hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アフリカにおける理科と数学を関連付ける指導法の開発

多くの開発途上国では,理科と数学の達成度の低さが科学技術立国を目指す上での課題であるとし,理数科教育の質的向上に取り組んでいる。そこでは,コンピテンシーに基づく教育改革の流れも受け,理科と数学の関連付けが重視されている。申請者はこれまで,理科と数学を関連付ける目的及び方法の対応関係を明らかにするとともに,調査法との対応関係についても考察してきた。その結果,従来の調査法だけでは不備があること,またザンビアの生徒が理科と数学を関連付けることができていないことが明らかとなった。さらに平成29年度には,アメリカにおけるSTEM教育の事例や国内の探究学習の先行事例から,理科と数学を関連付ける方法や評価の在り方について考察した。平成30年度では,アフリカの生徒の実態把握調査として,第12学年の生徒91名に対して調査を行った。調査問題は全国統一テスト及び教科書を参考に,出題の文脈は理科と数学で異なるが,数値と解法は同一の問題を作成した。その際,共通する内容として関数概念に着目した。調査の結果,12問中7問において文脈依存性が認められた。生徒の解答分析から,理科の文脈においては生徒が横の関係に気付き,数学の文脈においては縦の関係に気付くことが明らかとなった。その成果は国際学会において発表予定である。また、国民学校理数科に着目し教授法の具体化を試みるとともに,国際バカロレアにおける「知の理論」(TOK)に着目し,教授法への示唆を得た。今後は本研究の成果を踏まえ,理科と数学を関連付ける教育プログラムを開発する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。そこで本研究では,考え方の統合プロセスによる関連付けの調査法を明らかにし,理科と数学を関連付ける4つの方法における生徒の実態把握調査から,理科と数学の関連付けを促す指導法を開発するものである。この目的を達成するために,以下3点を実施する。(1)パフォーマンス評価に着目し,考え方の統合プロセスによる関連付けの調査法を開発する。(2)概念地図法,文脈依存性の調査,パフォーマンス評価を実施し,その結果及び包括的分析から生徒の困難性を浮き彫りとする。(3)これら調査結果を踏まえて,理科と数学の関連付けを促す指導法を開発する。平成29年度は理科と数学の関連付けの調査法を開発するために,下記3点を実施した。(1)アメリカにおけるSTEM教育研究から,理科と数学を関連付ける方法及びその評価法について概括した。その内容は「アフリカ教育研究」に論文として発表した。(2)アフリカにおける我が国の理数科教育協力の実践と理数科教育開発研究の動向を調査し,その成果は「科学教育研究」に論文として発表予定である。(3)国内の先行実施校の実態把握調査から,探究的な学習における資質・能力の育成と評価の在り方について考察し,その内容を論文として発表した。平成29年度の目的である理科と数学の関連付けの調査法開発に向けて,STEM教育,開発途上国における理数科教育開発研究,国内の先行事例の3側面から研究を進めている。また,現地調査を実施する際の研究協力者及び調査実施校を決定することができた。しかしながら,当初予定していた現地調査が行えなかった。現在,現地協力者及び調査実施校と連絡を取り,今後の調査に関しての話し合いを行っている。

STEM教育,開発途上国における理数科教育開発研究,国内の先行事例の3側面から進めてきた研究成果及び,アフリカの生徒への現地調査を通して,考え方の統合プロセスによる関連付けの調査法を開発する。その後,各調査法を用いた理科と数学の関連付けの実態把握調査を実施し,理科と数学の関連付けを促す指導法を開発する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
数学教育における教育関係のキーワードの選択とそのシソーラスの開発研究

本研究の目的は、1初等・中等教育における数学教育の用語を可能な限り収集し、2その中から特に教育関係、すなわち数学教育に固有なキーワードを選択して、それを階層順序に整理することにあった。まず、シソーラスやその作成に関する文献、すでに開発されているシソーラスなどを参考にして、シソーラスについての理解を深めた。1の目的に対しては、研究代表者、分担者、協力者による会合を開き、用語収集のための文献について検討し、これまでこの研究メンバーが携わってきた日数教掲載記事要録、数学教育に関する用語集・辞書・事典、数学教育に関する図書で索引がついているもの、数学教育に関する雑誌で索引やキーワードがついているもの等からできるだけ多くの用語を収集することにした。この結果をもとにして、メンバーが分担して文献から用語の収集を行なった。2の目的に対しては、収集した用語を大項目に分類することによって、分類先のない用語、複数の項目に分類できる用語、キーワードとしては不適当と考えられる用語等を明らかにして、それらの問題点を解決できるよう項目名を改訂していくと共に、大項目から徐々に樹形図の枝をのばしていき、シソーラスを造りあげていくという方法を用いてシソーラス案を作成した。また収集した用語すべてをこのシソーラスに従って分類した結果を、用語の五十音順と分類番号順に並べた用語一覧表を作成した。なお、本研究の内容をまとめた報告書を作成した。
ツメガエル発達過程における化学物質の動態変化と環境毒性影響

医薬品による水環境汚染は水生生物に毒性影響を与える可能性がある。医薬品アミオダロンはオタマジャクシの自然変態を抑制した。これは、アミオダロンが自然変態を制御する甲状腺ホルモン系を阻害すること、アミオダロンの生体内への高い蓄積性によるものと考えられた。さらにオタマジャクシの発達において、肝臓中の薬物代謝酵素の発現量が変動することが分かり、また一部は甲状腺ホルモンによって制御している可能性も示唆された。これらは、生体内への化学物質の蓄積と毒性を調べる上で重要な知見となる。医療用医薬品である「抗不整脈薬アミオダロン」は、病院排水から環境中に流入し生物に影響を与える可能性がある医薬品でもある。アミオダロンを水生生物であるオタマジャクシに曝露させたところ、オタマジャクシのカエルへの自然変態、尾部短縮、後肢伸長の抑制が観察された。オタマジャクシからカエルへの変態は、甲状腺ホルモンが制御していることが知られていることから、この現象は、アミオダロンによる甲状腺ホルモン系の撹乱がその原因であると考えられた。オタマジャクシの肝臓中におけるアミオダロンを測定したところ、水槽中曝露濃度の300-1000倍高い濃度で蓄積されていた。アミオダロンのオタマジャクシへの高い移行性、蓄積性も大きな要因のひとつであると考えられる。オタマジャクシ(発生段階ステージ57, 59)におけるアミオダロンの肝臓への移行性、蓄積性は高いものであったが、カエル成体の肝臓中アミオダロン濃度は、オタマジャクシより低い結果であった。これは、体外への解毒、排泄に関わる薬物代謝酵素による代謝活性もしくはトランスポーターによる排泄活性がオタマジャクシよりカエルの方が高いことなどが想定された。薬物代謝酵素であるチトクロームP450やグルクロン酸抱合転移酵素の典型基質を用いて、オタマジャクシ、仔カエルや成体カエルの肝臓ホモジネートで代謝活性を調べたところ、概ね生体カエルの方がオタマジャクシにくらべ代謝活性が高いことが分かった。今後、カエルに発現する薬物代謝酵素の発現量の差異についても検討していく。また、アミオダロン以外にも生体への蓄積に伴って毒性を示す環境化学物質の探索も引き続き行っていく予定である。医療用医薬品である「抗不整脈薬アミオダロン」は、病院排水から排出される医薬品の中で最も生物に毒性影響を与える可能性があるとされている。アミオダロンを水槽中からオタマジャクシに曝露させたところ、オタマジャクシからカエルへの自然変態、尾部短縮、後肢伸長の抑制が観察された。この自然変態は甲状腺ホルモンが制御していると言われており、アミオダロンがオタマジャクシ生体において、抗甲状腺ホルモン作用を示した可能性がある。カエル甲状腺ホルモン受容体を介した作用を評価するためのレポータージーンアッセイにおいてアミオダロンを評価したところ、甲状腺ホルモンであるトリヨードサイロニンT3共添加において、アンタゴニスト活性を示した。アミオダロンをオタマジャクシに曝露後の肝臓中濃度は、水槽中曝露濃度に比べ非常に高い濃度であり、アミオダロンの生体内蓄積も毒性影響に起因しているものと考えられた。一方、仔カエル、カエル成体にもアミオダロンを曝露させたところ、オタマジャクシ肝臓より低い濃度であった。このことから、オタマジャクシ、仔カエル、成体カエルのアミオダロンの蓄積の違いは、薬物代謝酵素の発達変化が原因の一つとして考えられた。実際、肝臓中のNADPH P450reductaseやCYP3AのmRNA発現は仔カエル、成体カエルの方が高かった。オタマジャクシの自然変態の過程において、甲状腺ホルモン濃度が高くなることから、甲状腺ホルモン自身が薬物代謝酵素を制御している可能性もある。カエル由来の細胞に甲状腺ホルモンを曝露させたところ、CYP1Aの活性が上昇した。また、PXRアゴニストを曝露させるとCYP3Aの活性が上昇した。引き続き、カエル発達過程におけるアミオダロン蓄積の違いの要因を薬物代謝酵素だけでなく、トランスポーターなど吸収、分布、排泄の違いも考慮に入れて精査し、その発現メカニズムを解明していく。オタマジャクシ、仔カエル、カエル成体の肝臓において発現する薬物代謝酵素の代謝活性だけでなく薬物代謝酵素やその発現を制御する核内受容体のmRNA発現量変化についても評価した。また、カエルの培養細胞を用いて、薬物代謝酵素の発現変化の鍵となる因子の探索している。その中で、アミオダロンの蓄積変化は薬物代謝酵素の発現変化だけでは説明できないデータも得られており、代謝だけでなく、吸収、分布、排泄機構の発達変化、アミオダロン自身の抗甲状腺ホルモン作用も考慮に入れる必要性があることが示唆された。医療用医薬品として用いられる抗不整脈薬「アミオダロン」は、病院排水を介して排出され、水生生物に高い毒性影響を与える可能性があるとされる。アミオダロンを水槽中からオタマジャクシに曝露させたところ、オタマジャクシからカエル成体への自然変態、尾部短縮、および後肢伸長の抑制が観察された。カエルへの発達は内在性の甲状腺ホルモンが寄与していると言われていることから、アミオダロンによる自然変態、尾部短縮、および後肢伸長の抑制は、甲状腺ホルモン系を阻害したことによるものと考えられた。実際、アミオダロンは甲状腺ホルモン受容体を介した活性を阻害したこと、さらにはオタマジャクシ肝臓中のアミオダロン濃度が水槽中曝露濃度に比べ非常に高い濃度で蓄積していたことがその要因と考えられた。

アミオダロンの肝臓中の蓄積は、カエル成体に比べオタマジャクシが高い結果であったが、これはアミオダロンの解毒に関わる薬物代謝酵素の発達変化が原因のひとつとして考えられた。オタマジャクシからカエル成体にかけて肝臓中に発現するチトクロームP450(CYP)の中には発現量が異なるものが観察された。この発現変動には甲状腺ホルモンが制御している可能性もある。カエル由来の細胞を用いたin vitro実験から、CYP1Aが甲状腺ホルモン依存的に発現が増加する可能性が示唆された。アミオダロン曝露によるCYP発現変動を評価したin vivo研究と合わせて考えると、アミオダロンの抗甲状腺ホルモン作用によりその発現量が低下し、アミオダロンの代謝が間接的に阻害された結果、肝臓中に高い蓄積性を示した可能性がある。ヒトでは新生児期に甲状腺ホルモン濃度が上昇することが知られている。カエルを用いた評価は水環境毒性の評価にとどまらず、ヒト新生児期の化学物質毒性影響評価にもつながる可能性もある。医薬品による水環境汚染は水生生物に毒性影響を与える可能性がある。医薬品アミオダロンはオタマジャクシの自然変態を抑制した。これは、アミオダロンが自然変態を制御する甲状腺ホルモン系を阻害すること、アミオダロンの生体内への高い蓄積性によるものと考えられた。さらにオタマジャクシの発達において、肝臓中の薬物代謝酵素の発現量が変動することが分かり、また一部は甲状腺ホルモンによって制御している可能性も示唆された。これらは、生体内への化学物質の蓄積と毒性を調べる上で重要な知見となる。アミオダロンを曝露させたオタマジャクシ、仔カエル、カエル成体の肝臓中蓄積濃度の違いのひとつに、肝臓における薬物代謝酵素活性の差異によるものが考えられ、実際、チトクロームP450やグルクロン酸転移酵素の典型基質を用いた代謝活性評価において期待される結果を見出すことができた。生体への蓄積に伴う甲状腺ホルモン撹乱作用を惹起するアミオダロン以外の環境化学物質もin vitro評価の中で探索している。代謝だけでなく、吸収、分布、排泄機構の発達変化の寄与を考察するため、排泄が代謝型で、かつ分布容積が小さいことが知られる化学物質を曝露して、その曝露量の発達変化を追跡していく。また、薬物代謝酵素の誘導剤とアミオダロンを共曝露させ、蓄積への影響をみる。さらには、オタマジャクシ、仔カエル、カエル成体にアミオダロンを曝露後の肝臓での酵素活性や遺伝子発現を評価することによって、アミオダロン自身に抗甲状腺ホルモン作用による薬物代謝酵素変動の影響も見ていく。衛生薬学オタマジャクシ、仔カエルおよびカエル成体での肝臓の代謝活性の差異は、薬物代謝酵素発現量の差異によるものかどうか、mRNAやタンパク発現量も評価する。また、発現量に違いがみられた場合、それを制御すると考えられる核内受容体の発現量などの違いも精査していく。生体への蓄積に伴う甲状腺ホルモン撹乱作用を惹起するアミオダロン以外の環境化学物質もin vitro評価の中で探索しながら、平行して薬物代謝酵素の典型基質をオタマジャクシ、カエルに曝露後の肝臓中蓄積濃度や代謝物生成を調べることで、in vitroで見られた現象をin vivoにも反映するかどうか検証する。
患者分配価値の測定にもとづく医療管理会計論の構築

次の点を主要な研究対象とし,財務諸表とくに損益計算上の利益と医業活動とのつながりを理論的に明示した。(1)患者分配価値の定義とその測定・評価問題の考察(2)医業収益と患者分配価値と病院分配価値との間に在るあらゆる関連性の考察(3)病院の公益性・経営効率の測定(4)管理会計情報としての医療付加価値分配表をベースとした医療管理会計論の構築次の点を主要な研究対象とし,財務諸表とくに損益計算上の利益と医業活動とのつながりを理論的に明示した。(1)患者分配価値の定義とその測定・評価問題の考察(2)医業収益と患者分配価値と病院分配価値との間に在るあらゆる関連性の考察(3)病院の公益性・経営効率の測定(4)管理会計情報としての医療付加価値分配表をベースとした医療管理会計論の構築1.平成18年度研究目的(1)マーケティング的視点と会計的視点とを融合した患者分配価値の定義マーケティングによる定義:患者分配価値=ベネフィット/治療費(もしくは診療報酬)会計的定義:患者分配価値=医業収益-病院分配価値上記2式の整合性をはかり,患者分配価値の定義づけを第3の視点から行う。(2)患者分配価値の測定評価方法の確立測定式:患者分配価値(医業費用)=一般医療コスト+期待医療コスト+拡張医療コスト+潜在医療コスト+付随する減価償却費2.平成18年度研究計画実施概要上記2つの研究目的を遂行するために,まったく特色を異にする下記3病院を訪問した。(1)国立大学法人旭川医科大学(同大学付属病院)(北海道旭川市)(2)医療法人医仁会武田総合病院(京都府京都市)(3)特定医療法人社団松涛会安岡病院(山口県下関市)それぞれ,国立大学付属病院,民間総合病院,慢性期医療を専門とした総合病院という特色を有している。これに付随する研究として,地域医療環境の調査のため,次の3つの自治体を訪問した。(1)旭川市役所,(2)沖縄県庁,那覇市役所,(3)東京都庁3.研究成果医業費用の支出と患者満足度との関係の調査に有効な多くの財務データを入手できた。現在,データ分析の進行中であるが,医療サービスの本質を正確に見極めるための貴重な成果が期待できると感じている。訪問した病院のデータに対して,患者分配価値として,最も多くの価値を創造している医業費用を,調査した病院ごとに比較して,どのような科目・費目が,医療サービスにおける製品階層概念への価値創造に貢献しているかについて,興味ある研究成果が得られている。価値を生む費目,生まない費目の再評価を現在実施中であり,削除すべきもの,あるいは,さらに価値を生むように工夫を施すもの等,医業費目に対して,科学的見地から評価している。協力先医療機関に対して,順次,成果の還元を検討中である。平成19年度の2つの研究テーマに関して,次のように研究活動を行った。テーマ1:医業収益,患者分配価値および病院分配価値の相互関係の解明医業収益と患者分配価値と病院分配価値との間の関係を概念的にとらえると,(1)医業収益=f(患者分配価値)(2)病院分配価値=医業収益-患者分配価値となる。国内病院を対象とした実態調査によって,この3変数間の関係を実証的に明らかにすることを試みた。医療過誤,患者満足度,地方における医師不足の問題等々の本質を測定する重要な指標となることが,文献調査,地域医療調査の結果明らかになったと考える。ただ,主観的要素の高い患者の満足度の調査には,一定の課題が残ると思われる。テーマ2:公益性・経営効率性に関する統括的評価指標の確立テーマ1の内容を理論的にとらえるならば,「医業収益増加率>患者分配価値増加率」を保つことが,理想的な病院経営であることがわかる。病院経営の公益性と健全性とを同時に測定する指標として,重要な病院評価尺度となる次の数値の意義・位置づけを,公表されている病院の財務数値に基づき,評価することを試みた。(1)患者分配率=患者分配価値/医業収益(2)病院分配率=病院分配価値/医業収益国内病院を対象に調査した結果,数値に関し,一定有効性を証左できたと考える。本年度のテーマ:管理会計情報としての医療付加価値分配表をベースとした医療管理会計論の構築本研究では,患者分配価値を,付加価値会計論とマーケティング論の双方の視点からとらえている。そして,その意義を,定量的に解明し,同時に会計的に測定可能な形で把握し,病院評価指標として活用できるようにすることを前年度(平成19年度)までの研究目標とした。そこで,研究の最終年度である平成20年度には,これらの研究結果にもとづいて,医療損益計算書や医療キャッシュ・フロー計算書に連動した医療付加価値分配表を管理会計情報として開発することを目的とした。そして,この医療付加価値計算書を活用した経営改善システムを医療管理会計論として構築したいと考えた。本研究の途上において,京都府立病院から,病院経営の改善を兼ねて,本研究への協力を申し出ていただいた。同病院に対して,聞き取りを中心とした実態調査を行い,「医業利益構造分析のための調査研究報告」を,平成20年8月および9月に,2度にわたって行い,報告書を提出した。また,同年11月には,「病院経営改革とバランスト・スコアカードの役割」と題して,病院長をはじめとする病院関係者ならびに府本庁の医事課職員に対してレクチャーをする機会をもった。

未だ道半ばではあるが,本研究によって構築される医療管理会計論は,これを活用する病院の経営健全性と医療サービスの公益性とを同時に守ることに,またそれらをさらに高めることに多大の貢献をするものと確信する。本研究をさらに発展させ,今後,研究成果を国際学会において報告するとともに,研究に協力をいただいた医療機関に対して,適宜これを還元していきたいと考えている。
難聴動物への内耳再生と機能回復

「研究目的」である様に難聴モルモットの内耳であり、聴覚機能をつかさどる蝸牛の中に、運び屋であるアデノウイルスベクターを用いて蝸牛有毛細胞の発生に不可欠で、治療遺伝子となるAtoh1を中心に蝸牛再生に必要な遺伝子を導入し、治療困難な高度感音難聴治療をいかにして行うか検討した。難聴動物はアミノ配糖体であるカナマイシンの皮下注射と利尿薬であるエタクリン酸を静脈内投与することにより作製された。本研究の結果として、Atoh1遺伝子と蝸牛発生の初期のカスケードに重要な遺伝子であるSkp2遺伝子を組み合わせて難聴モルモットに投与すると、Atoh1遺伝子単独投与よりも有意に数多くの有毛細胞の再生を認めた。その確認は電子顕微鏡やサーフェイスプレパレーションによる組織標本の観察により行われた。ここで問題が発生した。それは、カナマイシンとエタクリン酸の投与では中等度の感音難聴動物モデルしか作製できず、実際の臨床では聾に近い高度感音難聴症例が多いため、臨床に即した研究モデルとはいえないという点であった。そこで、異なったアミノ配糖体であるネオマイシンを使用して、さらに高度な感音難聴モデルを作製することに成功した。この難聴動物は蝸牛内に直接ネオマイシンを投与することによって作製された。この高度感音難聴動物にAtoh1遺伝子とSkp2遺伝子をアデノウイルスベクターによって蝸牛内に導入すると有意ではなかったが、コントロールであるアデノウイルスベクターのみの投与と比較して、蝸牛有毛細胞の再生が認められた。以上により、内耳遺伝子導入法は現代の医学で根治的治療法がない高度感音難聴において、画期的な治療であり、内耳以外の標的臓器あるいは器官にも発展する可能性がある非常に有意義な研究プロジェクトと考えられる。
EBウイルス依存性に発現変化する細胞遺伝子群の網羅的解析

本研究は、我々が独自に開発したEBV駆逐分子dominant-negative EBNA1(DNE1;Mol.Ther.,11(4):578-90,2005)を活用して、T/NK細胞ないし上皮細胞由来のEBV陽性腫瘍細胞株からウイルスを脱落させ、EBV陽性・陰性のisogenic細胞株ペアを作製し、両者の悪性度と細胞側遺伝子発現を網羅的に比較検討することで、EBVが細胞癌化に果たす機能を解明することを目的に実施し、以下の成果を得た。1.DNE1をアデノウイルスベクターにてEBV陽性T/NK腫瘍細胞株、上皮性細胞株に導入発現させたところ、数日内に大半の細胞からEBVゲノムを脱落させることに成功した。2.DNE1導入によりEBVゲノムが脱落したT/NK細胞はEBV陽性親細胞株に比べ、有意な細胞倍加時間の延長や足場非依存性増殖能の低下といった悪性増殖能を喪失、さらに一部の細胞は細胞死に陥った。つまり、細胞悪性度の差異はEBVの存否に依存することを明らかにした。3.EBV陽性のT/NK親細胞株とDNE1導入によりEBVゲノムが陰性化したT/NK細胞株を経時的にMulti-cytokine assay、GeneChipマイクロアレイにて比較解析した結果、EBV陰性化T/NK細胞株ではEBV陽性親細胞株に比しinterleukin-9を含む数種のサイトカイン産生の著明な低下を認めた。また、逆に産生が上昇したサイトカインも少数見い出された。以上の結果は、EBVが特定のサイトカイン産生促進によるautocrine機序、あるいは逆に産生抑制を介して、B細胞腫瘍だけでなくT/NK細胞腫瘍や上皮性腫瘍の発生にも深く関与することを示している。今後さらにこれらEBVに関連して発現変化するサイトカイン遺伝子の制御機構、細胞悪性化に果たす具体的分子機序について詳細に解析する計画である。EBV感染細胞から迅速かつ効率的にEBVゲノムを駆逐するユニークなシステムと、GeneChipマイクロアレイ解析法を活用することにより、EBV(EBV遺伝子)によって発現が変化する上皮細胞、ならびにT/NK細胞遺伝子群の網羅的探索、特定を目指した解析を実施し、本年度に以下のような成果を得た。2)WST-1アッセイ、軟寒天培地中のコロニー形成能を指標に検討したところ、DNE1導入細胞ではEBVゲノム脱落に一致して、有意な増殖能の低下を認めた。現在、これらEBVゲノム脱落細胞とEBV陽性の親細胞をもとに、GeneChipマイクロアレイ解析を開始、きわめて知見に乏しかった非B細胞性腫瘍の成因に果たすEBVの機能とその分子メカニズムの解明作業が進行している。さらに、テトラサイクリンによる遺伝子発現制御法にて全細胞で一斉にDNE1発現を誘導する解析系も並行して構築中であり、これを利用して、より明確な差異を出すことを試みている。本研究は、申請者らが独自に開発したEBV駆逐分子dominant-negative EBNA1(DNE1; Mol.Ther.,11(4):578-90,2005)を活用して、EBV陽性腫瘍細胞株からウイルスを脱落させ、EBV陽性・陰性のisogenic細胞株ペアを作製し、両者の腫瘍性増殖と細胞側遺伝子を網羅的に比較することで、EBVによる細胞癌化機構を解析することを目的に実施し、研究期間内に以下の成果を得た。1)DNE1をアデノウイルスベクターにてEBV陽性T/NK腫瘍細胞株、上皮性細胞株に導入発現させたところ、数日内に大半の細胞からEBVゲノムを脱落させることに成功した。

2)DNE1導入によってEBVゲノムが脱落した細胞は、EBV陽性親細胞株に比べ、有意な細胞倍加時間の延長や足場非依存性増殖能の低下などの悪性形質を喪失、あるいは一部は細胞死に陥った。3)EBV陽性のT/NK親細胞株と、DNE1導入によりEBVゲノムが陰性化したT/NK細胞株を経時的にMulti-cytokine assay、GeneChipマイクロアレイ解析にて比較検討した結果、EBVゲノム陰性化細胞株でinterleukin-9を含む数種のサイトカイン産生の著明な低下を認めた。同時に、逆に産生が上昇したサイトカインもあった。以上の結果は、EBVが特定のサイトカイン産生促進によるantocrine機序などを介して、B細胞腫瘍だけでなく、T/NK細胞腫瘍や上皮性腫瘍の発生にも深く関与している可能性を示すものであり、今後さらにこれらEBVに関連して発現変化するサイトカイン遺伝子の制御機構と、細胞悪性化に果たす分子メカニズムの詳細な解明に向け(計画中)、極めて有用な情報を得ることができたと考えられた。
ウェアラブルコンピューティングにおける視覚支援機能を持つITメガネの開発

本研究は弱視者や高齢層に対し、カメラ映像を基にした視覚の支援、視線の注目領域における環境理解等、人の支援を行うITメガネ構築のための要素技術について検討を行った。具体的には歩行者の交通事故の原因として多数を占める、交差点や横断歩道以外での道路横断における車両との追突事故を想定し、横断中の人が車両に追突されるような危険物接近状態を歩行者へ知らせるため、歩行者周囲の環境理解技術と遠方における接近車両の進行方向や速度等を推定した。本研究は、弱視者や高齢層に対し、カメラ映像を基にした視覚の支援、視線の注目領域における環境理解等、人の支援を行うITメガネ構築のための要素技術について検討を行う。今年度は、以下の項目について検討・開発を行い、成果を得た。1、視力障害補助手法の検討・開発人は比較可能な基準色がない場合、乏しい輝度変化や他色との比較については反応できず、信号等の色補正では、信号色の区分を明確にするための明暗を強調した映像提示を行う必要があることが分かった。2、環境理解手法の検討・開発走行空間における危険物認識手法として、仮想平面上での画像相関を用いた障害物検出手法を開発した。実験では仮想平面上における植栽を検知し、障害物を検出した領域には、道路境界によって相関が生じた局所領域を検出可能であった。歩行中など実時間性を確保するシステムの可能性を示すために、ステレオ法を用いた計測における距離計測を省略し、計測点を移動させることで得られる連続画像群間から空間の物体座標を測位することで、通常のステレオ法と同様の計測が可能であることが分かった。これらの基本的成果をウェアラブルコンピューティングにおける視覚支援機能を持つITメガネの実現、適用可能性も実験的に検討し、よい見通しを得た。以上の成果を基に、次年度は人の注目領域を検出、交差点等にて人の視界外における危険物接近状態を知らせるための危険物認識手法を検討・開発する。1、環境理解手法の検討・開発歩行中の視界画像から道路遠方の消失点を基にした道路領域検出および歩行者の姿勢・位置の推定手法を開発した。具体的にはHough変換と膨張処理を用いて消失点を検出し、道路境界部の複雑度を用いた道路境界線検出を行った。また消失点の中央線からのずれ量より、歩行者の姿勢を推定し、検出した道路境界線を用いての歩行者の道路上の位置を推定した。その結果、消失点検出および道路境界線を安定して検出出来れば歩行者の姿勢・位置は安定して推定可能であった。2、危険物認識手法の検討・開発歩行中の全方位画像から歩行者の進行方向・速度を推定する手法を開発した。具体的にはオプティカルフローを用い、オプティカルフローの角度と長さを投票することで歩行者の進行方向や速度を推定、その結果、投票が少数であるオプティカルフローを危険物である可能性が高いと推定した。以上の成果を基に、次年度は研究成果を複合的に用いて注目領域以外の高解像度画像取得、同画像における危険物(車など)の進行方向や速度等を計測し、危険であれば危険情報提示を行う支援システムを検討・開発する。今年度は、注目領域からの環境理解手法の検討・開発を行い、成果を得た。平成18年度に得られた遠近両画像と平成19年度に得られた視線方向と注目領域高解像度化画像を基に、同注目領域における環境理解手法を検討・開発した。具体的には、歩行者の交通事故の原因として多数を占める、交差点での信号見落としや横断歩道以外での道路横断における車両との追突事故を想定し、横断中の人が車両に追突されるような危険物接近状態を歩行者へ知らせるため、上記研究成果を複合的に用いて、人の視界である領域以外の遠方における高解像度画像を取得、同画像における車両の進行方向や速度等を推定した。その結果、カメラから車両までの距離が約70[m]と約80[m]の地点において、誤差が約1[km/h]という精度で推定できたが、車両とカメラまでの距離が離れるほど1ピクセルにおける距離の分解能が低下するため誤差が大きくなった。また道路や建築物等、歩行中の環境についても、地図データを基に歩行者が現在位置する場所から推定される仮想的な視界画像と建物形状とのマッチングによって認識、歩行者に情報提示を行う支援システムを検討・開発した。これらの基本的成果をウェアラブルコンピューティングにおける視覚支援機能を持つITメガネの実現、適用の可能性も実験的に検討し、よい見通しを得た。
情報化・高齢化社会における都市圏構造の再編と交通政策に関する総合研究

生産年齢人口の低下、高齢化、長期的低経済成長、情報化の進展などが見込まれるなかで、その社会・経済構造の変化に対応した最適な都市構造・都市交通体系の研究を行い、その現実に向けて基盤整備や運営上の政策課題を追求・提示することが当研究の目的である。研究期間の前半部では、都市経済・都市交通のデータ収集およびその把握分析をもとにして、インフラ整備を含む諸々の経済変数を取り入れた定性的分析に取り組んできた。研究期間の次の段階では、都市圏経済の連立体系モデルの構築作業を進めてきた。同モデルでは、都市圏における従業者数(労働需要)と中心都市対周辺間における通勤流動量が内生的に求められ、都市圏各地域の将来の都市構造や人口・年齢構成の推定を可能にしようとする試みをおこなった。また、これらとは別途の研究方向として、都市圏各地域間における従業地-居住地の配置とその要因についての動態的・計量的分析のためのモデルの拡張に努め、これまで形成してきたデータベースを用いて、通勤流動におけるパラメータの推定作業を行った。雇用・人口モデルと従業地-居住地モデルを連動させることで、大阪大都市圏を例として、人口配置のシミュレーションをおこなった。情報通信手段の発達や高齢化の進展など、社会経済的条件の変化が生産年齢人口、勤務形態や時間価値に及ぼす影響を考慮して、交通需要を推計するとともに、交通需要の変化と施設整備にあり方についても検討を加えた。研究期間を通じて、約15回の研究会を持つとともに、他の組織とも数回の研究会を共催した。また最終年に本研究テーマでの報告書を提出する。我が国は21世紀にかけて生産年齢人口の低下、高齢化、長期的低経済成長、情報化の強い進展が見込まれるなかで、その社会・経済構造の変化に対応した最適な都市構造・都市交通体系の研究を行い、その実現に向けて基盤整備や運営上の政策課題を追求・提示することが当研究の目的である。本年度は全メンバーの共通的課題として,将来の社会・経済構造の変化を考慮しながら、都市経済,都市構造,都市交通の現状把握につとめた。とりわけ都市圏への経済機能と人口の集中についての要因の把握と分析をおこなった。上のテーマに関して、研究代表者・分担者ならびに院生等で「都市圏構造研究会」を設け、内外の都市交通政策の動向、地域間の所得格差・労働生産性格差、都市圏への人口集中、都市圏への産業立地と公害などのテーマで6回にわたり研究会を開催した。また「交通理論研究会」と、外国文献購読の研究会を8回にわたり共催した。さらに、当研究の基盤である都市圏構造に関する、経済・交通データの収集、入力作業もを精力的に行ない、かなりのデータベースが形成された。研究メンバーは上に述べた研究活動の他に、個別的研究活動では、都市交通の効率性と規制改革についての研究で論文掲載と、国際学会での報告を行った。綿貫は、都市圏の経済量のvisualな把握に関しての研究を進めた。徳岡は、都市圏設定に関する自らの研究を、交通流動面・経済格差の面から一層深化させた。小長谷は、情報化と地域・都市についてのモデル形成を、そして藤井は、都市計画を意識しつつ、全体対個人間の組織調製モデルの研究を発展させ、それぞれ論文を掲載した。21世紀にかけて生産年齢人口の低下、高齢化、長期的低経済成長、情報化の進展などが見込まれるなかで、その社会・経済構造の変化に対応した最適な都市構造・都市交通体系の研究を行い、その実現に向けて基盤整備や運営上の政策課題を追求・提示することが当研究の目的である。本年度は、研究初年度における都市経済・都市交通のデータ収集およびその把握をもとにして、インフラ整備を含む諸々の経済変数を取り入れた都市圏経済の連立体系モデルを構築した。同モデルでは、都市圏における従業者数(労働需要)と中心都市対周辺間における通勤流動量(従業-居住パターン)が内生的に求められ、将来の都市構造や人口・年齢構成も推定可能であり、研究本来の目的達成に向けて進展が見られた。

さらに、従業地-居住地の配置についての動態的・計量的分析のための手法(サブモデル)の開発にも努め、これまで形成したデータベースを用いてパラメータの推定作業を進行させている段階である。本年度は独自の研究会を7回開催するとともに、他の研究会と3回の共催の機会をもった。研究メンバーは上に述べた研究活動への従事の他に、関連する個別的テーマでの研究活動をも深化させた。松澤は都市交通の社会的費用と混雑問題についての研究を国際学会で報告した。徳岡と綿貫は、「標準大都市雇用圏」という新たな視点から都市圏を捉え直し、都市化の進展を分析する上での1つの足がかりを築いた。藤井は都市圏集積経済の根元的なミクロ的要因である接触の経済を確率論から導出する準備として、集中と分散についての要因研究を行った。小長谷と長尾は情報通信手段の発達や高齢化の進展による時間価値の変化と居住地配置のトレンドの変化の分析をおこなった。これらの研究成果は、それぞれ論文として公表された。将来、生産年齢人口の低下、高齢化、長期的低経済成長、情報化の進展などが見込まれるなかで、その社会・経済構造の変化に対応した最適な都市構造・都市交通体系の研究を行い、その実現に向けて基盤整備や運営上の政策課題を追求・提示することが当研究の目的である。これまで本研究では、都市経済・都市交通のデータ収集およびその把握分析をもとにして、インフラ整備を含む諸々の経済変数を取り入れた都市圏経済の連立体系モデル化の構築作業を進めてきた。同モデルでは、都市圏における従業者数(労働需要)と中心都市対周辺間における通勤流動量(従業-居住パターン)が内生的に求められ、都市圏各地域の将来の都市構造や人口・年齢構成の推定を可能にしようとする試みであった。本年度は、これまでの雇用・人口推計モデルを発展させるとともに、従業地-居住地の配置についての動態的・計量的分析のためのサブモデルの拡張に努め、これまで形成してきたデータベースを、用いたパラメータの推定作業を行なった。雇用・人口モデルと従業地-居住地モデルを連動させることで、大阪大都市圏を例として、人口配置のシミュレーションをおこなった。本年度は報告書作成を目標に独自の研究会を5回開催するとともに、他の研究会と2回の共催の機会をもった。松澤は先進国シンガポールの都市交通政策についての資料収集・分析を、藤井は地域・都市経済統計データベースの作成・改善のためレビューを受けた。本年度は最終年てあり、併せて研究報告書を提出する。
南極氷床コアが示す急激な気候変動における広域拡散エアロゾルの役割

過去32万年の気候変動記録を保持している南極ドームふじ氷床コアを用い、急激な気候変動を示す氷期終末期における海陸起源エアロゾルの濃度および組成の変動を明らかにすることを目的とした。終末期に該当する深度を中心に、5001000年間隔で、氷中Al、Na、Mg、Fe、Mn、Caの全濃度を測定し、本年度終了までに200試料の測定を終えた。地殻物質の指標であるAlのドームふじコア中全濃度(t-Al)は温暖期に比べて寒冷期に比較的高濃度を示し、従来報告されているボストークコアやDome Cコアにおける時間変動と一致した。濃度範囲は3.94-276ppbとなり、最大値はボストークコアやDome Cコアで測定された濃度よりも23倍大きかった。上記3地点とも、その近傍にAlの大きな供給源は存在せず、供給されるAlの大部分が長距離空輸物質であると予想されるため、この濃度差は地域変動とは考えにくい。ボストークコアやDome Cコアで得られている濃度は、ろ過法による粒子態濃度であることから、本研究で得られた結果は、南極氷床コア中Alは、ろ紙の孔を抜けてしまう微粒子画分が有意に存在していることを示している。また、溶存態の存在や、ろ過法による粒子損失の可能性も否定はできない。t-Fe、t-Mn、t-Caとt-Alの寄与率はそれぞれ94%、94%、88%と高い相関性を示し、回帰直線の傾きはそれぞれ0.61、0.014、0.42と平均地殻組成比にほぼ一致した。ドームふじコア中に含まれるこれらの成分は、地殻表面から放出された鉱物エアロゾルとして氷床に供給されたものが大部分であり、その組成は氷期サイクルを通して、大きくは変動しなかったことを示している。t-Ca/t-Al比のばらつきが比較的大きいのは、気候変動に伴いエアロゾル供給源や地殻乾燥度が変化したためかもしれない。また、200試料中3試料においてAlに対するFe、Mnの異常濃縮が見られた。コア中粒子の顕微鏡観察を行った結果、まれに金属質の宇宙塵が観察される試料があり、突発的に起こるFe、Mnの異常濃縮は氷床への宇宙塵の混入に起因するものかもしれない。化学組成変動の詳細な解析は今後の研究課題である。過去32万年の気候変動記録を保持している南極ドームふじ氷床コアを用い、特に急激な気候変動を示す氷期終末期における海陸起源エアロゾルの濃度および組成の変動を明らかにした。終末期に該当する深度を中心に、5001000年間隔で、氷中Al、Na、Mg、Fe、Mn、Caの全濃度を測定した。本年度は70試料の測定を終えた。濃度範囲は3.94-276PPbとなり、最大値はボストークコアやDome Cコアで測定された濃度よりも23倍大きかった。

上記3地点とも、その近傍にAlの大きな供給源は存在せず、供給されるAlの大部分が長距離空輸物質であると予想されるため、この濃度差は地域変動とは考えにくい。ボストークコアやDomeCコアで得られている濃度は、ろ過法による粒子態濃度であることから、本研究で得られた結果は、南極氷床コア中Alは、ろ紙の孔を抜けてしまう微粒子画分が有意に存在していることを示している。また、溶存態の存在や、ろ過法による粒子損失の可能性も否定はできない。t-Fe、t-Mn、t-Caとt-Alの寄与率はそれぞれ94%、94%、88%と高い相関性を示し、回帰直線の傾きはそれぞれ0.61、0.014、0.42と平均地殻組成比にほぼ一致した。ドームふじコア中に含まれるこれらの成分は、地殻表面から放出された鉱物エアロゾルとして氷床に供給されたものが大部分であり、その組成は氷期サイクルを通して、大きくは変動しなかったことを示している。t-Ca/t-Al比のばらつきが比較的大きいのは、気候変動に伴いエアロゾル供給源や地殻乾燥度が変化したためかもしれず、この点については、来年度詳しく解析する予定である。過去32万年の気候変動記録を保持している南極ドームふじ氷床コアを用い、急激な気候変動を示す氷期終末期における海陸起源エアロゾルの濃度および組成の変動を明らかにすることを目的とした。終末期に該当する深度を中心に、5001000年間隔で、氷中Al、Na、Mg、Fe、Mn、Caの全濃度を測定し、本年度終了までに200試料の測定を終えた。地殻物質の指標であるAlのドームふじコア中全濃度(t-Al)は温暖期に比べて寒冷期に比較的高濃度を示し、従来報告されているボストークコアやDome Cコアにおける時間変動と一致した。濃度範囲は3.94-276ppbとなり、最大値はボストークコアやDome Cコアで測定された濃度よりも23倍大きかった。ボストークコアやDome Cコアで得られている濃度は、ろ過法による粒子態濃度であることから、本研究で得られた結果は、南極氷床コア中Alは、ろ紙の孔を抜けてしまう微粒子画分が有意に存在していることを示している。t-Ca/t-Al比のばらつきが比較的大きいのは、気候変動に伴いエアロゾル供給源や地殻乾燥度が変化したためかもしれない。また、200試料中3試料においてAlに対するFe、Mnの異常濃縮が見られた。コア中粒子の顕微鏡観察を行った結果、まれに金属質の宇宙塵が観察される試料があり、突発的に起こるFe、Mnの異常濃縮は氷床への宇宙塵の混入に起因するものかもしれない。化学組成変動の詳細な解析は今後の研究課題である。
電極界面分子集積膜の設計による生体重要物質の高選択センシング

本研究では、電極表面に素機能分子を集積化させることによって、構造規制された電極界面を作製し、計測対象の生体物質に対して選択性を有し、かつ妨害物質の影響を受けにくい高感度な電気化学センシングを実現することを目指している。本年度は次のような成果を得ることができた。(1)アルカノール修飾カーボン電極によるトリプトファンの選択的電気化学計測L・トリプトファン(Trp)の疎水性の高さに注目し、オクタノールを陽極酸化法によって表面修飾したカーボン電極を用いて、妨害候補物質とTrpの電気化学酸化を比較した。オクタノール修飾電極では、Trpの酸化電流も未修飾電極に比べれば半減するものの、アスコルビン酸、システイン、チロシン、セロトニンなどの妨害物質の酸化は大きく抑制され、Trpの選択計測に有効であることを明らかにできた。(2)酵素固定化疎水性分子修飾電極による選択的バイオセンシングメルカプトウンデカン酸の自己集積化単分子膜を表面に形成した金電極では、アニオン性のアスコルビン酸の酸化は大きく抑制されるが、一方疎水性メディエーターであるフェロセンメタノールの酸化はほとんど抑制を受けないことを明かにした。さらに修飾電極表面にグルコースオキシダーゼを固定化し、グルコース添加時のフェロセンメタノールの触媒電流を計測することにより、アスコルビン酸の夾雑に影響されることのないグルコースのアンベロメトリックセンシングを実現した。(3)酸化還元補酵素誘導体を集積化した構造規制電極界面の作製酸化還元補酵素誘導体、アミノヘキシルFADを化学合成し、さらに金電極表面上に化学結合法により固定化させて可逆的なレドックス機能を有する補酵素配向集積化構造規制電極を作製することができた。
ロドプシンによる葉緑体プロトン勾配制御システムの確立と植物応答解析への展開

植物による光合成は、水と二酸化炭素から、炭素固定・酸素発生・ATP産生を行う反応で、生命活動の源でもある。植物には、光強度にあわせて余剰なエネルギーを熱として放出する機構(NPQ)が備わっており、これにより効率的な光合成が実現する。NPQは、プロトン濃度上昇が引き金とされているが、その制御機構はよくわかっていない。本研究では、光合成色素がほとんど吸収しない緑色光で働くロドプシンを植物の葉緑体に発現させ、人為的に膜を介したプロトン移動を誘起する。これにより擬似的に強・弱光条件を再現し、NPQ制御メカニズムを解明する。
細胞移動を基礎とした器官形成のしくみ

生物の器官が正常に形成されるには、複数の細胞が集合し、正確な位置に配置されることが必須である。細胞が集まるためには、個々の細胞が持つ“動く"という性質が正の効果を持つ。しかし細胞移動は、隣接細胞との間に、シグナル、張力、圧力の変化などのノイズを引き起こすので、細胞を正しく配置することに対しては、負の効果があると考えられる。したがって器官形成には、ノイズに柔軟に対応し、秩序正しく細胞を空間配置する高次システムが必要であると考えられる。本研究では、発生生物学と数理モデルを組み合わせた融合研究を行なうことで、このシステムの解明をめざした。ゼブラフィッシュにおいて、クッペル胞(KV)は左右非対称性を規定するために重要な器官である。この形成には、細胞の集団形成、集団移動、上皮化、空間構造の構築など様々な生命現象が含まれる。本研究では、KV形成を器官形成のモデル系として、どのように正常な器官が形成されるのか、特に、細胞の動きに着目して解析した。その結果、FGFシグナルがKV前駆細胞の集団形成を制御すること発見した。さらに、クラスター形成過程の細胞の動きの詳細を観察すると、細胞はランダムに移動しており、その移動が接着によって制限されることが安定なクラスター形成に必須であることも明らかにした。これらの実験データをもとに、数理モデルを作成し、in silicoでクラスター形成を再現することにも成功した。これらの成果は、発生学の分野での重要な発見として位置づけることができる。24年度が最終年度であるため、記入しない。細胞が集まるためには、個々の細胞が持つ"動く"という性質が正の効果を持つ。本研究では、発生生物学と数理モデルを組み合わせた融合研究を行なうことで、このシステムの解明をめざす。特に、個々の細胞の動きが細胞集団全体の動き、形、機能にどのような影響を与えるのかに着目する。ゼブラフィッシュにおいて、クッパー小胞(KV)は左右非対称性を規定するために重要な器官である。本研究では、KV形成を器官形成のモデル系として、どのように正常な器官が形成されるのか、特に、細胞の動きに着目して解析する。我々は、発生生物学的手法を用いて、FGFシグナルがKV前駆細胞の集団形成を制御すること発見した。さらにその過程で、個々のKV前駆細胞が集団移動とは異なる挙動を示すことを見いだし、移動パラメーターの抽出を開始している。また、KV前駆細胞のクラスター形成に関する数理モデルの構築を行い、新たなフィードバックループの存在が不可欠となる可能性を見いだした。発生生物学手法を用いた研究で、KV前駆細胞の集団形成の分子機構の解明に成功し、この研究をベースに数理モデルの作製も順調に進んでいるから。数理モデルの予測から、新たなフィードバックの存在が示唆されたことから、細胞の接着に関するパラメータも収集する必要が出てきている。よって、今後は、細胞の移動だけでなく、接着性の制御に対する解析を含めることで、細胞が集団移動するしくみと器官形成の関係性を明らかにしていく。
植物栽培培地内可視化のための小型かつ高性能な水分量・イオン濃度センサ研究開発

微弱な電流の検知が必要な低い水分量の土壌で計測できる高感度検出型土中水分量・イオン濃度センサの実現を目指している。これまで、リーク電流が混入する電極部に保護電極を配置した新たなセンサ構造を提案しデバイス開発を行った。平成30年度では、このデバイスを使った信号の揺らぎに強い|Z|周波数微分-位相変換法の理論的な証明と実測での効果検証を行った。この成果に対し特許1件を出願完了させ、関連結果を学術論文誌に投稿することができた。前年度に開発した保護電極付きインピーダンス計測デバイスを駆動させ、|Z|周波数微分-位相変換法を実現するためには、オペアンプ型電流計と複数の周波数で計測できる新たなセンサシステムの開発が必要であった。そこで、これまでに開発してきた単一周波数(10 kHz)で動作させるセンサ駆動回路を元に、2種類の周波数(10 kHzと100 kHz)を発振・検出でき、保護電極が駆動できるよう、電流検出部をオペアンプの仮想接地機能としノイズ除去のためのフィルタの調整を行うことにより、新たなセンサ制御基盤の設計・開発を実現した。また、現地計測を視野にいれ、ソーラーパネルなどの電力で駆動できるよう、待機時の低消費電力化も併せて行い、冬などの日射量の少ない時期でもメンテナンスが不要なシステムを開発することができた。この開発した制御基盤を用い、現地での連続計測を実施し、|Z|周波数微分-位相変換法による水分量変化を観察することに成功することができ、その成果を学術論文誌へ投稿を行った。二年目となる平成30年度も、研究計画通りに進捗している。新たに開発した微弱電流検出が可能な保護電極付きセンサデバイスが駆動できる制御基盤の開発を成功させることができ、山の斜面での連続計測を実施できた。開発した制御基盤は、保護電極を駆動させるため、電流検出部を仮想接地できるオペアンプ式の電流計へと改良を行った。また、|Z|周波数微分-位相変換法を行うため、10kHzと100kHzの複数周波数についてタイミングを分けて発振・検知できるよう、ハード、ソフトの両面で開発を行った。このとき、現地計測を視野にいれ、ソーラーパネルなどの電力で駆動できるよう、待機時の低消費電力化も併せて行い、冬などの日射量の少ない時期でもメンテナンスが不要なシステムを開発することができた。この開発した制御基盤とセンサを用い、現地での観察を行った結果、降雨などによる土の水分量変化を捉えることに成功した。今後はこのセンサシステムを用い、農業現場での連続計測を行い、実仕様環境下での安定性、データの信頼性を立証していく。これまでの研究は予定どおり進捗しており、今後の研究方針に変更はない。センサデバイス、制御基盤、算出アルゴリズムの確立ができているため、最終年度の令和元年度では、農業現場での直接・連続計測を実施する。センサから得られたデータの妥当性検証のため、培地の重量を定期的に観測し、水分量の変動を計測していく。また、培地内液体をスポイトを用いて採取し市販の養分濃度センサで計測を行うことにより比較データを取得する。本研究成果が、市販のセンサではできなかった、培地内環境の精密制御を可能とするツールであることを立証していく。初年度となる平成29年度は微弱電流検出が可能な保護電極付きセンサデバイス及びとその駆動回路の設計・製作を成功させることができ、その成果は、センサ関連で評価の高い学術論文誌、及び国際会議に投稿し、採択を受けることができた。これまでのセンサはチップ内部のリーク電流が検出部に流入し微弱信号電流の検出を困難にしていた。そこで、リーク電流が混入する電極部に保護電極を配置した新たなセンサ構造を提案しデバイス製作を行った。また保護電極を活用し安定して電流ー電圧変換ができるよう、センサ駆動回路の設計・製作も行った。特にセンサ駆動回路の製作においては電流検出回路と保護電極とを0Vの一定電圧に固定させ交流信号成分としては絶縁分離となるような回路構成とする必要があった。そこでオペアンプの仮想接地特性を活用し、受信部-保護電極間の電圧を0 Vに保つように制御しつつ交流信号成分として絶縁分離を実現させる回路を設計した。電流ー電圧変換効率と仮想接地特性とはトレードオフの関係があることが分かったため、電流検出回路部を多段増幅回路にし、仮想接地特性を維持しつつ高い電流ー電圧変換効率を達成させることができた。開発したセンサデバイス及び駆動回路を使い低水分量のモデル土壌を用いた実験において、従来のセンサでは水分量20%までしか計測できなかったものが、4%までの計測に成功し、農業・防災分野での活用に十分な性能であることを立証できた。本成果に対し特許1件、学術論文誌1編、国際会議1件の発表を行った。また、外乱ノイズの大きな農業現場での計測に向け、信号の揺らぎに強い|Z|周波数微分-位相変換法を新たに提案し、その理論的な証明と実測での効果検証を成功した。現在、特許出願準備及び論文執筆中である。初年度となる平成29年度は、研究計画通りに進捗している。微弱電流検出が可能な保護電極付きセンサデバイス及びとその駆動回路の設計・製作を成功させることができ、その成果は、センサ関連で評価の高い学術論文誌、及び国際会議に投稿し、採択を受けることができた。

開発したセンサデバイス及び駆動回路を使い低水分量のモデル土壌を用いた実験において、従来のセンサでは水分量20%までしか計測できなかったものが、4%までの計測に成功し、農業・防災分野での活用に十分な性能であることを立証できた。また、外乱ノイズの大きな農業現場での計測に向け、信号の揺らぎに強い|Z|周波数微分-位相変換法を新たに提案し、その理論的な証明を行った。電流と電圧との時間的なズレを示す位相が0°から-90°までの範囲において|Z|の周波数に対する変化量が、土壌の水分量やイオン濃度、培地の種類を変えても同一曲線上にプロットされることが立証でき、想定通りの研究成果を挙げることができた。現在、特許出願準備及び論文執筆中である。微弱な電流の検知が必要な低い水分量の土壌で計測できる高感度検出型土中水分量・イオン濃度センサの実現を目指している。これまで、リーク電流が混入する電極部に保護電極を配置した新たなセンサ構造を提案しデバイス開発を行った。平成30年度では、このデバイスを使った信号の揺らぎに強い|Z|周波数微分-位相変換法の理論的な証明と実測での効果検証を行った。この成果に対し特許1件を出願完了させ、関連結果を学術論文誌に投稿することができた。前年度に開発した保護電極付きインピーダンス計測デバイスを駆動させ、|Z|周波数微分-位相変換法を実現するためには、オペアンプ型電流計と複数の周波数で計測できる新たなセンサシステムの開発が必要であった。そこで、これまでに開発してきた単一周波数(10 kHz)で動作させるセンサ駆動回路を元に、2種類の周波数(10 kHzと100 kHz)を発振・検出でき、保護電極が駆動できるよう、電流検出部をオペアンプの仮想接地機能としノイズ除去のためのフィルタの調整を行うことにより、新たなセンサ制御基盤の設計・開発を実現した。また、現地計測を視野にいれ、ソーラーパネルなどの電力で駆動できるよう、待機時の低消費電力化も併せて行い、冬などの日射量の少ない時期でもメンテナンスが不要なシステムを開発することができた。この開発した制御基盤を用い、現地での連続計測を実施し、|Z|周波数微分-位相変換法による水分量変化を観察することに成功することができ、その成果を学術論文誌へ投稿を行った。二年目となる平成30年度も、研究計画通りに進捗している。新たに開発した微弱電流検出が可能な保護電極付きセンサデバイスが駆動できる制御基盤の開発を成功させることができ、山の斜面での連続計測を実施できた。開発した制御基盤は、保護電極を駆動させるため、電流検出部を仮想接地できるオペアンプ式の電流計へと改良を行った。また、|Z|周波数微分-位相変換法を行うため、10kHzと100kHzの複数周波数についてタイミングを分けて発振・検知できるよう、ハード、ソフトの両面で開発を行った。このとき、現地計測を視野にいれ、ソーラーパネルなどの電力で駆動できるよう、待機時の低消費電力化も併せて行い、冬などの日射量の少ない時期でもメンテナンスが不要なシステムを開発することができた。この開発した制御基盤とセンサを用い、現地での観察を行った結果、降雨などによる土の水分量変化を捉えることに成功した。今後はこのセンサシステムを用い、農業現場での連続計測を行い、実仕様環境下での安定性、データの信頼性を立証していく。これまでの研究は予定どおり進捗しており、今後の研究方針に変更はない。