hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
二分決定図を利用した命題論理上の統計的仮説評価法の開発およびその応用

これにより、任意の命題論理式で表現される確率モデルに対する最尤推定、変分ベイズ推定、MCMCベイズ推定が可能となった。これにより問題に適切な学習法が分からない場合でも、すべての学習法を単一のフレームワーク上で容易に試すことができる。また、論理に基づく確率モデリングでは任意の論理式を確率モデルとして扱うことが可能であるため、確率モデルを表現する論理式を書き換えても学習法を変更する必要はない。つまり提案法により、容易にモデルと学習法の組み合わせを試せるようになったと言える。本プロジェクトでは、論理と確率を融合する「命題論理に基づく確率モデリング」の実現を目的としている。論理は複雑で決定的なルールを表現可能であり、人工知能の分野では仮説推論やプランニングに利用されている。確率は不確実で曖昧な事象を扱うことが可能であり、機械学習の分野では予測や推定、データマイニングに利用されている。これらを組み合わせることでより複雑で曖昧な現実の事象を確率モデルとして表現可能となる。確率モデルのパラメータを観測データから学習する方法として、最尤推定が知られている。最尤推定は観測データを得る確率を最大化するようモデルパラメータを決定する。平成22年度は命題論理に基づく確率モデルに対する最尤推定法を提案した。しかし最尤推定は観測データに対してモデルがオーバーフィットしてしまう過学習が起こりやすいことが知られている。過学習を回避する学習法としてベイズ推定が近年注目を浴びている。ベイズ推定は複雑な積分計算を伴うため、これを近似的に行う方法として、変分法に基づく変分ベイズ推定と一般的なサンプリング手法であるマルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法に基づくMCMCベイズ推定が知られている。平成23年度は命題論理に基づく確率モデルに対する変分ベイズ推定とMCMCベイズ推定を提案した。これらの手法はすべて計算を効率的に行うために二分決定図(BDD)と呼ばれるデータ構造を利用している。しかし、扱う論理式によってはBDDが巨大になり、構築が困難となる場合がある。そこで平成24年度は、BDDを構築することなく目的の命題論理に基づく確率モデルからサンプリングを行う手法であるMC3TSを提案した。本手法は近年ゲームAIで注目されている一般的な木探索手法であるモンテカルロ木探索(MCTS)と一般的なサンプリング手法であるMCMCを組み合わせたものであり、結果としてBDDの近似的な構造を構築する。本手法と平成22年度、23年度に提案した手法を組み合わせることにより、BDDを構築することが困難な複雑な問題に対しても、最尤推定やベイズ推定を適用することが可能となる。これにより、与えられた論理式の複雑さなどを気にすることなく、単一のフレームワークで様々な確率推定法を実行することが可能となった。
神経芽腫の増殖・分化・細胞死を抑制する新規NLRR受容体ファミリーの解析と応用

神経芽腫cDNAプロジェクトから同定した新規遺伝子NLRRfamilyの機能解析を行った。その結果、NLRR1は細胞増殖を促進してがんの進展に寄与することが明らかになり、作製したノックアウトマウスの解析によりlipidraftを介した細胞増殖シグナルを増強することが明らかになった。また、NLRR1を標的にした治療用単クローン抗体を作製に成功した。一方、NLRR2はERストレスを誘導し、細胞の生存シグナルを負に制御した。NLRR3は逆に細胞の分化を誘導し、MYCNにより負に転写制御されていた。以上の結果から、NLRRfamilyは神経芽腫における増殖、分化、細胞死の制御をファミリー間で役割分担していることが明らかになった。我々が作製した神経芽腫cDNAライブラリーから同定した新規ヒト依存性受容体であるNLRRファミリーついて解析を進め、以下の知見を得た。(1)NLRR1は神経芽腫の悪性度と有意に相関して発現していたが、NLRR1受容体分子自体には機能ドメインが無く、他の増殖促進シグナルを発信する膜受容体(EGFR,IGFR等)と機能的結合することにより、がん細胞の増殖を促進していることが明らかになった。そのメカニズムにlipid raftが関与している可能性が示唆されたが、今後それを証明する必要がある。ノックアウトマウスの作製に成功し、解析を始めつつある。(2)NLRR2は、細胞に過剰発現すると細胞死を誘導した。この細胞死は、短い細胞内ドメインを欠く変異体では誘導されなかったことから、この領域を介して何らかのシグナルが細胞内に伝わっているものと思われた。現在、いくつかの細胞内death signalsを検討中である。NLRR2のノックアウトコンストラクトを作製しES細胞のスクリーニングまで行ったが、再度コンストラクトを作成中である。(3)NLRR3は、神経芽腫細胞に過剰発現すると分化を誘導し、その発現を抑制すると細胞死が誘導された。分化誘導の際には、Akt,ERK1/2の活性化が見られたため、他の神経分化を誘導する膜受容体との機能的関係が示唆された。NLRR3のノックアウトコンストラクトを作製した。NLRRファミリーのアミノ酸配列はアフリカツメガエルまで非常に高く保存されており、その生理機能の解明は正常神経発生と発がんの分子機構解明に極めて有用と思われた。我々が作成した神経芽腫に特化したcDNAライブラリーから新規ヒト依存性受容体であるNLRRファミリーを同定し、その解析から以下の知見を得た。(1)NLRR1は進行神経芽腫において有意に発現が高く、なかでもMYCN増幅した神経芽腫において高発現した。そこで、NLRR1強制発現系において解析したところ、NLRR1高発現によりSP1が誘導され、SP1によるMYCNの転写誘導が見られた。また、逆にMYCNを高発現させるとNLRR1の転写が誘導され、NLRR1はMYCNの直接の転写ターゲットであることが明らかになった。したがって、悪性神経芽腫においては、NLRR1-MYCNのpositive feedback loopが存在し、増殖を促進していた。一方、NLRR1ノックアウトマウスの作成に成功し、詳細な解析を進めている。(2)NLRR2の過剰発現により細胞増殖の抑制、コロニー形成能の抑制が生じ、siRNAによる発現抑制により、細胞増殖が促進された。NLRR2の過剰発現は、Tunicamycin処理と同様にERマーカーであるPDI発現を誘導し、ERストレスマーカーであるCHOPおよびATF-4の発現を誘導した。これらは、CHOPとATF-4のluciferase reporterを用いた系においても発現誘導を確認できたことから、NLRR2によりCHOP,ATF-4の転写が促進されているものと思われた。したがって、NLRR2は小胞体ストレスの活性化を介して細胞死を誘導していることが明らかになった。(3)NLRR3は神経芽腫細胞の分化を促進したが、現在、ノックアウトマウス作成のためのコンストラクトが完成し、ES細胞作成の段階に入っている。本研究では、小児悪性固形腫瘍の中で最も発生頻度の高い神経芽腫の悪性度を規定している新たな標的分子を同定し、それらをターゲットとする治療法の開発を目的としている。これまでに、神経芽腫組織から作製したcDNAライブラリーにより同定した3つの新規遺伝子ファミリーであるNLRR(neuronal leucine-rich repeat protein)ファミリーについて、それらの機能を解析し、それぞれが腫瘍細胞の増殖・分化・細胞死を制御するという異なる機能を持つことが明らかとなってきており、本年度は以下の成果が得られた。1)NLRR1の機能とlipid raftとの関連性について検討した結果、NLRR1は細胞膜上で主にlipid raftに局在し、その機能にはlipid raftの構造が必要であることが明らかとなった。

一方NLRR2については、その発現が細胞増殖を抑制し、小胞体ストレスによるアポトーシスを亢進させることが示された。またNLRR2の発現によりヌードマウスにおける腫瘍形成能も抑制されることが分かった。NLRR3の細胞分化における機能については、NLRR3と結合が認められるタンパク質の探索を行い、結合タンパク質を同定した。2)神経芽腫臨床検体におけるNLRR2および小胞体ストレス関連遺伝子の発現解析を行い、神経芽腫の予後と関連することが明らかとなった。3)これまでに引き続きNLRR1ノックアウトマウスの表現型解析を進めた結果、初代培養細胞における細胞増殖および増殖シグナルの低下が認められた。NLRR2およびNLRR3のノックアウトマウスの作出については、ES細胞への導入などの作業を進めた。4)NLRR1の細胞外領域に対する抗体を産生するクローンのスクリーニングを行い、NLRR1を特異的に認識するクローンを複数取得した。
体育授業研究におけるアクションリサーチの役割に関する研究

1.「狭義」と「広義」としてのアクションリサーチアクションリサーチはよい授業を創り出そうとするものであり,どの実践にも共通していることは各教育実践の中にある「切実な課題から出発する」といったことから始まることに大きな特徴を持っている点である.その中で,あくまでも「教師(当事者)自身」が自らの実践を,自らの観察と省察・内省を通して解決を求めていといったアクションリサーチを「狭義」のアクションリサーチとして位置付けられる.さらには,教師(当事者)自身だけではなく,同僚教師や外部の授業観察者も含めた上で共同の実践を創り出していくといった,第三者をも含み込んだ中で行われるアクションリサーチを「広義」のアクションリサーチとして整理をした.2.教師の意思決定の抽出小学校4年生の体育授業実践において共同的なアクションリサーチ(広義)を試みた.そこでは,教師および同僚における各実践後の実践記録やインタビュー記録,実践期間中の対話記録等を資料として,教師が行った授業内容の流れに沿った意思決定場面の抽出を行った.その結果,対話記録にみられた内容の変化に,「技術的な練習の提示」→「提示の取り込み」→「同僚への問い」→「同僚との共同決定」といった流れをみることができた.このことは,同僚のスタンスが授業システム内の教師と同じスタンスに立つことはあり得ないが,「in action」といった状況で展開させることと同時に「対話」を軸に取り組むことで,同僚と教師は「文脈性」「共時性」という特徴をもった他者と共有された事象をもとに創造的な授業が創られているということを意味していると考えられる.今後はこれらの成果をもとに,教師の成長といった側面を加味した上で,具体的事例を基にしながらアクションリサーチ研究を継続していきたいと考えている.1.アクションリサーチの特徴アクションリサーチは,1940年代にKult Lewinによって「研究(research)」「実践(action)」「訓練(training)」の三つの柱を打ち立て,様々な集団における知見の実践過程の相互のやり取りを示したことが最初である.そのことを根底に,今日では産業や経済,臨床場面や教育場面等で幅広く活用されていることを調査できた.またそれらの調査等から,具体的な円環的モデルとして整理することから,アクションリサーチでは,対象となる集団や社会組織そのものの抱えている問題を中心に見据えて,研究者および同僚が徹底的に問題解決にあたることが最大の特徴であることが明らかとなった.2.教育場面でのアクションリサーチこれまで教育方法として取り組まれたアクションリサーチ研究は,研究者が実践者を兼ねるという設定がほとんどであった.その為,対象クラスの授業改善には円環的な解決が結果としてもたらされているが,逆に狭い組織だけでの問題解決だけに留まる可能性もある.そんな中で,第三者的な研究者が同僚と同じスタンスで授業に寄り添う実践を取り組んだ例を参考にしながら,教師の変化と同僚の変化,そして,切実な課題自体の解決がどのように変容していったのかを,いま,丁寧に考察しているところである.3.次年度の見通し新たな体育授業を対象とした実践をできる限り計画し,教師に寄り添った実践で明らかとなったものに加えて,アクションリサーチの特質と有効性を明らかにすることで,方法論的な役割を探っていくつもりである.1.「狭義」と「広義」としてのアクションリサーチアクションリサーチはよい授業を創り出そうとするものであり,どの実践にも共通していることは各教育実践の中にある「切実な課題から出発する」といったことから始まることに大きな特徴を持っている点である.その中で,あくまでも「教師(当事者)自身」が自らの実践を,自らの観察と省察・内省を通して解決を求めていといったアクションリサーチを「狭義」のアクションリサーチとして位置付けられる.さらには,教師(当事者)自身だけではなく,同僚教師や外部の授業観察者も含めた上で共同の実践を創り出していくといった,第三者をも含み込んだ中で行われるアクションリサーチを「広義」のアクションリサーチとして整理をした.2.教師の意思決定の抽出小学校4年生の体育授業実践において共同的なアクションリサーチ(広義)を試みた.そこでは,教師および同僚における各実践後の実践記録やインタビュー記録,実践期間中の対話記録等を資料として,教師が行った授業内容の流れに沿った意思決定場面の抽出を行った.その結果,対話記録にみられた内容の変化に,「技術的な練習の提示」→「提示の取り込み」→「同僚への問い」→「同僚との共同決定」といった流れをみることができた.このことは,同僚のスタンスが授業システム内の教師と同じスタンスに立つことはあり得ないが,「in action」といった状況で展開させることと同時に「対話」を軸に取り組むことで,同僚と教師は「文脈性」「共時性」という特徴をもった他者と共有された事象をもとに創造的な授業が創られているということを意味していると考えられる.今後はこれらの成果をもとに,教師の成長といった側面を加味した上で,具体的事例を基にしながらアクションリサーチ研究を継続していきたいと考えている.
就学前児への支援におけるICTツールを用いた保護者との情報交換に関する実践的検討

就学前機関における情報交換の重要性は、まずは保護者の不安の軽減にある。日々の悩みや発達支援について、即時性や正確性、わかりやすさ、伝わりやすさを備えた情報交換の在り方は常に課題となっている。保護者の不安軽減と多角的視点からの発達支援に結びつけるため、交換手段の最適化を図り、交換手段に情報通信技術(ICT)を活用する可能性を追求することは喫緊の課題である。しかし、現状ではICTツールの使用頻度や使用スキルなどにおいて個人差が大きく、その点を加味した検討が課題となっている。そこで本研究では、保護者との情報交換を補完する手段にソーシャル・ネットワーキング・サービス(以下SNS)を位置付けた実践を行い、1ICTツールの使用頻度やスキルの個人差と使用性との関連、2ICTツールを活用する際に必要となる就学前機関での取り組み、の2点を明らかにすることを目的とした。研究方法として、セキュリティ対策を施した専用サーバーで、オープンソースSNSエンジンOpenPNEを動作させ、専用のSNSを運営した。SNSにおいては、「電子おたより」の配信、保護者の個人ページの設定により、相互情報交換をめざした。事前にICTツールの使用頻度について質問紙調査を行い、その後の使用状況と照らし合わせ、スキルの個人差と使用性との関連について検討した。質問紙調査あるいはインタビュー調査により専用SNSの使用性を評価した。評価の観点にはISO 9241-11 (1998)の使用性の構成要素を用いた。その後ICTツールの使用頻度やスキルと使用性との関連について分析した。研究成果として、情報交換手段としてSNSを使用する際の条件と課題が見いだされた。前年度開設したときと異なり、保護者の書き込み、閲覧が増えた要因の一つに、パーソナルコンピュータのみでなく、スマートフォンやタブレット端末からもアクセスしやすい構成にしたことがあげられる。手軽に使用できるスマートフォンやタブレット端末の普及は、スキルを選ばずICTツールを使用可能にするという点が確認された。配信予定担当者の異動で「電子おたより」の配信が数回に限られたと同時に、使用頻度に関しては個人差が大きく、情報伝達手段として位置づけるには更に検討が必要である。保護者からは「声にならない心の中の思いを文章にすることで気持ちに整理が付いた」「悩んでいるのは私だけじゃないんだと知った」等の感想があり、情報交換や交流の場としては評価できた。情報交換ツールとしてのSNSの活用については支援者側の意識や体制作りも関連し、今後議論が必要である。
Ｘ線磁気イメージングと物性の同時測定による微小磁気構造体の外場応答の研究

100分の1ミリメートル程度の長さスケールで電子スピンの向きが変化するような磁気構造体について、電子スピンの配列とその外場応答を明らかにすることを目的とする。放射光X線を用いたイメージング法を発展させるとともに、電場や磁場等の外場のもとで磁気イメージングと電気抵抗や磁化率の測定を同時に行える計測システムを開発する。このシステムを用いて、磁気構造体の運動と物質の外場応答の関係を明らかにし、物質機能の開拓につなげる。
分類型検索システムの多言語対応に関する研究

本研究では、検索語の関連語を用いてWeb検索結果をクラスタリングする、文書分類型の検索方式(分類型検索)の研究開発を行うことを目的とし、特に実用的な検索機能を持つ、多言語対応の分類型検索システムの開発に取り組んだ。研究期間中に、日本語以外の言語に対応できるように分類型検索システムを拡張し、情報検索システムの評価用テストコレクションを用いて、多言語対応の分類型検索が言語に依らず有用であることを定量的に確認した。本研究では検索語の関連語を用いた分類型検索システムの開発を目的とし、特に実用的な検索性能を持つ、多言語対応の分類型検索システムを開発することを主たる目標としている。分類型検索とは、文書を分類することによってユーザビリティを向上する情報検索技術である。従来から、文書を特徴量の類似性により分類する試みがなされ、小規模な文書群など、ノイズがほとんど含まれない文書群では、ある程度の実用性が認められてきた。しかしながら、多様なトピックを含む大規模な文書群には分類の精度を悪化させる不要な特徴量が多く含まれる。このため、文書群に含まれる不要な特徴量を効果的に除去し、ユーザが一瞥して理解できるような、分かりやすい分類提示を行う情報検索技術の開発が早急な課題となっている。本研究において分類型検索システムを多言語対応に拡張し、日本語以外の言語においても提案手法が有用であることを明らかにできれば、開発システムは国内外の多数のユーザに利用され得る。本年度は、文書分類型システムのプロトタイプを拡張し、単語の文字列長を考慮した分類型検索を提案した。また、日本語と英語の地図情報検索を目的とした関連語による分類型検索システムの検索性能の評価を行った。提案法により携帯電話などの小さな端末でも表示画面を有効活用した分類結果の提示により、効果的かつ効率的に地図情報を検索できることが確認できた。また本年度は、日本語と英語以外の他の言語に対応するための準備としてマレー語のステマーを開発した。開発したステマーは、マレー語の語幹と派生語に対する過剰な接辞処理を抑制するため語幹辞書と派生語辞書を参照する。開発したステマーを、マレー語の文書自動分類に応用し、過剰な接辞処理が効果的に抑制されていることを確認した。本年度は,日本語の特許文書群から複合語を抽出し,文書分類のための単語リストを生成する手法について検討した.特許庁の審査官は審査の過程で新規性のない発明を拒絶するために,拒絶の根拠となる別の特許を過去の膨大な特許文書群の中から検索しなければならない.この検索を支援するためには,種々の検索要素技術を組み合わせて精度,再現率を高める工夫が必要となる.本年度の研究では,そのような要素技術の一つとして,特許文書に含まれる,漢字・カタカナからなる複合語を抽出する手法を検討した.特許文書は従来にない新規の技術を説明する技術文書であり,フォーマルな文体で記述されることから,ひらがな表記の単語の使用頻度は低く,カタカナや漢字の専門用語が多数使用されている.たとえば,特許文書には,化学物質,原料,医薬品,食品,農業器具,工業製品の名称などの専門用語が多数含まれる.このため,特許文書群においては,特に漢字・カタカナの単語に対する形態素解析の誤りが多数発生し,もともと意味のあった文字列が無意味な短い文字列に分割されるという問題が生じる.この問題に対して,本年度の研究では,まず,すべての特許文書に対して形態素解析を行い,文字種を手がかりとして過剰に分割された形態素列から複合形態素の候補を生成する手法を検討した.さらに,これまでの研究で取り組んだマレー語の接辞処理の手法を発展させ,日本語の漢字・カタカナの複合形態素の候補から,無意味な接辞部分を取り除く手法を検討した.接辞を除去した複合形態素を文書分類のための単語リストに含めることで,重要な複合形態素のみからなる決定則の抽出が期待できる.文書分類のための決定則抽出のソフトウエアと特許検索タスクテストコレクションを用いた評価実験の結果,提案法により文書分類の精度(F-measure)が向上することを確認した.昨年度までの研究では表記された文書の意味的な類似性に基づく分類型の文書検索の研究開発を進めてきたが,本年度は,これまでの研究をさらに発展させ,日本語の文書が発音された際の音声の類似性の観点から文書検索を行えるように検索システムを拡張する研究開発を行った.具体的には,英語で標準的に用いられている手法を拡張し,日本語の音声を考慮した発音照合を行うアルゴリズムを開発し,評価を行い,得られた研究成果を情報処理学会自然言語処理研究会において報告した.さらに,本年度は,オーストラリア・RMIT大学のJ Shane Culpepper講師とFalk Scholer講師とともにNTCIR-9の検索タスクGeoTimeと検索タスクINTENTに参加し,言語に依存しない文書索引付の手法とランク付けの手法について研究開発を行った.本年度参加した情報検索システムの評価型ワークショップNTCIR-9では,GeoTime(地理的・時間的情報の検索)タスクの英語と日本語の新聞記事データ,および,INTENT(検索意図)タスクの日本語のWeb文書データに対して,言語に依存しない文書索引付の手法の実現可能性を検証できた.

また,文字列の曖昧性や多義性を解消するため,日本語版のWikipediaを用いた類義語の定義の手法を検討し,GeoTime(地理的・時間的情報の検索)タスクとINTENT(検索意図)タスクにおいて,類義語を用いた検索質問拡張について検討した.本年度は,昨年度までに予備的検討を進めてきた日本語の発音照合の手法を改良し,オープンソースソフトウエアのデータベース管理システムPostgreSQLのユーザ定義関数として実装を行い,評価を行った.発音照合は,類似文字列検索の手法のひとつであり,文字列の綴りではなく,文字列が発音された音声の類似性に基づく検索の手法である.英語における先行研究では,文字列編集距離と発音照合を組み合わせた情報検索の有効性が明らかにされていることから,本研究では,英語で提案されている手法の日本語化と日本語の文書検索における発音照合の有効性評価に取り組んだ.具体的には,まず,昨年度までの研究で開発してきた日本語の発音照合の符号化表の拡張と改良を行い,発音照合の手法をデータベース管理システムの動的ロード可能オブジェクトとして実装し,動作の検証を行った.さらに,昨年度までの研究で文書検索の評価に使用した情報検索システムのテストコレクションを使用して,文字列編集距離と日本語の発音照合を組み合わせた手法の有効性評価を行い,得られた知見をSIGIR2012 Workshop (OSIR2012)で報告した.また,本年度は,海外の共同研究者とともに予備的検討を進めてきた文字n-gramを用いた言語に依存しない文書索引付の手法の検索効率性と検索有効性を検証するための評価実験を行い,得られた結果に基づく検討を行った.具体的には,過去の情報検索システムの評価型ワークショップNTCIR7/8 IR4QAで構築されたテストコレクションを用いて,言語に依存しない文書索引付の手法の評価方法を検討し,次に,種々の文書類似度の尺度を用いて,文字n-gramを用いた検索手法と,転置索引を用いた従来法との比較を行った.本研究は,実用的な検索性能を持つ多言語対応の分類型検索システムの開発を目的としており,現在までの研究で,日本語以外の言語に対応できるようにシステムの拡張を行い,情報アクセス技術の研究促進を目的とした評価型ワークショップNTCIRに参加して,検索システムの評価を行うことができている.特に,評価型ワークショップNTCIRに参加できたことは本研究の全体構想の中でも特に重要な意義があり,研究計画通りにこれを達成できていることから,本研究は順調に進展していると言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。NTCIRの参加により得られた知見を今後の研究において積極的に活用し,当初の研究計画通りに,多言語対応の分類型検索システムの研究を進めていく予定である.現在までのところ,研究計画の変更や研究遂行上の問題点は生じていない.今後の研究において,日本語,および,日本語以外の言語を対象とした,多言語対応の分類型検索システムの検索有効性の評価を効率よく進めるため,日本語以外の母語話者との議論と情報交換を継続的に進めていくとともに,過去のNTCIRワークショップで構築されたテストコレクションを活用したシステム評価についても検討していく予定である.
ヴィゴツキーの文化的-歴史的視座に基づく分数概念の形成過程に関する基礎調査研究

ヴィゴツキーの文化的-歴史的視座に基づけば「人間行動の発達は記号の発達の歴史であり、また記号を用いることによって自らの行動を支配してきた人間行動の歴史でもある」。ここで「記号」とは「心理的道具(人間の心的過程を制御するための人工的な道具)」を意味しており、この道具の制御とこれを介した自らの心理機能の制御が概念形成に関わっている。またヴィゴツキーは人間行動の特徴である知性において「構造の法則」を重視している。これは、様々な文脈で個々の要素が変化しても構造は全体として作用し続けるというものである。このような「心理的道具」と「構造の法則」の視点から分数授業を考察し、子どもの分数概念の形成過程へのそれらの関わりについて検討した。心理的道具は手段と対象の2つの役割を同時に兼ね備えている。ある分数授業において、水の入ったコップを模した紙が配られ、それを折る活動によって分数概念が導入された。この場面では「紙」と「分数記号」のどちらも手段と対象の役割を備えていたため心理的道具であると言える。しかし「紙」は文脈に依存されていたのに対し、分数記号は子どもの概念形成に一般的な文脈をもたらしたため、同じ心理的道具であってもレベルの違いが存在することが示された。また小学校6年生の授業を観察し、「構造の法則」に基づき以下を検討した(これについては全国数学教育学会第25回研究発表会で発表を行った)。1授業時間の中での垂直方向の算数的活動に関して「具体的な場面→数学的な場面→より広い場面」へと場の広がりが見られたが、数学的な構造は変わらなかった。すなわち「基準量×何倍=比較量」という分数構造は不変で、全体として作用していたが、場が高まるにつれて分数構造を構成する要素はより抽象的なものへと変化していた。しかしながら場を高めるための算数的活動を子ども達自身で導くのは難しく、ここに教師の重要な役割が存在した。
AGAGE観測データに基づく両半球大気中OH濃度の経年変動機構の解明

OH大気濃度変動に関するAGAGE観測データ解析では、CH_3CCl_3対流圏除去過程として、OHとの反応と海洋への溶解のみが考慮されている。25種類の標準粘土鉱物試料のCH_3CCl_3分解反応活性について閉鎖循環式反応装置を用いて調べ、環境条件下でCH_3CCl_3の塩化水素脱離反応が進行すること(反応確率約10^<19>)及び砂漠地表面中の粘土鉱物によるCH_3CCl_3の分解が有意な除去過程となる可能性のあることを示した。また、AGAGH観測データのCH_3CCl_3濃度減少エピソードと観測大気塊の砂漠上空通過の相関について考察した。OH消失機構として注目されているエアロゾルへの取り込みについて、インピンジングフロー法により、二酸化窒素(NO_2)、二酸化硫黄(SO_2)の水および種々の溶液に対する取り込み係数を測定した。NO_2で過酸化水素水、ヒドロキノン水溶液などで純水に比べ取り込み係数が大きくなることを見出した。ヒドロキノンの場合について解析した結果から、液相反応により取り込みが増大したと考えられた。一方、疑似海水では、NO_2、SO_2の場合ともに取り込み係数に変化はみられなかった。OHの水への取り込みにおける溶液反応の影響について考察した。OH生成機構に関連する対流圏ハロゲン種の化学イオン化質量計による測定に関して、水蒸気の干渉を臭素(Br_2)について検討した。水蒸気共存下においては、試薬イオンが水蒸気との会合イオンを形成するために試薬イオンピークによる規格化が適用できないが、水蒸気との会合イオンの強度も含めてピーク強度を規格化することにより、水蒸気濃度に依存しないBr_2検出感度の得られることを明らかにした。濡れ壁反応管を製作し、上記化学イオン化質量分析計を用いて、Br_2の水への取り込み係数を測定し、シミュレーション結果等と比較して、Br_2の水への取り込みは液相反応律速であることを示した。対流圏のグローバルなOH濃度について、AGAGE等のメチルクロロホルム(MC)データ解析から、従来の知見では説明できない現象が報告されている。本研究では、1.ダスト等上での不均一分解反応のMC除去過程としての有意性を定量評価し、AGAGEのデータ解析方法を再検討する。一方、2.エーロゾルへの取り込みによるHOxラジカル消失反応、及び3.対流圏ハロゲン種が関わるOH生成反応について、関連する反応確率、大気濃度を測定し、大気中OH生成・消失過程の研究に資する。平成14年度の概要は以下の通りであった。1.23種類の標準粘土鉱物を用いて、MCの不均一分解反応速度と粘土鉱物の物性の関係を調べた。乾燥空気下313Kで、ほとんどの粘土鉱物についてMCの塩化水素脱離反応が進行し、反応速度は、粘土鉱物の表面積、細孔濃度、Ca^<2+>濃度と正の相関を示した。吸着平衡定数と表面反応速度を分離して調べるために、カラム法実験装置を整備した。2.大気微量化学種の取り込み係数測定用システムを海水等に適用できるように改良し、安定なSO_2を用いて性能を確認した。また副生成物の少ない紫外光を用いたOHラジカル発生装置を新たに作製した。しかし、ラジカル発生量が放電法より2桁少なく、次年度OHラジカルの海水への取り込み係数を測定するためには放電法を使う必要のあることがわかった。3.ハロゲン分子種の大気中濃度を測定するための化学イオン化質量分析装置について、ハロゲン種を測定するための一次(試薬)イオン(SO_2Cl^-)とその生成方法をこれまで見出してきた。

SO_2Cl^-の原料であるCl^-イオンの生成法として、塩化メチルCH_3Clを原料としたコロナ放電イオン化と放射線源イオン化の2通りの手法の有効性を検討し、放射線源イオン化が、不純物が少なく、有効であることを見出した。OH大気濃度変動に関するAGAGE等の観測データ解析では、メチルクロロホルム(CH_3CCI_3)の対流圏除去過程として、OHとの反応と海洋への溶解のみが考慮されている。25種類の標準粘土鉱物試料のCH_3CCI_3分解反応活性について閉鎖循環式反応装置を用いて調べ、環境条件下でCH_3CCI_3の塩化水素脱離反応が進行すること(反応確率約10^<-9>及び砂漠地表面中の粘土鉱物によるCH_3CCI_3の分解が有意な除去過程となる可能性のあることを示した。また、AGAGE観測データのCH_3CCI_3濃度減少エピソードと観測大気塊の砂漠上空通過の相関について考察した。OH消失機構として注目されているエアロゾルへの取り込みについて、インピンジングフロー法により、NO_2、SO_2、の純水および種々の溶液に対する取り込み係数を測定した。その結果、NO_2で過酸化水素水、ヒドロキノン水溶液などで純水に比べ取り込み係数が大きくなることを見出した。ヒドロキノンの場合について解析した結果から、液相反応により取り込みが増大したと考えられた。一方、擬似海水では、NO_2、SO_2の場合ともに取り込み係数に変化はみられなかった。OH生成機構に関連する反応性ハロゲン種の観測用に開発した化学イオン化質量分析計について、水蒸気の干渉を臭素(Br_2)について検討した。その結果、水蒸気共存下においては、試薬イオンが水蒸気との会合イオンを形成するために試薬イオンピークによる規格化が適用できないが、水蒸気との会合イオンの強度も含めてピーク強度を規格化することにより、水蒸気濃度に依存しないBr_2検出感度の得られることがわかった。濡れ壁反応管を製作し、上記化学イオン化質量分析計を用いて、Br_2の純水への取り込み係数を測定し、シミュレーション結果等と比較して、Br_2の純水への取り込みは液相反応律速であることを明らかにした。
ゼオライトサブナノ空間を特異反応場として利用した亜鉛原子および一価亜鉛イオン創製

MFI型ゼオライト中に存在する特異Al配列場を利用することにより新奇な物性を有する二価亜鉛イオンや原子状亜鉛、一価亜鉛イオンを創製できることを示してきた。本年度の研究ではそのような新奇電子状態を創出する性質を有するAl配列場のモデルの最適化を行い、既存金属の電子状態を操るための具体的な担持体設計指針を得た。そして、この成果に基づき、ゼオライト中のAl配列を高度に設計するゼオライト合成技術を確立し、利用すれば、既存金属の新奇電子状態を様々に創出し、既存金属の新化学の展開ならびにゼオライトへの新物性賦与が可能であることを提案した。27年度が最終年度であるため、記入しない。12族元素である亜鉛の酸化数は一般的に+2または0である。+1の酸化数を示す亜鉛化合物が形成された例はほとんどない。2004年にCormonaらによって、初めて、安定な一価亜鉛イオンの錯体(decamethyldizincocene)の単結晶が合成されたけれども、今でも尚、一価亜鉛イオンの化合物の形成例は非常に少ない。また、一価亜鉛イオンの形成機構や反応性、光応答性に関する研究例は全くなく、電子状態の特徴に関する知見もほとんどない。つまり、一価亜鉛イオンの化学はほとんど発展していない。本研究課題では、MFI場を用いて安定な一価亜鉛イオンを創製し、それの状態や物性を解明し、一価亜鉛イオンに関する無機化学の発展に貢献することを目指した。以下に今年度の研究成果を記す。亜鉛イオン交換MFI型ゼオライト(ZnMFI)を573Kで水素処理することで、水素活性化サイトとして働くZn^<2+>が安定に原子状亜鉛に還元されることを発見した。そして形成した原子状亜鉛の電子状態を紫外光で励起することによって、長寿命の三重項励起状態を経て、原子状亜鉛が安定な常磁性一価亜鉛に酸化されるといった新奇な現象を発見した。MFI中に形成した常磁性一価亜鉛は室温でさえも酸素分子と化学反応し、超酸化物(O_2-)を形成するといった特徴をもつこと、そしてその超酸化物はメタンを室温近傍でメタノールに部分酸化するといった興味深い触媒能を有するということも発見した。B酸点が豊富に存在するプロトンイオン交換MFIに金属亜鉛を蒸着させるだけで、超安定な一価亜鉛イオンの二核種(Zn_2^<2+>)を創製できることも発見した。そして、それの形成機構・電子状態を明らかにした。加えて、同様の手法を用いて、亜鉛と同族のカドミウムや類似の性質を示すとされるマグネシウムの一価イオン(それらは一価亜鉛と同様、形成困難な種である)をMFI中に安定に創製できるということも発見した。以前、我々は、MFI型ゼオライト(Si/Al=11.9)中に存在する二価カチオン交換サイト上にイオン交換されたZn2+上では水素やメタンの不均一結合開裂反応が室温または室温近傍で起ること、Zn2+に金属亜鉛ガスと接触させることにより安定なZn22+に転換させることができること、およびZn22+の磁性を光と熱で制御可能であることを発見した。即ち、特異MFI場を利用することで亜鉛イオンに新しい物性を賦与することができることを見いだした。しかし、亜鉛イオンの状態を制御するMFI場の性質を明らかにすることはできていなかった。そこで、私は、Zn2+の活性と二価カチオン交換サイトのAl配列との関連性をDFT計算で検討した。様々なAl配列場上にイオン交換されたZn2+の状態を計算で再現し、Zn2+の活性のAl配列依存性を評価した結果、二価カチオン交換サイトのAl-Al距離と曲率によってZn2+の活性が制御されることがわかった。即ち、Zn2+の活性はAl配列によって制御されることが示された。特異MFI場を利用すれば亜鉛イオンの状態を制御することが可能であることが明確に示されたため、最近、他の金属イオンの状態制御も可能であるかどうかを検討している。その過程で、二価コバルトイオン交換MFI中の[Co-O-Co]2+を2 Co+にCO還元できること、それらの上ではO2が室温で開裂し2 [Co-O]+が形成すること、形成した2 [Co-O]+上ではCOの酸化反応が室温で起ることを見いだした。即ち、特異MFI場を利用すればCO酸化触媒反応に対して活性なCo+種を創製可能であることが実験で示された。亜鉛イオン交換MFI中で起る、新奇な現象(室温近傍における水素、メタン、エタン、プロパンの活性化および一価亜鉛イオン転換反応)の起源を計算で明らかにすることに成功した。

即ち、亜鉛イオンの物性は二価カチオン交換サイトのAl-Al距離とCurvatureによって制御されることを明らかにした。Al配列とイオン交換金属の活性との間に密接な関係があることは認識されていたけれども、本研究のように明白に金属イオンの活性に影響を及ぼす因子を特定することに成功した例はなく、本研究成果は、新物質デザインのためにも極めて重要であり、その学術的な位置づけは極めて高く、意義深い。加えて、MFI場を利用すれば形成例が少ないCo+を安定にMFI中に創製し、触媒として利用可能であることも見いだしており、これらは無機化学や触媒化学の発展に貢献する成果であると認識する。以上のことを踏まえ、今年度の研究進歩状況について「当初の計画以上に進展している」と、評価した。27年度が最終年度であるため、記入しない。近年、ゼオライトのAl配列はゼオライト合成条件に依存することがDedecekやPinarらの研究グループにより示されている。現在、彼らの研究を参考にし、Al配列が異なるゼオライトを合成し、二価カチオン交換サイトの性質を制御可能であるか、そしてそれらを利用してZn2+の活性を制御可能であるかを実験で検討している。また、Zn2+の活性を引き出すAl配列を実験で特定することを目指し、Zn2+やZn22+をプローブにしたX線粉末構造解析を実施する(7月に予定)。ゼオライトの種類やSi/Al、コバルトイオン導入法等を変えることにより、活性Co+種の状態や量を制御できるかどうかを検討している。加えて、X線吸収微細構造スペクトル測定をPFで行い、活性点の電子状態や構造に関する知見を収集する予定である(6月に予定)。これらの実験結果を基に、DFT計算で、活性点のモデル化および触媒反応サイクルの再現を行い、触媒反応の機構やMFI場の役割に関する知見を得る。「一価亜鉛イオンの形成機構と物性」を実験と計算の両観点から議論し、それらをまとめた論文は専門家から高い評価を受けた(JACS採択)。きらに、一価亜鉛イオンをより多く創製する手法を確立し、且つ固体表面(MFI)上に形成する一価亜鉛イオン特有の物性も発見した(未発表)。加えて、同様の手法を用いて、非常に珍しい常磁性一価マグネシウムイオンやカドミウムイオンを安定に創製できることも発見し、研究を発展させることに成功した。上述した研究成果は、新たな無機化学を開拓するポテンシャルを秘めたものであると認識し、今年度の研究目的の達成度を「1当初の計画以上に進展している。」と、自己評価した。一価亜鉛イオンの物性、特に反応性に関する知見を得ることを目指す。現在、一価亜鉛イオンが低温でメタン部分酸化反応やNOx分解反応を触媒することを明らかにしているが、反応過程での一価亜鉛イオンの役割にっいて深く理解できていない。そこで、今後、種々の分光機器を利用した測定によって反応過程での一価亜鉛イオンの状態変化を追跡し、一価亜鉛イオンの役割に関する知見を収集する。そして、計算の立場から一価亜鉛イオンの反応性の起源を明らかにする。上述したように、最近、非常に珍しい常磁性一価マグネシウムイオンやカドミウムイオンをMFI上に創製できるということも発見した。一価亜鉛イオンに限らず、それらの形成機構や物性に関する知見も収集し、新しい無機化学を開拓することも目指す。
骨組織の発生、分化に関与する新規転写因子群の同定およびその発現調節と機能

骨組織の形成機構の分子メカニズムを明らかとするためには、骨において発現が認められ、骨分化マーカー遺伝子の発現を調節する転写因子(Runx2/Cbfa1、Scleraxis等)およびその発現調節因子(BMP、FGF等)、骨形成の場を構築している骨基質蛋白(コラーゲン、オステオポンチン等)が時間空間的にどのようなネットワークを形成しているかを明らかにする必要がある。その考えから、骨形成に関与する新規転写因子の同定とその発現調節および分子機能の検索および骨形成ならびに骨の恒常性の維持に異常が見られるノックアウト、ノックダウンマウスモデルの解析を行っている。平成12年度の研究においては、マウス発生初期においてRunx2の前に発現が見られる新規Runx転写因子を単離し、その発現解析から、骨組織および骨芽細胞において高発現していることを明らかにした。さらに骨芽細胞が骨を形成する上で、自分自身が作る細胞外マトリックスのシグナルを受けて三次元的に骨を構築・再生することが推測されているが、その分子メカニズムは明らかでなかった。そこで転写活性を持ち、細胞外マトリックスへの接着のシグナルを伝える新しい遺伝子CIZの骨芽細胞における機能解析を行い、そのコラーゲン遺伝子に対する制御機構を明らかにした。細胞外マトリックス分子のシグナルの解析では更に、Osteopontinのノックアウトマウスを用い、機械的な刺激が骨の形成に関わる根幹となる分子の一つがOsteopontinであることを初めて明らかにした。更に骨芽細胞におけるBMPの制御機構を解析し、新しい細胞内分子TOBがBMPのインビトロのみならず、生体内での機能の制御に必須であることを解明した。
人工関節摺動材ZrO_2表面処理Zr-2.5Nbの耐摩耗試験

摩耗試験結果)1.腐食電位変化.チタン合金とPEでは始め-0.2Uと落ちついているが摩耗後3時間で大きく変動し,この状態が続いた.アブレシブ摩耗が継続されてしまった.チタン合金とPOMでは初め変動が激しいが16時間摩擦後より電位は安定した.チタン合金とPEEKでは初め電位は大きく変動するが摩擦後16時間にて安定状態を持続した。SUS316L.Co-28Cr-6MoとPEではわずかに電位の変動はあるが比較的安定していた.Zr-2.5NbとPEでは電位は非常に安定していた.2不動態膜形成時間.SUS316L:36.3±8.2分,Ti-6Al-4U:8.2±2.9分,Co-28Cr-6Mo:12.7±2.4分,Zr-2.5Nb:13.8±4.5分.チタン合金の修復能は比較的優れたいた.ジルコニア合金のみが30分間の摩耗に耐えた.3金属表面あらさおよびPE摩耗量.Ti-6Al-4Uでは18.02mumと非常に高く耐摩耗性は最悪であり,PE摩耗量0.0359g,表面には黒色摩耗粉がめり込んでいた。Co-28Cr-6Moでは0.36mumPE摩耗量0.0004g,SUS316Lでら0.34mum,PE摩耗量0.0280g,と金属表面は軽いスクラッチ痕を認めた.Zr-2.5Nbでは0.00mum,PE摩耗量0.0000g,表面にPE移着膜を認めスクラッチ痕もみとめず耐摩耗性に優れていた.メタン合金は電気化学的に安定で,他のインブラント材料に類を見ない優れた耐食性を示すが耐摩耗性については最悪であった。ZrO_2表面処理したZr-2.5Nbは耐摩耗性について他の金属に比べ高く、インブラントしゅう動材として優れている.腐食電位測定は金属表面のあれ状態を敏感に反映し、不動態膜の維膜の維持能を評価するのに適している.摩耗試験結果)1.腐食電位変化.チタン合金とPEでは始め-0.2Uと落ちついているが摩耗後3時間で大きく変動し,この状態が続いた.アブレシブ摩耗が継続されてしまった.チタン合金とPOMでは初め変動が激しいが16時間摩擦後より電位は安定した.チタン合金とPEEKでは初め電位は大きく変動するが摩擦後16時間にて安定状態を持続した。ZrO_2表面処理したZr-2.5Nbは耐摩耗性について他の金属に比べ高く、インブラントしゅう動材として優れている.腐食電位測定は金属表面のあれ状態を敏感に反映し、不動態膜の維膜の維持能を評価するのに適している.
正常および脳病態下のヒトの皮質ネットワーク機構の解明

1.側頭・頭頂葉内の言語関連ネットワーク高頻度皮質電気刺激にて物品呼称と漢字・仮名読みの障害がみられた側頭葉底面言語野と側頭葉・頭頂葉外側面の後方言語野間のネットワークを検討した。側頭葉底面言語野はウェルニッケ野後方の上側頭葉後方・下頭頂葉領域と結合し、一方、狭義のウェルニッケ野はその前下方の側頭葉外側域と結合していた。側頭葉底面とウェルニッケ野後方の側頭・頭頂葉領域はともに語彙処理に関係することから、本研究で見られた両者間の結合は語彙処理ネットワークに関わっていると考えられた。2.てんかん原性に関わる皮質間ネットワーク(1).限局性皮質異形成は難治部分てんかんの主要な病因として近年注目されている。てんかん焦点の単発電気刺激により周囲の皮質より記録されるCCEPを指標として、発作起始前後の焦点皮質の興奮性の変容を検討した。発作起始時には焦点内および隣接皮質との機能的連結が亢進するが、その後の発作進展時には皮質間の結合性は低下することを明らかにした。(2)難治部分てんかんでは、てんかん性放電が皮質間結合を介して遠隔領域に波及し2次性てんかん焦点が形成されると想定されているが、その礎となる皮質間ネットワークの存在はin vivoでヒトでは証明されていなかった。前頭葉てんかん患者で、上縦束を介した双方向性ネットワークにより2次性焦点が頭頂葉に形成されたことを明らかにした。それぞれ国内ないし国際学会で成果報告して、現在投稿隼備中である。単発皮質電気刺激により皮質間ネットワークを介して近接・遠隔の皮質から記録される皮質誘発電位(Cortico-Cortical Evoked Potential:CCEP)の手法を用いて、本年度は正常ネットワークとして、1)高次運動およびてんかん発作の運動症状の理解に重要な外側・内側の運動野間のネットワーク、2)行為遂行、失行の病態生理に重要な頭頂葉・前頭葉皮質間のネットワークを検討した。1)では、本研究により外側・内側運動前野間の吻尾方向に対応した皮質間ネットワークの存在がヒトで初めて示された。外側・内側運動野間の大多数の皮質間結合には相反性があり、機能的には対応する身体部位の運動野間の連結が見られた(投稿中)。2)では、中心溝より近位および遠位の領野間が一部分散して頭頂葉から前頭葉へとネットワークを形成していた(学会発表)。病態下でのネットワークとして、CCEPによるfunctional tractographyを用いて、足の一次感覚運動野に位置する皮質異形成内で一次体性感覚野(SI)から運動野(MI)への機能的連結が証明され(病変内に共存する正常ネットワーク)、実際にてんかん性放電の伝播経路となっていた。本症例では、SIのてんかん焦点刺激によりMIから記録されるCCEPを指標に、皮質対電気刺激法を施行し、焦点の皮質興奮性を対照の手の感覚野と比較検討した。焦点では、発作間欠期には対照皮質に比べ亢進していた皮質内抑制が、部分てんかん発作開始時には破綻し皮質興奮性が増大していた(論文報告)。またSIに病変が局在する患者では、SIからMIへのネットワークの障害のため一次感覚運動野の発作発射で対応する身体部位に限局するてんかん性単麻痺が出現しうることを報告した(論文報告)。拡散強調画像を用いた解剖学的連関の解析については、3テスラMRIを用いた81軸の傾斜磁場によるprobabilistic tractographyの測定・解析の予備研究を行い、来年度にCCEPの手法と組み合わせて、機能・解剖の両面から正常・病態下のネットワークを解析予定である。単発皮質電気刺激により皮質問ネットワークを介して近接・遠隔の皮質から記録される皮質誘発電位(Cortico-Cortical Evoked Potential : CCEP)の手法を用いて、昨年度に引き続き、高次運動およびてんかん発作の運動症状の理解に重要な外側・内側の運動野間のネットワークについてデータ解析を行い、その成果を国際学術誌に報告した(Matsumoto et al.,Brain 2007)。このCCEPの手法を用いて、前方・後方言語野間の双方向性の機能的連結をin vivoで明らかにしてきたが(Matsumoto et al.,Brain 2004)、近年、拡散強調画像によるトラクトグラフィーの手法を用いて、その解剖的礎となる弓状束の存在が生体脳で明らかにされた。言語機能の特徴として、大脳半球間での機能分化が挙げられるが、本年度はこの機能分化の解剖的基礎となる弓状束の非対称をトラクトグラフィーにより明らかにした。和田テストで言語優位半球が確定され、弓状束に病変がない症例で、前頭・頭頂葉間(FP fiber)と前頭・側頭葉間(FT fiber:狭義の弓状束)の線維束を描出し、半球間差を統計学的に検討した。FT fiberのみ半球間差(言語優位半球でより明瞭)が存在し、言語機能との関連が示唆され、非侵襲的な言語優位半球の同定に役立つ可能性がある。病変が言語優位半球に存在する場合は、非優位半球に位置する場合より弓状束(FT fiber)の側方性が小さくなり、病変による言語ネットワークの変容(可塑性)を反映しているかもしれない。国際学会で成果発表し、現在投稿中である。今後、海馬硬化など単一病態での検討を予定している。また、本年度はCCEPによる機能的連関とトラクトグラフィーによる解剖学的連関を同一患者で施行することにより、機能・解剖の両面からの複合的なネットワークの解析に着手した。

現在、後方言語野と側頭葉底面言語野間の言語ネットワークと2次性てんかん原性獲得に関わる皮質問ネットワークに焦点をあてて研究に着手している。1.側頭・頭頂葉内の言語関連ネットワーク高頻度皮質電気刺激にて物品呼称と漢字・仮名読みの障害がみられた側頭葉底面言語野と側頭葉・頭頂葉外側面の後方言語野間のネットワークを検討した。側頭葉底面言語野はウェルニッケ野後方の上側頭葉後方・下頭頂葉領域と結合し、一方、狭義のウェルニッケ野はその前下方の側頭葉外側域と結合していた。側頭葉底面とウェルニッケ野後方の側頭・頭頂葉領域はともに語彙処理に関係することから、本研究で見られた両者間の結合は語彙処理ネットワークに関わっていると考えられた。2.てんかん原性に関わる皮質間ネットワーク(1).限局性皮質異形成は難治部分てんかんの主要な病因として近年注目されている。てんかん焦点の単発電気刺激により周囲の皮質より記録されるCCEPを指標として、発作起始前後の焦点皮質の興奮性の変容を検討した。発作起始時には焦点内および隣接皮質との機能的連結が亢進するが、その後の発作進展時には皮質間の結合性は低下することを明らかにした。(2)難治部分てんかんでは、てんかん性放電が皮質間結合を介して遠隔領域に波及し2次性てんかん焦点が形成されると想定されているが、その礎となる皮質間ネットワークの存在はin vivoでヒトでは証明されていなかった。前頭葉てんかん患者で、上縦束を介した双方向性ネットワークにより2次性焦点が頭頂葉に形成されたことを明らかにした。それぞれ国内ないし国際学会で成果報告して、現在投稿隼備中である。
転写・翻訳反応のＱＣＭ法による時空間的解析

本研究の目的は、微量天秤として知られる水晶発振子マイクロバランス(QCM)をバイオセンサーとして用い、生体内タンパク質合成反応である翻訳反応の定量的な解析および機構解明を行うことである。従来ではこうした翻訳反応の研究ではラジオアイソトープでラベル化されたアミノ酸を用いて生成したタンパク質量を電気泳動法で確認するといった手法が用いられており反応の「その場」観察は困難であったが、QCM装置を適用することで生成した産物の「その場」観察が可能になると期待できる。昨年度までに、センサー表面上に固定されたレセプター分子により翻訳反応でリボソームから生成されたタンパク質を補足し、その生成量を質量増分として定量的にモニターできること、その翻訳速度は1分間に11アミノ酸程度であることを明らかにしてきた。本年度は、翻訳反応の律速段階であると言われている翻訳開始過程の機構を明らかにすることを目指し、mRNA上に結合しまた一方で迅速にスライドしなければならないリボソームの相反するmRNAとの相互作用において、翻訳量を増加させることが知られているRNA上の特異な翻訳増強配列が翻訳開始時にリボソームをmRNAから解離しやすくし、スムーズにペプチド伸長過程へと移行させていることを明らかにした。これは本研究の特色であるQCM装置の「その場」観察が可能な利点を活かし翻訳反応の詳細な動的観察から初めて明らかにされたことであり、米国化学会誌(JACS)にその成果を発表した。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、水晶発振子マイクロバランス(QCM)法を用いて翻訳反応を行い、翻訳の動力学解析を行うことである。ストレプトアビジンを固定化したQCMセル内に開始因子(IF)、成長因子(EF)、tRNAやアミノ酸やtRNAアミノアシル化酵素を入れ、これにmRNAを加えるとセル内で翻訳が始まることを確認した。このときmRNAの開始コドンのすぐ下流に目的タンパク質をコードする配列(例えば緑色蛍光タンパク質GFPなど)、ストレプトアビジン結合ペプチド(SBP)をコードする配列を入れておけば、翻訳が進むにつれてタンパク質、続いてSBPがリボソームから顔を出し、SBPがQCM基板上のアビジンに特異的に結合し、QCMで質量が増加することが観察され、翻訳が進んでいることが確認できた。翻訳が平衡に達した後で解離因子(RF1)を加えるとリボソームがペプチドから離れて質量が減少して、基板上にはタンパク質とペプチドの質量分だけ残ることわかった。最初の振動数減少(質量増加)は翻訳の速さを反映し、目的タンパク質の分子量を増加させるに従って「翻訳の遅れ」が観察されることもわかった。この翻訳の遅れから」翻訳速度が算出され、この系では10アミノ酸/秒と算出された。これは世界で初めて翻訳速度がその場測定できた例である。また、目的タンパク質をコードするタンパク質の配列の中にレアコドンを導入すれば「翻訳の遅れ」として観察されることも確認でき、レアコドンがあるときは翻訳速度が5アミノ酸/秒に低下することもわかった。これらの結果から、本手法は翻訳速度を求める優れた方法となることが明らかになった。