コストと拡大EU実現の矛盾に直面しているのが今日のドイツ財政である。以上のことが本年度の研究の成果である。このディレンマがドイツおよびEUの財政調整制度において如何に具体的に展開してきたかという点が、また、どのように解消されていくかの分析が、今後の課題である。1.EC統合プロセススは、予定通りには進展しない事情が生じつつあるが、ヨ-ロツパ統合自体は不可逆的な展開を示している。ヨーロッパ議会・理事会等の「政府」諸機関も、形を整えつつあり、構成各国のEC予算への負担も漸増しつつある。2.ドイツ統一の経済的実体は、統一マルクの早期導入による旧東独地域経済の壊滅的打撃からの立ち直りが予想以上に長引き、旧西独地域の産業と家計に予想以上の負担を追わせているが、基本的には時間の経過とともに問題は解決されつつある。3.統一ドイツの財政調整制度の形成は、1990-94年の過渡期を経て、1995年度から実現されている。過渡期の制度においては東西ベルリンが合同してつくられた新都市州・ベルリンにおいては、東西の州の間に直接の資金的な関係が形成されていたが、統一ドイツの新制度においてなくなり、旧西独の制度に旧東独・新規の5州が旧吸収されることで、新制度は実現されている。4.新しい統一ドイツの形成期は、財政危機の新たな展開の段階を画するものとなっている。1966-67年の不況期以降の財政状況の展開を分析し、1960年代後半期と70年代半ば以降の相違を明確にし得た。70年代半ば以降は財政再建期として捉えることが適当であり、その第1期=70年代後半期、第2期=81年以降、第3期=90年代という特徴を持っている。5.現在の実態をつぶさに見聞するために、1995年8-9月に半月間にわたってベルリンを中心に資料収集および研究者・政策当局にヒヤリングを実施した。東西ドイツ統一についての評価が、旧西ドイツ側の行政当局者・研究者のものと旧東ドイツ側の行政当局者・研究者のものとの不一致とその原因について知ることができた。6.新ベルリン州とブランデンブルグ州との合併が提起され、専門家答申が出され、1996年に住民投票による賛否の決定がなされることになっているが、ベルリン市民は肯定的で、ブランデンブルグ州の住民は否定的であるが、総じて住民の反応は鈍いとのことであった。1.ドイツの州間財政調整は、ドイツ統一後、1990-94年の過渡期を終えて、1995年以降、西独の制度が東部新州に適用され、売上税配分、州間財政調整、連邦の補完補給金および財政援助金という形態でのドイツ全体にわたる財政調整制度が、出発した。2.現行の州間財政調整制度には次の諸問題がある。(1).連邦補完補給金制度における都市州の取り扱いの不平等や州財政力把握における不整合な取り扱い(海洋港湾維持費用の処理や市町村収入の算入割合等)にみられる、制度技術面の細部の不統一がある。(2).地域的収入原則の否定や州間の調整効果の減殺を引き起こす売上税補完分け前の問題点や、小規模補正と大規模補正を併存させるという矛盾した人口数修正方式の問題点等の制度的諸矛盾、ならびに、過度の平準化作用による州の財政的自治・州間競争を阻害するという望ましくないインセンティブの発生等、制度の根幹に関わる問題点が指摘されている。また、(3).
レチナール蛋白質の光励起によるレチナール立体異性体識別機構と機能発現

レチナール蛋白質は発色団としてレチナールを持つ一連の光機能性蛋白質である。機能は異なるが光吸収後の緩和過程において、発色団を特異的に異性化させる。この光励起からの緩和過程でのレチナール立体異性体識別の機構について解析した。まず、レチノクロムの基底状態での立体構造の認識については、再生過程がβイオノンやビタミンAで阻害されることから、疎水的発色団結合部位を持っており、その形はロドプシンと異なり、バクテリオロドプシンと同様に発色団近傍に空間はないものと推定され、その形が識別に関与していることが示唆された。レチノクロムは種々の立体異性体を光励起状態を通して特異的に11シス型に異性化する。ところが二重結合が真ん中で切れた形のレトロγレチナールはレチノクロムアポ蛋白と結合し色素を形成するものの光変化しないことが分かった。バクテリオロドプシンからアポ蛋白を調整し、レチナールの異性体との結合を調べると13シス、全トランス型の他に7シス型とも結合し、光照射を受けると全トランス型に変化することが分かった。また、バクテリオロドプシンを異なったpHで、異なった波長の光で照射し、その産物の異性体型を調べたところ、高いpHや低いpHで11シスや11,13ジシスが生成することが分かった。これはpHで蛋白の構造が多少変化し、発色団の異性化を制御している部分が影響されたものと考えられる。13-trifluoro-retinalを用いてバクテリオロドプシンを再生させ、X線光電子分光法で13炭素付近の電気的環境を測定すると、その付近に負電荷があることが推定された。また光反応し、初期中間体Kになるとその近傍に負電荷が増し、M中間体になるとそれらの負電荷が消失することが推定された。この電荷の動く位置は異性化の位置に対応しており、これらの電荷が発色団の異性化の特異性を決めている可能性が示唆された。
跳躍動作におけるスキル獲得過程に関する幼稚園年少期から小学校3年生までの追跡研究

本研究の目的は、跳躍動作におけるスキル獲得過程を縦断的に検討することであった。同一被験者を対象として、幼稚園から小学校低学年までの計6年間のデータを追跡した。立ち幅跳び動作に対して、二次元DLT法を用いて身体合成重心、下肢の各関節における角度・角速度・角加速度等のKinematicsデータを算出した。スキルの指標は、下肢関節の屈曲・進展の順序とした。その結果、走・跳・投動作における「スキル」は幼稚園の年少から年中の期間に大きく獲得され、小学生前半期までにほぼ確立された。これらはスキャモンの発育・発達曲線の神経系のパターンに合致しており、この時期における教育・訓練の重要性が示唆された。スキャモンの発育曲線にみられるように、幼児期から小学校の低学年までは神経系の発育が著しい。したがって、この時期に適切な運動刺激を加えることにより神経系の発達が促され、動作の「巧みさ」に正の影響を与えるといわれている。子どもの運動能力の低下、運動嫌いが深刻な社会問題のひとつとなっている昨今、この「巧みさ」、すなわち「スキル」の獲得過程を縦断的に捉え、効果的な訓練プログラムを構築することは体育・スポーツ科学における最も重要な研究課題のひとつであると考えられる。我々はこれまで幼児期(年少:4歳児、年中:5歳児、年長:6歳児)の跳躍動作を対象に二次元動作解析を行い、下肢の各関節(股関節、膝関節、足関節)における角度変化曲線間の順次性を指標として「運動伝導」を調べ、バイオメカニクス的な観点から動作の「スキル」の獲得過程を評価してきた。本研究では、今後、さらに3年間のデータを追加し、この「スキル」の獲得過程を、幼児期から小学校低学年(一年生:7歳児、二年生:8歳児、三年生:9歳児)までにわたって縦断的に捉えることを目的とした。今年度の成果としては、同一幼児11名の幼児期三年間(年少→年中→年長)のKinematicsデータを解析した。跳躍動作における「しゃがみ始め」局面と「伸び上がり」局面に着目し、股関節・膝関節・足関節に対して、伸展と屈曲の時機を4歳、5歳、6歳間で比較した。発育発達に伴って「しゃがみ始め」局面における関節の屈曲のタイミングに違いは見られなかったが、「伸び上がり」局面においては、5歳から6歳の間で、膝関節と足関節における伸展のタイミングが遅くなり、動作の獲得における変容がみられた。これらの結果は、二次元映像解析を用いて、幼児の発育発達に伴う跳躍動作の「スキル」獲得過程を定量化できたことを示唆していた。我々はこれまで幼児期(年少:4歳児、年中:5歳児、年長:6歳児)の跳躍動作を対象に二次元動作解析を行い、下肢の各関節(股関節・膝関節・足関節)における角度変化曲線間の順次性を指標として「運動伝導」を調べ、バイオメカニクス的な観点から動作の「スキル」の獲得過程を評価してきた。本研究では、今後、さらに3年間のデータを追加し、この「スキル」の獲得過程を、幼児期から小学校低学年(一年生:7歳児、二年生:8歳児、三年生:9歳児)までにわたって縦断的に捉えることを目的としている。今年度は、これまでの「運動伝導」を観点とした縦断的な検討に加え、新たな指標を用いての検討を試みた。具体的には、神奈川県横浜市の幼稚園に通う園児154名の跳躍動作の映像データを学年別に分類し、重回帰分析を用いて横断的に検討した。その際、立ち幅跳びの沈み込みから踏み切った直後までの動作を対象として、跳躍距離に影響を及ぼす要因として身長・体重・跳躍初速度・跳躍角度・体幹前傾角度・下腿前傾角度・腕降り・沈み込みの関与について検討を加えた。その結果、年少では体幹前傾角度、年中では跳躍初速度、年長では下腿前傾角度と跳躍初速度が跳躍距離に結びついていることが明らかになった。また、今年度は跳躍動作に加え、投動作・走動作についても映像解析を実施した。これらの結果については、既に発表済みである。本年度は、神奈川県内の幼稚園において、在園児とこの幼稚園を卒園した小学生を対象として引き続き研究を行った。

「スキル」の評価対象動作は立ち幅跳びとし、二次元DLT法により合成重心、下肢の各関節(股関節・膝関節・足関節)における角度・角速度・角加速度等のデータを算出した。これらの変数を基に、幼稚園(年少・年中・年長)から小学校低学年(小学校1年生・2年生・3年生)までの計6年間のデータを統合し、跳躍動作時における「運動伝導」を観点として縦断的に検討した。その結果、幼児においては、年少から年中にかけて成人と同様の「運動伝導」が出現しはじめ、年長から小学生にかけてはそれが維持されることが明らかになった。また、25m走、ボール投げを実施し、跳躍以外の基本的な動作の獲得過程についても検討を加えた。25m走においては、1年間の期間をおいて2回測定し、所要時間・ピッチ・歩幅について偏相関分析を行った。その結果、幼児の走速度の増加は歩幅の増大だけでなく、ピッチの増大にも起因すること、これが年少から年中にかけてみられることが明らかになった。投動作については、三次元DLT法を用いて、腕の振り、体幹の捻り角度を算出し、運動形態学的観点であるパターンとの関係を年少・年中・年長間で比較・検討した。その結果、幼児の投動作における腕の振り動作と体幹の捻り角度の増加は、学年があがるにつれて獲得・発達していくこと、およびkinematics観点と運動形態学的観点から、年少から年中の時期に発達が著しいことが明らかになった。本研究の結果から、走・跳・投動作における「スキル」は、主として年少から年中の期間に大きく獲得され、それが年長から小学生に維持されるという結果を得ることができた。これらはスキャモンの発育・発達曲線の神経系のパターンに合致しており、この時期における教育・訓練の重要性が示唆された。