hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
共有再利用が可能な素材型英語電子教材データベースの構築（高専用）

初年度は、検索項目を決定後実際にタグ付け作業を実際に行いながら、効率的な作業手順を確立するための準備の時期であり、その点ではおおむね達成されているが、オーサリングシステムの旧版から改良版への素材の移行を最適化するためのマクロの完成が予定より遅れたことと、学習対象者(難易度)の決定に手間取った分、素材の集積量が予定よりも少かったため「やや遅れている」とした。1.蓄積した素材とタグを使いやすい形に整形し、分野別にまとめデータベースを完成させる。2.オーサリングシステムの改良を完成させる。3.データベースの公開方法の研究を完成し、データベースを公開する。また、データベース公開方法について調査および情報収集を行う。4.成果を全国高等専門学校英語教育学会、日本イーラニングコンソーシアム関係学会等で発表する。1.自作素材の作成・集積と、自作素材および利用許可取得済みの素材へのタグ付けを継続して行う。今年度中に、高校2・3年生対象、高専4・5年生対象、専攻科(大学生)対象分の素材データベースの初版を完成させる。2.高度な情報処理の知識がない教師にも使いやすいデータベース構築のため、素材(音声・動画を含む)の格納方法を研究し、サーバ設置の準備をする。3.オーサリングシステムCALIS用の自動教材作成マクロ(VBA)に適合する、既存素材の取り出しのためのMS-Wordのマクロ(VBA)を追加・完成する。最新改良版を使用しながら、素材評価のための改良を行う。4.準備した素材を電子教材化し、授業を通じて形成的評価を行う。その評価をもとに、素材の改良を行い、特に、学習者が易から難へスムーズに移行できる素材の配列を決定する。5.高専教員が集まる学会やシンポジウム等に参加し、研究発表および情報収集を行う。今年度の研究計画のうち、オーサリングシステム改良の遅れに伴い、バクに関する専門的知識の供与のための謝金が発生しなかったことと、予定していた学会参加を出張を次年度に繰り越したため次年度使用額が生じた。次年度は、調査研究および成果発表のための旅費、書籍購入、および、オーサリングシステム改良のための専門的知識の供与のために使用する。次年度の研究費100万円の使用内訳は、物品購入費38万円、旅費57万円、謝金5万円である。物品購入費の内訳は、データベース構築のためのデータベース用サーバー購入に25万円、ソフトウエアや書籍購入に13万円を使用する予定である。旅費は、学会参加(全国高専英語教育学会、全国高専教育フォーラム、国際工学教育研究集会等)および調査旅費として42万円、研究打ち合わせ旅費15万円を使用する予定である。謝金は、オーサリングシステムの改良のための業者による専門的知識の供与として5万円を使用する予定である。サーバは、コストパーフォーマンスの向上が著しいことと、オーサリングシステムの旧版から改良版への素材の移行を最適化するためのマクロの完成が遅れたことにより、業者によるプログラムのバグチェックを年度内に完了することができなかったため、今年度は謝金を使用しなかった。
高度好熱菌 MutS 蛋白質を用いたDNA ミスマッチ修復系の解析

塩酸グアニジンによる変性実験とぺプチダーゼを用いた限定分解実験から、MutS蛋白質は4つの構造ドメインからなると推定された。ゲルシフト法を用いて、これらのドメインのうち中央部に位置するドメインが2本鎖DNAと相互作用する領域であることが示された(Tachiki et al.,Nucleic Acids Res.26,4153-4159)。また、これら構造ドメインの情報を元にして3つの断片化遺伝子を作成し、それらの大量発現と精製を行った。得られた断片化蛋白質が立体構造を保っていることをCDを用いて確認後、それらの溶液中での分子量・ATP加水分解活性・DNA結合能等について検討した。その結果、中央部のドメインがMutS蛋白質の多量体形成能と2本鎖DNAへの非特異的な結合能を有していること、及び、C末端ドメインがATP加水分解活性とミスマッチ特異的DNA結合能を持つことが明らかになった。さらに、C末端ドメインの活性は単量体では現れず、2量体の時のみに現れるという興味深い性質を示した(Tachiki et al.,inpreparation)。この観察は、MutS蛋白質の機能発現には多量体形成が必須であることを示唆している。そこで、溶液中でのMutS蛋白質の会合状態をX線小角散乱を用いて測定した。その結果、MutSはアデニンヌクレオチド存在下で4量体として存在し、ヌクレオチド非存在下ではより小さな会合状態ヘシフトすることが明らかになった(Kato et al.,in preparation)。また、蛋白質単独およびADP共存下でMutSの結晶化に成功した。塩酸グアニジンによる変性実験から、MutSは安定性の異なる少なくとも2つの構造ドメインからなることが示唆された。また、基質特異性の異なるペプチダーゼを用いて限定分解実験を行ったところ、良く似た限定分解パターンが得られた。限定分解産物のN末端アミノ酸配列を決定したところ、MutSは4つの構造ドメインからなると推定された。ゲルシフト法を用いて、これらのドメインのうち中央部に位置するドメインが2本鎖DNAと相互作用する領域であることが示された(Kato et al., in preparation)。また、これら構造ドメインの情報を元にして断片化遺伝子を作成し、それらの大量発現と精製を行った。ATP類似物質で親和標識試薬でもあるAdenosine triphosphopyridoxalを用いてATP結合部位を決定したところ、Walker A-typeとは異なる部位のLys171がMgイオンの有無によるATPの結合様式に関わっていることが示された(Hasegawa et al., in preparation)。生化学的性質を厳密に検討するため、ATP加水分解活性を測定したところそのKmは非常に小さいことが分かった。そこで、競合阻害剤存在下での活性測定とヌクレオチドとの結合を円二色性を用いて測定した結果から、MutSのATPに対するKmは0.1μMであることが分かった。また、MutSは2価のカチオンが存在しなくてもヌクレオチドと相互作用できることも明らかになった(Tada et al., in preparation)。また、ADP共存下でMutSの結晶化にも成功した。
褥瘡保有高齢者の重症度別蛋白質必要量の推定

本研究は、入院中の褥瘡保有高齢者において、褥瘡重症度別にたんぱく質必要量の推定を目的とした。必要量は窒素バランス(調査1)及び生理機能指標(調査2)に対し、設定した。昨年度に療養型病院1施設で実施した調査1の褥瘡保有高齢者28名のデータを解析した。窒素バランス維持必要量は平均0.151(95%信頼区間0.127-0.175)gN/kg/dayであり、平均たんぱく質必要量は0.95(0.80-1.10)g/kg/day、個人間変動を25%と仮定した安全摂取量は1.20g/kgとなった。褥瘡重症度別に解析した結果、併存疾患尺度中央値未満または腎機能正常な対象者において、褥瘡滲出液多量群及び創面積中央値(7.9cm^2)以上群の窒素バランス維持必要量は、未満群に比較し、有意に増加し(すべてp<0.05)、平均たんぱく質必要量は軽症褥瘡0.85g/kg/day、重症褥瘡1.30g/kg/dayとなった。筋蛋白異化指標である尿中3メチルヒスチジン/クレアチニン比と褥瘡面積、滲出液実測量は正の相関を示し、創の重症化に伴う筋蛋白質異化亢進により重症褥瘡の平均たんぱく質必要量が増加したことが明らかとなった。次に多施設前向きコホート研究(調査2)を実施し、褥瘡保有高齢者194名を対象とした。平均たんぱく質必要量0.95g/kg/dayは、体重(p<0.001)、血清アルブミン値(p=0.027)の推移と有意な交互作用を示し、平均必要量未満群では栄養指標値が低下した一方、以上群では一定に推移した。以上より、栄養状態変化に対する平均たんぱく質必要量の妥当性が確認された。平均たんぱく質必要量の有害作用を解析した結果、腎機能低下患者において、0.75g/kg/day以上摂取群に血清尿素窒素値の上昇及び推定糸球体濾過率の低下は認められず、腎機能低下の有無に関わらず、有害事象のリスクは低いと考えられた。以上、褥瘡保有入院高齢者の褥瘡重症度別の平均たんぱく質必要量の妥当性が明らかとなった。本結果はこれまで臨床データの乏しかった、褥瘡発生後の栄養管理のエビデンス構築、たんぱく質摂取基準の確立に貢献できる。【目的】褥瘡保有高齢者に対する褥瘡治癒促進・低栄養改善のために蛋白質摂取が必要とされているが、蛋白質摂取推奨量を設定するためのデータは十分得られていない。また、褥瘡の重症度による蛋白質必要量の相違は明らかにされていない。本研究の目的は、蛋白質の体内・体外への出納(窒素バランス法)より褥瘡保有高齢者の蛋白質維持必要量の推定である。【方法】本研究は横断研究であり、対象は療養型病院1施設に入院中の、65歳以上の褥瘡保有、膀胱留置カテーテル使用患者19名であった。窒素摂取量として、秤量法により経口摂取量を、診療録より経腸・経静脈栄養の投与量を3日間測定した。総窒素排泄量として、24時間蓄尿より尿中窒素排泄量、便・その他窒素排泄外挿量を推定した。蛋白質維持必要量は、窒素バランスが0となるときの窒素摂取量より計算した。本研究は大学倫理委員会の承認を得た。【結果】浅い褥瘡5例、深い褥瘡14例であった。3日間の窒素バランス平均値が負を示した対象者は10例(52.6%)であった。全体の蛋白質維持必要量は1.00(95%CI0.89-1.12)g/kg/dayと推定された。軽度・中等度褥瘡の蛋白質維持必要量は0.95(95%CI0.78-1.11)g/kg/day、重症褥瘡の維持必要量は1.06(95%CI0.87-1.24)g/kg/dayと推定された。【結論】本年度は、プレテスト、データ収集、中間解析を実施した。重症褥瘡保有高齢者では、軽度・中等度褥瘡保有高齢者より窒素バランス維持蛋白質必要量が0.1g/kg/day程度増加する可能性があることが示唆された。来年度は対象人数を増やし、フォローアップ調査を行うとともに、コホート調査による疫学的推定方法を合わせ、蛋白質必要量を推定する予定である。

褥瘡重症度別に解析した結果、併存疾患尺度中央値未満または腎機能正常な対象者において、褥瘡滲出液多量群及び創面積中央値(7.9cm^2)以上群の窒素バランス維持必要量は、未満群に比較し、有意に増加し(すべてp<0.05)、平均たんぱく質必要量は軽症褥瘡0.85g/kg/day、重症褥瘡1.30g/kg/dayとなった。筋蛋白異化指標である尿中3メチルヒスチジン/クレアチニン比と褥瘡面積、滲出液実測量は正の相関を示し、創の重症化に伴う筋蛋白質異化亢進により重症褥瘡の平均たんぱく質必要量が増加したことが明らかとなった。次に多施設前向きコホート研究(調査2)を実施し、褥瘡保有高齢者194名を対象とした。平均たんぱく質必要量0.95g/kg/dayは、体重(p<0.001)、血清アルブミン値(p=0.027)の推移と有意な交互作用を示し、平均必要量未満群では栄養指標値が低下した一方、以上群では一定に推移した。以上より、栄養状態変化に対する平均たんぱく質必要量の妥当性が確認された。平均たんぱく質必要量の有害作用を解析した結果、腎機能低下患者において、0.75g/kg/day以上摂取群に血清尿素窒素値の上昇及び推定糸球体濾過率の低下は認められず、腎機能低下の有無に関わらず、有害事象のリスクは低いと考えられた。以上、褥瘡保有入院高齢者の褥瘡重症度別の平均たんぱく質必要量の妥当性が明らかとなった。本結果はこれまで臨床データの乏しかった、褥瘡発生後の栄養管理のエビデンス構築、たんぱく質摂取基準の確立に貢献できる。
動的再構成型デジタルニューロチップの開発と応用

1.複素化に向けた検討連続値入力が可能なART2ネットワークを複素化することにより、ガボールウェーブレット変換により得られる特徴量を複素数のまま入力することが可能となった。しかしながら、性能面では特徴的な差異は得られなかった。学習における結合荷重の更新方法に更なる検討が必要である。2.公開データベースを用いた性能評価照明変動を扱う大規模データベースとして広く知られているThe Yale Face Database Bを用いて、本手法の照明変動への頑強性を評価した。誤差逆伝搬ネットワークやサポートベクタマシン等のニューラルネットワークと比較した結果、特に照明変動の影響が強くなるデータセット(レベル4-5)において汎化性の高い結果が得られた。3.エピソード記憶の工学的モデルへの拡張自己組織化マップと組み合わせることにより、シーンのコンテクストと表情から得られる感情をARTを用いて追加的に学習することで出来事の記憶であるエピソード記憶の工学的モデルが構築できる見通しを得た。1.ART2のソフトウェア実装と分類粒度の制御連続値入力が可能なART2ネットワークをソフトウェア実装し、分類粒度を決めるビジランスパラメータについて評価した。その結果、ガボールウェーブレット変換により得られる特徴量を選択性に与えることによって、冗長なカテゴリの発生を抑えつつビジランスパラメータを絞り込むことが可能となった。2.顔画像データベースを用いた評価独自に構築した時系列顔画像データベース(10名、基本6表情)に適用した結果、顔の動的多様性として定義される表情の表出プロセスにおける時系列位相変化を、ARTのカテゴリ変化として選択的に検出することができた。3.動的再構成型デバイスによるハードウェア実装動的再構成型デバイス開発環境を導入し、並列動作が可能なニューロン単位で動的再構成の基準となるマトリクスに分割し、画路の記述から、合成、シミュレーション、実装までを行った.その結果、ART2ネットワークの短期記憶を実現するF1層の各サブレイヤを動的に切り替えることにより、実装面積を抑えつつ高速化できる見通しを得た。また、追加学習が進むにつれて記憶空間と探索時間が増加する長期記憶部のF2層に関しては、コンテクストの概念を導入することにより、探索空間が絞り込めることを確認した。
実時間学習・推論を可能とする並列適応クラスタリングに関する研究

ディジタル信号処理用VLSI等の効率的利用を目的として、並列・並行処理に基づく機能ネットワ-クを構築し、その有効性を検討した。最初に自己組織化ニュ-ラルネットモデルの特徴を持つクラスタノ-ドのネットワ-クを考えた。これは並列に処理可能なノ-ドを自動生成するネットワ-クで、入力されたパタ-ンについて各ノ-ドのテンプレ-トとの重み付き2乗誤差をその類似度として評価する。ここで用いられる重みは各パタ-ンの要素の分散値を用いており、それらの値は適応的に評価される。このモデルは改良型確率近似法を用いた適応的手法を導入しており、時間的に変動する情報等の自動クラスタリングに利用可能であることが分かった。自己組織化ニュ-ラルネットでは単にパタ-ンの物理的近さのみに着目しているため、その意味的なつながりを実現できない。そこで強制学習に基づく階層型ニュ-ラルネットワ-クを導入し、入力パタ-ンの意味的つながりを実現した。このネットワ-クにも確率近似法に基づく適応手法が導入されており、時間的に変動する情報にもある程度追従できることが分かった。以上より、自己組織的ネットワ-クと教師付学習ネットワ-クの双方をもつモデルによる認識システムを構築し、連続音声認識・手書き文字認識等を行ない、連続音声認識では各母音といくつかの子音グル-プに認識が可能であること、手書き文字認識では数字文字に関してかなり高い認識率を得ること等が明らかにされた。ネットワ-クを用いての連想記憶モデル構築は単純なラベルの連想は容易であるが、かなり長いパタ-ンの連想のような複雑な時系列連想に関しては、十分な記憶容量を必要とし、現段階では効率の良いネットワ-クモデルは得られていない。これは今後の課題と考えられる。
喫煙障害における酸化ストレスおよび遺伝子多型診断法の確立

喫煙はあらゆる生活習慣病を含むメタボリックシンドロームにおける動脈硬化促進の危険因子の1つとして考えられていることから、喫煙障害に関する機序としての分子機構の解明が進んでいる。本研究においては、喫煙者においてはタバコに含まれる活性酸素種(reactive oxygen species: ROS)による酸化ストレスがDNAに障害を与えそることに着目して、DNA障害のバイオマーカーとしてのヒト白血球8-hydroxydeoxyguanosine(8-OHdG)との関連性について追究してきた。血清8-OHdGを測定し検討した結果、喫煙者における血清8-OHdG濃度は、非喫煙者の濃度と比較して有意に高値を示した。したがって、喫煙者では酸化ストレスが増加していることが明らかとなった。さらに、別の酸化ストレスマーカーについても検討し、FRAS4においても同じ傾向が認められることから、喫煙に酸化ストレスが関与していることが考えられた。しかし、毎日数年喫煙している喫煙者間では血清8-OHdG濃度およびFRAS4の高値例と正常例が認められ、本研究課題ではこのことが遺伝子多型に関係するかどうかに着目した。すなわち、酸化ストレスマーカーの高値例は酸化ストレスを受けやすく遺伝子変異を示し、正常例は遺伝子多型を示さず酸化ストレスを受けにくいことが推定される。しかし、今回の研究では、遺伝的背景が確証出来るまでには至らなかった。将来、心血管疾患あるいは肺疾患といった喫煙障害を生じる背景として遺伝子多型との関連が明らかとなれば、禁煙指導での要望的介入を増進させることが期待される。喫煙が生体に酸化ストレスを加えていることを実証し、その制御機構として抗酸化作用を有する種々の酵素の遺伝子多型の違い、酵素活性の有無がタバコの酸化ストレスにどのように影響しているかを解明することを目的とした。喫煙者及び年齢・性別をマッチさせた非喫煙者を対象として、血清8-hydroxy-2'-deoxyguanosine(8-OHdG)濃度、血清superoxide desmtase(SOD)活性、さらに末梢血単核細胞からDNAを抽出して、細胞内解毒に関連すると考えられるglutathione S-transferase(GST)酵素ファミリー遺伝子であるGST1とGSTM1、抗酸化に関与すると考えられるparaoxonase-1(PON-1)について遺伝子多型をmultiplePCR/PCR-RFLP法にて解析した。その結果、喫煙者は非喫煙者に比べて血清8-OHdG濃度が局く、濃度にばらつきがあることが明らかとなった。そこで、血清8-OHdG濃度のばらつきが遺伝的背景によるものと推定した。解毒あるいは抗酸化に関連する遺伝子について解析を行ったところ、現在GST1,GSTM1,PON1遺伝子多型と血清8-OHdG濃度との間には明らかな相関性は得られていない。タバコの煙による酸化ストレス状態は、生体に存在する様々な抗酸化作用を有する酵素により調節されていりことが推察される。遺伝子多型に基づく単一の酵素活性の欠損、低下によって、酸化ストレス状態が極端化する可能性は少ないことが考察される。したがって、今後喫煙に関連する新たな酸化ストレスマーカーあるいは抗酸化物質の探索、ならびに相関する遺伝子多型の追求が必要とされる。本研究においては、喫煙者においてはタバコに含まれる活性酸素種(reactive oxygen species: ROS)による酸化ストレスがDNAに障害を与えることに着目して、DNA障害のバイオマーカーとしてのヒト白血球8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG)との関連性について追究してきた。

しかし、毎日数年喫煙している喫煙者間では血清8-OHdG濃度およびFRAS4の高値例と正常例が認められ、本研究課題ではこのことが遺伝子多型に関係するかどうかに着目した。すなわち、酸化ストレスマーカーの高値例は酸化ストレスを受けやすく遺伝子変異を示し、正常例は遺伝子多型を示さず酸化ストレスを受けにくいことが推定される。しかし、今回の研究では、遺伝的背景が確証出来るまでには至らなかった。将来、心血管疾患あるいは肺疾患といった喫煙障害を生じる背景として遺伝子多型との関連が明らかとなれば、禁煙指導での要望的介入を増進させることが期待される。
初等英語教育および多文化教育における教員養成とシラバス・デザインの研究

本プロジェクトでは、日本の公立小学校における英語教育のあり方のひとつの具体的姿として、シラバスデザインを開発すること、および授業を行う教員の研修のあり方とその実際について研究を行った。シラバスデザインとしては、タスク(テーマ)中心の授業案を策定した。その実践としては、近隣の公立小学校において、毎年数回ずつの出張授業を行った。出張先の小学校も当初の1校から、毎年2校へは出張できるように教案も教材も開発した。また、この教材の基本は大学構内における「小学生英語のひろば」の「春の講座」と「夏の講座」の教授内容である。教員研修については、特色のあるものとして、イギリスのレディング大学における初等英語教育および教育一般の研究のための研修を毎年行ってきた。現地の小学校訪問なども含むプログラムであるため、参加者にとっては他に類をみない魅力的な研修プログラムとなっている。他の研修としては、大学内において、地域の小学校の先生向けに毎年夏に3日間プログラムを行った。実践と理論を組み合わせた内容豊かなもので、研修者ができるだけ企画に関わることのできる参加型研修を目指している。教員研修の一環として、学生による初等英語アシスタントを育てる研究もかなり行った。「小学生英語のひろば」というフォーラムを形成して、そこに学部生、大学院生が縦のつながりをもって互いに教え合い、その中でお互いの教育力を高める取り組みも行われた。英語教育の技術だけでなく、言語教育一般について学生にとって多くを学ぶ機会を得たようである。小学校英語は日本ではまだまだ教科としては導入し難い面が多くあるが、英語を小学生に提供することのメリットは十分あると考えられるので、今後さらにその方法を模索していく必要がある。今年度は、文献研究、シラバス・デザイン研究、教員養成プログラム研究、教科化研究開発校調査の4点について研究を進めた。文献研究においては、洋書和書ともに、第二言語習得研究・バイリンガリズム・マルティリンガリズム・マルティカルチュラリズム・英語教育・日本語日本文化教育に関する書を100点ほど購入し、研究の参考にしている。シラバス・デザインについては、初等英語教育で望ましいものとしては、テーマ中心・タスク中心シラバスに、児童が必要とする言語の概念・機能表現を加えたデザインを考えている。児童の場合は、言語が使用されるコンテクストを英語を通して提示し、英語が何時、どこで、どの様に使われるかを示す中で、言葉を学んでいくようにするのが良い。このコンテクストとしては、特に異文化・多文化に触れ、世界に人々の多様性に気付かせるものが望ましいであろう。これについては今後さらに実践的に教案を考えていきたい。教員養成プログラムでは、英語で授業をする英語の専門教師・日本語の非母語話者と日本語をまじえて児童と関わり合うクラス担任の3者ティームワークが望ましい。さらに大きなクラスであれば、アシスタントの導入により児童の個別の必要性に対応できることが望ましい。教科化研究開発校2校(河内長野市立天野小学校と成田市立成田小学校)を訪れ、授業を参観し、実際にどのように教科化を進めているのか、教科化における問題点は何かなど、調査した。この調査は、現在日本全体で5校ある教科化研究開発校のうち他3校も訪問し、行う予定である。なお、研究成果を実践的に測り、今後さらに現実に即した研究を続けることを念頭において、本研究グループの所属機関に隣接する公立小学校で、何回かの英語の出張授業を3,4,5年生に行ってきた。2002年度はこの発展した形として、年間を通じて6年生に20回ほどの英語授業を行う計画である。前年度に開発を試みたシラバス・デザインを基にして、学内で春と夏に実際に小学生に英語を教えるプログラムを立ち上げた。それぞれ一週間のプログラムであるが、インストラクターを中心に数名のアシスタント(学生)を活用し、また日本人以外の英語話者も加えて、チームワークで小学生に英語を教えることを試みている。これは、英語をシャワーのように浴びさせ、また同時に日本語によるサポートをきめこまかく提供する教え方である。小学生には望ましい教授法になっていると言えよう。

さらに、新しい試みとして、イギリスにおける日本の初等英語教育者研修のプログラムも立ち上げた。これは、ストーリーテリングや絵本を使って初等に適した英語教育教材・教授法について学ぶこと、現地の小学生がどのような母語・外国語教育を受けているか研究すること、研修者の英語力を磨く、といった3つの柱をもつプログラムである。このプログラムは、レディング大学で行うことが出来た。これは今後さらに研究を重ね、内容を充実させて実践を重ねていく予定である。教科化研究開発校2校(福岡県小郡市率東野小学校および石川県金沢市立南小立野小学校)を訪問し、公立小学校で英語を教科とした場合の教授法について検討した。いずれの小学校もシラバスデザインとしてはタスク・テーマ中心の方向性を打ち出していた。授業担当者については、まださまざまな可能性があることがわかった。以上の他、日本におけるもっとも進んだ英語教育としてのイマージョン教育の加藤学園を訪問し、高度な教授法についても実際に学んだ。また、逆に日本において母語としてのポルトガル語教育を進める中で、日本語・英語という外国語教育に取り組んでいるコレジオ・ピタゴラスも訪問し、子どもにとっての母語の重要性についても多くの示唆を得た。シラバス・デザイン研究の一環としては、昨年度に引き続き、学内での春と夏の小学生用英語講座を開き、講座内容について研究の視点からさらに検討を重ねた。講座を担当した講師役の大学院生、学部生アシスタント、参加した小学生の反応を調べ、本プログラムがスムーズ小学生の英語教育に機能していることがわかった。今後このようなテーマ/タスク中心のシラバスをもっと広く作成していく予定である。教員養成研究としては、春と夏の講座の講師役やアシスタント担当者とプログラムの前後に話し合い、ワークショップを設けることにより、初等英語教育の方法論を互いに開発している。今後このようなワークショップをさらに広げ、地域(小平市)の教育委員会とも提携して、小学校の教員のためのワークショップを夏期に開催していくプランを立てている。また、昨年度始めたイギリスのUniversity of Readingにおける2月の教員研修も2度目を向かえ、さらに充実した内容でプログラムを終えることができた。今後、このような英語国における「教授法」「地域の言語教育事情研究」「英語のブラッシュアップ」の3点を柱とした教員研修をさらに充実させる予定である。地域の小学校との関わりで、公立学校3校にストーリーテリングの教材を持ち込んで出張授業を行った。絵本とパネルシアターという技法でテーマ/タスク中心シラバスを絵本を基に工夫した教材であるが、小学生はとても喜んでおり、特に3年生の反応が良かった。他のシラバスでも公立学校の1校に出張授業を続けている。
Biological modificationによる新たな人工血管の開発・研究

小口径人工血管の新たな開発の方向として、生きた生体細胞と生体材料のみを用いて人工血管を作成する実験を行った。当初の予定では、実験動物として入手が容易なウサギを用いることとしたが、静脈、あるいは動脈から内皮細胞、平滑筋細部を得て培養することが困難であるために、イヌを用いて実験系を組み直すこととした。イヌの外頸静脈から酵素(collagenase)を用いて内皮細胞、平滑筋細部を得て培養を行った。培養液にはウシ胎児血清を10%加えたM-199を用いた。管状物としては臨床で用いられているヒト臍帯静脈グラフトを使用したが、細胞毒性を持つグルタルアルデヒド処理を行ってあるため、使用前1カ月間抗生剤入りの生理食塩水内にて保存した。第2継代培養の内皮細胞、平滑筋細胞をトリプシンにてフラスコより回収し、培養液内で細胞浮遊液とした。まず平滑筋細胞浮遊液をグラフトの壁内に注射器を用いて注入した。引き続いて、内皮細胞浮遊液をグラフト内腔に誘導し、2時間の間インキュベータ-内で回転を行う回転法で細胞の付着を図った後、24時間静置培養を行った。24時間後付着しなかった細胞を取り除き、引き続き2週間培養を続けた。in vitroでの細胞の生着、伸展を調べるため経時的にグラフトを部分切除して観察した。内皮細胞は最初は重層化して付着していたが、移植3日目以降は内腔表面に広がり単層構造を示し、2週間同様構造は維持された。一方平滑筋細胞は細胞塊として壁内に移植されたが、2週間の間同心円状の広がりを示すものの部分的な伸展に留まった。当初期待したように平滑筋細部の伸展がみられなかったのは、静置培養では壁内に移植された平滑筋細胞に充分な培養液が拡散しなかったためと考えられた。今後の予定として、in vitroで細胞を付着させたヒト臍帯静脈グラフトをもとのイヌに移植しin vivoの実験を行う予定である。〈研究実績の概要〉以前より我々はイヌを用いて細胞培養及び作成した人工血管の移植を行ってきた。しかしながら最近の社会的事情からイヌを用いる実験は実際上不可能に成りつつあるため、実験継続の為には動物腫を変更する必要があると判断した。臨床で最も遠位バイパスを行う必要のある患者は閉塞性動脈硬化症であることから、高コレステロール血症や高血圧のモデルを作り易いウサギを選ぶこととした。全身麻酔下にウサギに経口挿管し呼吸、循環動態の安定を得た後、両側外頚静脈を無菌的に採取した。静脈の直径は約2mmでイヌよりはるかに細くイヌと同じ方法(canulation法)では内皮細胞を採取することは不可能であった。そのため細胞の採取方法を変更する必要に迫られた。まず静脈を採取し、無菌的に滅菌したパスツールピペットの上に翻転した(翻転法)。まず内腔に付着した血液を軽く洗浄し、パスツールピペットを翻転された静脈が覆っている部分だけになるように折り、そのまま全体を0.1%の中でincubateした。10分後引き上げ、全体を再びHBSSで軽く洗い流し遠心下のpelletの中に細胞塊を得た。こうして得られた細胞を培養液で浮遊細胞液とし培養機内のフラスコ上で静置培養した。位相差顕微鏡で観察した内皮細胞は、イヌやヒトに比べて細長く、細胞採取率は低く、他の細胞のcontaminationも多かった。また平滑筋細胞はほとんど培養できなかった。現在の問題点はこの2種類の細胞の初代、及び継代の培養法を確立することであり、その方法はまだ一定していない。最初は実験系をウサギで行う予定であったが細胞採取、培養の困難さから実験系をイヌに変更した。イヌの両側頸静脈を採取し、酵素法で内皮細胞、平滑筋細胞を採取した。無菌的操作で培養を続け、75cm^2のフラスコにまで維代培養をすることが出来た。内皮細胞は典型的な敷石状配列を呈し、平滑筋細胞はhill & valleyを示した。臨床で用いられるヒト臍帯静脈グラフト(Dardik Biograft^<【.encircledR.】>)をアルコール保存液から取り出し、よく洗浄し、その後2週間以上生理的食塩水の中で保存した。周囲のダクロンメッシュを取り外し、コラーゲンのTubeとして実験に供した。平滑筋細胞をフラスコより集め、細胞浮遊液としてグラフト壁内に注入した。引続き、内皮細胞を集め、同じく細胞浮遊液とした後に、rotation法でグラフト内腔に移植した。現在この生物学的グラフトを経時的に組織学的に検索中である。この段階の後にイヌに移植しIn Vivoの実験を行う予定である。なお、研究の一部はArtificial Organ Todayに投稿中である。

管状物としては臨床で用いられているヒト臍帯静脈グラフトを使用したが、細胞毒性を持つグルタルアルデヒド処理を行ってあるため、使用前1カ月間抗生剤入りの生理食塩水内にて保存した。第2継代培養の内皮細胞、平滑筋細胞をトリプシンにてフラスコより回収し、培養液内で細胞浮遊液とした。まず平滑筋細胞浮遊液をグラフトの壁内に注射器を用いて注入した。引き続いて、内皮細胞浮遊液をグラフト内腔に誘導し、2時間の間インキュベータ-内で回転を行う回転法で細胞の付着を図った後、24時間静置培養を行った。24時間後付着しなかった細胞を取り除き、引き続き2週間培養を続けた。in vitroでの細胞の生着、伸展を調べるため経時的にグラフトを部分切除して観察した。内皮細胞は最初は重層化して付着していたが、移植3日目以降は内腔表面に広がり単層構造を示し、2週間同様構造は維持された。一方平滑筋細胞は細胞塊として壁内に移植されたが、2週間の間同心円状の広がりを示すものの部分的な伸展に留まった。当初期待したように平滑筋細部の伸展がみられなかったのは、静置培養では壁内に移植された平滑筋細胞に充分な培養液が拡散しなかったためと考えられた。今後の予定として、in vitroで細胞を付着させたヒト臍帯静脈グラフトをもとのイヌに移植しin vivoの実験を行う予定である。
高分子ゲルのレオロジー特性と振動吸収材料への応用

高分子電解質ゲルを用いて貯蔵弾性率の膨潤度依存性について研究した。電解質ゲルは2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)とN-tert-ブチルアクリルアミド(BAA)をN,N'-メチレンビスアクリルアミド(MBAA)で化学架橋したコポリマーゲルである。AMPSの側鎖にはスルホン酸基があり高分子網目の変形により電荷間での静電反発が予想されるが、BAAゲルには電荷が存在しない。AMPS100%から成るゲルとモル比AMPS:BAA=65:35のコポリマーゲルで貯蔵弾性率の膨潤度依存性を比較した。弾性率と膨潤度にはべき乗則が成り立つが、べき指数はPAMPSゲルで1.00、Poly(AMPS-co-BAA)ゲルは0.75であり、弾性率はPoly(AMPS-co-BAA)ゲルよりPAMPSゲルの方が膨潤度に大きく依存すると考えられる。PVA水溶液にバリウムフェライト(BaFe_<12>O_<19>:最大粒径45μm)を加え、グルタルアルデヒドを架橋剤として磁性ゲルを合成した。このゲルを純水中で膨潤させた後、磁場強度1T(テスラ)の磁場中で磁化させ、超音波測定に供した。超音波測定は22.5°C±0.2の恒温水槽中で、10MHzのパルス・バースト波を用いて行った。磁化の前後における縦波弾性率の変化率ΔM'/M'_0をゲルの密度で比較した。磁化方向が音波の進行方向に対して垂直の場合、ゲルの密度が増加するにつれ変化率は大きくなるが、平行の場合はゲルの密度が増加するにつれ減少する傾向を示した。また、貯蔵弾性率を測定した。弾性率の変化は全ての角度においてプラス側に出ている。30度までは変化率に差は見られないが、50度付近から上昇し、90度では約20%の変化が見られた。有機-無機ハイブリッドゲルのレオロジー特性について研究した。グルタルアルデヒドを架橋剤としてPVAとアルミナのハイブリッドゲルを合成した。得られたゲルは全ての組成で透明なハイドロゲルであった。アルミナ含有量の高いゲルでは、遅膨潤性の膨潤挙動を示し、約5日目で平衡状態に達した。M_<al>/M_<PVA>>0.2mol/mo1では平衡膨潤度は急激に増加し、M_<al>/M_<PVA>=0.2mol/molは140に達した。ハイブリッドゲルの貯蔵弾性率は周波数にほとんど依存しない。PVAゲルとハイブリッドゲルの貯蔵弾性率は、平衡膨潤度の増加とともに減少した。平衡膨潤度がM_<al>/M_<PVA><0.5mol/molでは、PVAゲルとハイブリッドゲルの貯蔵弾性率はほぼ同じである。しかしながらM_<al>/M_<PVA>>0.5mol/molでは、ハイブリッドゲルのほうがPVAゲルよりも大きい。これは、ハイブリッドゲルとPVAゲルのネットワーク構造が異なっていることを示唆している。ハイブリッドゲルのPVAネットワークにアルミナが凝集していると仮定すると、PVAに比べ貯蔵弾性率が大きくなることが説明できる。SEM、X線分析の結果からハイブリッドゲルのネットワークはPVAとアルミナから成ることが明らかになった。これらの結果と、膨潤収縮挙動を示すことから、ハイブリッドゲルのネットワーク構造はアルミナのような剛直な無機鎖、あるいは無機鎖とPVAの相互侵入型(IPN構造)ではなく、PVAのネットワークにアルミナが凝集した構造と考えられる。PVAとアルミナ間には側鎖の水酸基による水素結合が考えられ、この結合により、アルミナがPVAネットワークに凝集していると考察した。超音波の音速測定からも力学測定の結果を支持する結果が得られた。
多変数多項式暗号の安全性評価と効率的な実装方法の確立

本研究「多変数多項式暗号の安全性評価と効率的な実装方法の確立」は,耐量子計算機公開鍵暗号として期待されている多変数多項式公開鍵暗号の安全性の厳密評価と暗号の高速化について研究する.特に,現時点において利用可能な多変数多項式公開鍵方式の安全性を研究対象とする.平成30年度は,多変数多項式暗号方式であるExtension Field Cancellation暗号方式[Szepieniec et al. PQC2016]の復号の高速化およびグレブナー基底計算攻撃と総当り攻撃のハイブリッド攻撃による安全パラメータの見積もりなどに関して考察を行い,成果を得た.Extension Field Cancellation暗号方式の復号の高速化に関する研究はExtension Field Cancellation暗号方式の中心写像の構造を利用し,平文と暗号文の双線型関係式を導出する.その双線型関係式を利用し,復号で行う余計な計算を削除により復号の高速化を実現した.この成果はオーストラリアで開催された国際会議ACISP 2018において論文を投稿し,採択された.Extension Field Cancellation暗号方式の安全性を明らかにするためにこの暗号方式で生成される公開鍵の解読をグレブナー基底と総当たりのハイブリッド攻撃を用いて試みた.結果として,Szepieniecらが提案した80ビット安全性パラメータを解読した.それに加えて,Extension Field Cancellation暗号方式において安全な80ビットと128ビット安全性パラメータを見積もった.この成果は情報処理学会コンピュータセキュリティ研究会主催のCSS2018に発表し,学生論文賞を受賞した.また,この成果の拡張版を電子情報通信学会英文論文誌「離散数学とその応用小特集」に投稿し,採択された.平成30年度は,多変数多項式暗号方式であるExtension Field Cancellation方式(EFC)の効率性および安全性に関する考察を行って,成果を得た.EFEの効率性に関する成果は海外学術論文誌に論文を投稿し,採録された.EFCの安全性に関する論文は国内の研究集会で発表し,受賞された.また,本成果の完全版を国内の論文誌に投稿し,採択された.それ以外に,国内と海外の研究集会やワークショップにも発表・ポスター発表を行った.これらの研究成果は当初の計画通りであるため,おおむね順調に進展していると考える。(1)多変数多項式公開鍵暗号の安全性根拠は二次多変数多項式求解問題の困難性であり,最も効率的な解法はグレブナー基底計算法と思われている.グレブナー基底計算アルゴリズムとして,Buchberger, XL, F4とF5などが提案されたが,それらアルゴリズムの計算量と改良の余地などはまだ完全に理解されていない.そのため,グレブナー基底計算法を根本から調査する必要がある.このことを取り組むために,研究代表者は世界的に有名なF4とF5アルゴリズムを開発したLudovic Perret教授のグループと共同研究をする予定である.(2)多変数多項式公開鍵暗号において,MQ問題以外の困難問題も暗号の安全性に脅威を与えている.それらの困難問題も数学モデルを用いてMQ問題に帰着できる.しかし,帰着された多変数多項式系は特殊な構造や特別な数学性質を持つため,良いアルゴリズムが開発できればランダムな多変数多項式系より簡単に解読できる.このアルゴリズムの開発にも多変数多項式系の数学性質に関われているため,これら特別な多変数多項式系の数学性質を調べる予定である.また,アルゴリズムの効率性を確認するために,アルゴリズムの計算量を分析する必要がある.この計算量の分析も多変数多項式系の数学性質と関係ある.この研究により,現在利用可能な多変数多項式暗号や署名方式の安全性をより厳密に見積もることができる.(3) 2018年にYasuda氏よる論文が発表され,MQ問題を整数環に拡張した制約付きMQ問題を提案し,新たな暗号方式も提案した.制約付きMQ問題に基づいて作られた方式の安全性はまだ完全に理解していないため,研究代表者は制約付きMQ問題の困難性とそれに基づい作られた方式の安全性の考察に取り組む予定である.本研究「多変数多項式暗号の安全性評価と効率的な実装方法の確立」は,耐量子計算機公開鍵暗号として期待されている多変数多項式公開鍵暗号の安全性の厳密評価と暗号の高速化について研究する.特に,現時点において利用可能な多変数多項式公開鍵方式の安全性を研究対象とする.平成30年度は,多変数多項式暗号方式であるExtension Field Cancellation暗号方式[Szepieniec et al. PQC2016]の復号の高速化およびグレブナー基底計算攻撃と総当り攻撃のハイブリッド攻撃による安全パラメータの見積もりなどに関して考察を行い,成果を得た.Extension Field Cancellation暗号方式の復号の高速化に関する研究はExtension Field Cancellation暗号方式の中心写像の構造を利用し,平文と暗号文の双線型関係式を導出する.その双線型関係式を利用し,復号で行う余計な計算を削除により復号の高速化を実現した.この成果はオーストラリアで開催された国際会議ACISP 2018において論文を投稿し,採択された.Extension Field Cancellation暗号方式の安全性を明らかにするためにこの暗号方式で生成される公開鍵の解読をグレブナー基底と総当たりのハイブリッド攻撃を用いて試みた.結果として,Szepieniecらが提案した80ビット安全性パラメータを解読した.それに加えて,Extension Field Cancellation暗号方式において安全な80ビットと128ビット安全性パラメータを見積もった.この成果は情報処理学会コンピュータセキュリティ研究会主催のCSS2018に発表し,学生論文賞を受賞した.また,この成果の拡張版を電子情報通信学会英文論文誌「離散数学とその応用小特集」に投稿し,採択された.

平成30年度は,多変数多項式暗号方式であるExtension Field Cancellation方式(EFC)の効率性および安全性に関する考察を行って,成果を得た.EFEの効率性に関する成果は海外学術論文誌に論文を投稿し,採録された.EFCの安全性に関する論文は国内の研究集会で発表し,受賞された.また,本成果の完全版を国内の論文誌に投稿し,採択された.それ以外に,国内と海外の研究集会やワークショップにも発表・ポスター発表を行った.これらの研究成果は当初の計画通りであるため,おおむね順調に進展していると考える。(1)多変数多項式公開鍵暗号の安全性根拠は二次多変数多項式求解問題の困難性であり,最も効率的な解法はグレブナー基底計算法と思われている.グレブナー基底計算アルゴリズムとして,Buchberger, XL, F4とF5などが提案されたが,それらアルゴリズムの計算量と改良の余地などはまだ完全に理解されていない.そのため,グレブナー基底計算法を根本から調査する必要がある.このことを取り組むために,研究代表者は世界的に有名なF4とF5アルゴリズムを開発したLudovic Perret教授のグループと共同研究をする予定である.(2)多変数多項式公開鍵暗号において,MQ問題以外の困難問題も暗号の安全性に脅威を与えている.それらの困難問題も数学モデルを用いてMQ問題に帰着できる.しかし,帰着された多変数多項式系は特殊な構造や特別な数学性質を持つため,良いアルゴリズムが開発できればランダムな多変数多項式系より簡単に解読できる.このアルゴリズムの開発にも多変数多項式系の数学性質に関われているため,これら特別な多変数多項式系の数学性質を調べる予定である.また,アルゴリズムの効率性を確認するために,アルゴリズムの計算量を分析する必要がある.この計算量の分析も多変数多項式系の数学性質と関係ある.この研究により,現在利用可能な多変数多項式暗号や署名方式の安全性をより厳密に見積もることができる.(3) 2018年にYasuda氏よる論文が発表され,MQ問題を整数環に拡張した制約付きMQ問題を提案し,新たな暗号方式も提案した.制約付きMQ問題に基づいて作られた方式の安全性はまだ完全に理解していないため,研究代表者は制約付きMQ問題の困難性とそれに基づい作られた方式の安全性の考察に取り組む予定である.
複数の低解像度情報に基づく離散値出力システムの状態推定論

本研究では,低解像度信号が出力されるシステムに注目し,低解像度信号から高解像度信号を推定する問題を検討した.その成果として,まず,2値画像から濃淡画像を復元するアルゴリズムを超解像処理のアイデアに基づいて開発した.つぎに,低解像度画像を利用してロボットを制御するための超解像視覚フィードバック制御手法を考案した.さらに,分散電源ネットワークの需給バランス制御問題を考察し,シンプルな分散制御アルゴリズムを提案した.本研究では,低解像度信号が出力されるシステムに注目し,低解像度信号から高解像度信号を推定する問題を検討した.その成果として,まず,2値画像から濃淡画像を復元するアルゴリズムを超解像処理のアイデアに基づいて開発した.つぎに,低解像度画像を利用してロボットを制御するための超解像視覚フィードバック制御手法を考案した.さらに,分散電源ネットワークの需給バランス制御問題を考察し,シンプルな分散制御アルゴリズムを提案した.本研究では,離散値出力システムのための状態推定論の構築を目的とし,複数の低解像度信号から高解像度信号を推定する手法を画像処理分野の超解像処理のアイデアに基づいて構築する.本年度は,低解像度の画像信号(2次元)が出力されるシステムに焦点をあて,超解像処理のアルゴリズムを逆ハーフトーン処理および,ロボットのビジュアルサーボ制御に適用し,有用性を考察した.1.超解像処理に基づく逆ハーフトーン処理の構築:ハーフトーン画像(2値画像)から濃淡画像を復元するシンプルかつ有効な手法を提案した.この手法は,2段階アルゴリズムとなっており,(1)複数のローパスフィルタを用いて濃淡画像を生成する,(2)生成した濃淡画像に対して超解像処理を行う,という2つの処理を組み合わせたものである.この手法は,従来手法と比べてシンプルであることに加えて,ハーフトーン処理に関する事前情報を必要としないという利点がある.さまざまな条件のもとで,復元実験を行い,提案手法が従来手法に劣らない有用な手法であることを確認した.2.ロボットアームの超解像ビジュアルサーボ制御:低分解能カメラから得られる情報(低解像度画像)を利用してロボットアームを制御することを試みた.具体的には,超解像処理を援用したビジュアルサーボ制御を提案した.これは,複数の低解像度画像を取得し,それらから再構成される高解像度画像を利用して,制御を行うものである.手法の有用性は,実機実験によって確認した.本研究では,離散値出力システムのための状態推定論の構築を目的としている.本年度は,離散値の2次元信号(低解像度の画像信号)が出力されるシステムに焦点をあて,研究を行った.主な成果はつぎの2つである.1.ロボットアームの超解像視覚フィードバック制御:低解像度画像を利用してロボットアームを制御することを試みた.提案手法は,超解像処理を用いて,複数の低解像度画像から高解像度画像を再構成し,その画像を利用して視覚フィードバック制御を行うというものである.本研究では,実機実験によって提案手法の性能を検証した.また,ロボットアームの手先に取り付けられた1台のカメラで複数枚の低解像度画像を取得する方法について考察した.さらに,手先(カメラ)の動きの情報を事前情報として高解像度画像復元に利用することで,復元精度を向上できることを確認した.2.分散電源ネットーワークのハーフトーン制御:複数の分散電源(ガスタービンなど)によって構成される電源ネットワークに対して,重要家が要求する電力と電源が供給する電力をバランスさせる問題を検討した.本研究では,まず,電源ネットワークが作る電力供給分布が需要分布とほぼ等しくなるように各電源の運転モード(ON/OFF)を決定するという基本的な問題を定式化した,そして,問題のひとつの解として,ハーフトーン画像処理の考え方を利用した分散制御手法を与えた.そこでは,各電源のON/OFFの情報から電力供給分布を予測するために,拡散方程式を用いている.これは,電源から供給されるエネルギーが平面的に広がるというマクロな視点における定性的な性質をモデル化したものであり,この点に着目することで,ハーフトーン処理のアイデアを利用した制御アルゴリズムが得られている.本年度は,二つの問題を検討した.一つ目は,複数の分散電源によって構成される電源ネットワークに対して,重要家が要求する電力と電源が供給する電力をバランスさせる問題である.本年度は,前年度に提案した分散電源の運転モード制御アルゴリズムの検証と改良を行った.具体的には,ネットワーク構造と収束性の関係や耐故障性をいくつかのシミュレーションを通して確認した.また,複数種類の電源に対応できるようにするために,アルゴリズムの改良を行った.二つ目は,複数個のセンサを利用したメカトロニクス系の制御問題である.ここでは,カメラと超音波センサを利用してボール&ビームシステムの安定化制御を行った.二つのセンサの情報を統合するためのアルゴリズムを構築し,制御実験を通して制御性能が向上することを確認した.なお,この結果を今後発展させることにより,本研究課題の目標である,複数の低分解能センサを用いた状態推定論の構築につながると考えている.本研究課題全体の実績はつぎのとおりである.本研究では,低解像度信号が出力されるシステムに注目し,低解像度信号から高解像度信号を推定する問題を検討した.その結果,まず,2値画像から濃淡画像を復元するアルゴリズムを超解像処理のアイデアに基づいて開発した.つぎに,低解像度画像を利用してロボットを制御するための超解像視覚フィードバック制御手法を考案した.さらに,分散電源ネットワークの制御問題を考察し,シンプルな分散制御アルゴリズムを提案した.現在までの研究では,離散値(低解像度)の2次元信号が出力されるシステムに焦点をあてている。これについては,おおむね順調に研究成果が得られているといえるが,解決すべき課題もまだ残されている.

そのため,申請書で目標としていた,メカトロニクス系に対する状態推定論の構築についての検討は遅れている.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は,超解像処理のアイデアをメカトロニクス系の制御に応用するための考察を進めていく.これまでは,ロボットアームの制御に焦点をあてていたが,今後は,倒立振子系(本予算で購入)に対する考察を行う.また,今年度取り組んだ,分散電源ネットワークの制御に関しては、まだ解決すべき課題が残されているため,今後も継続して,理論的な解析・設計を進めていき,制御アルゴリズムをより現実的なものに発展させる予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
脳の可塑性と移植に関する形態学及び行動学的研究

損傷後の機能回復に関する行動学的研究(初年度実施)により、神経回路の再編成と機能回復との関連を示唆する結果を得た(Ichikawa.1989)。これは今後の臨床的応用にもおおいに役立つ結果である。一方、回復をより迅速にするため、神経細胞の移植法を試みた(2及び3年度実施)。移植された神経細胞が長く(数カ月)生存することは確認できたが、新しく神経回路を形成するか否かについては明らかにできなかった。これは、形態学的に、神経細胞の突起を標識する適当な方法がない理由による。そこで、遺伝子工学を利用した移植神経細胞の開発を計画している。神経細胞の移植にともなう神経回路形成の研究には、この結果をまたなければならない。一方、神経の可塑性に関係する因子として、発ガン遺伝子や神経ペプチド二注目して、これらの発生過程に置ける発現についての基礎研究を行なった(2及び3年度実施)。発がん遺伝子のうちcーsrc遺伝子は、神経細胞の発達期に発現して、成熟後は、ほとんど発現しないことが明らかになった。この分野は今後おおいに進展するとおもわれるので、継続して研究をしている。また、本研究を遂行する過程で、神経回路の可塑性について生体で実験をおこなうとの不便さを痛感した。そこで、最近、培養法を利用して生体外で神経回路を形成させ、その可塑性を調べる研究を開始した(市川ほか(1990),Ichikawa et al(1990))。培養法での神経回路の可塑性の研究により、実験動物を利用して生体内で行なうことが不可能な実験を可能にすることができる、今後、この分野の研究をおおいに進めることができること推測する。神経の可塑性は、記憶とか学習といった脳の高次機能の基礎的な現象と言われている。したがって、今後は、これらの脳の高次機能との関連をふまえ、神経回路の可塑性の研究をおこなう計画である。副嗅覚神経路は、フェロモン受容及びその行動発現に関係する神経路で鋤鼻器官、副嗅球、扁桃体内側核等により構成されている。脳損傷後の神経回路の再編成と機能回復との関連を明らかにする目的で、これまで、扁桃体内側核への求心線維の中で、副嗅球からのものを除去した際に、残存する求心性線維により神経回路の再編成が扁桃体内側核で起こることを形態学的に明らかにした(M,Ichikawa,Brain Res,1988)。このような背景から、昭和63年度は、副嗅覚神経路に関わる機能を利用して、神経回路の再編成と副嗅覚機能の変化との関連を行動学的に研究した。雄ラットは雌の匂いを好むことから、副嗅覚機能として、この匂に対する嗜好性を指標に、副嗅球破壊後の変化を行動学的に調べた。その結果、副嗅球破壊後、一時的な障害(約2週間続く)の後、約1ヶ月後には回後が生じ、この時間経過はこれまで明らかにした神経回路の再編成の時間経過とよくにている。このことは、神経回路の再編成が機能回復に重要な役割を演じていることを示唆する(M,Ichikawa,Brain Res,(印刷中)。しかしながら、完全な回復はおきないことも明らかになった(最高で正常ラットの80%の回復)。完全な回復をおこすためには、損傷により消失した回路と同等の神経回路の形成が必要である。従って、神経細胞の移植の研究をおこなった。