hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
モデリングの視座から統計的推論を促進する算数・数学の授業構成に関する実証的研究

こうした成果を,第10回統計教育国際学会(ICOTS10)の査読付論文として発表し,Excellence Award for Early Career Paper at ICOTS10を受賞し,国際的に高く評価された。第3に,第1年次に実施した,モデリングを志向した教員研修プログラムにおける参加者の算数・数学教科書の問題に対する捉え方の特徴や変容を「現実の世界」と「数学の世界」の視点から分析した。分析の成果は,日本科学教育学会の『科学教育研究(第42巻第4号)』にて査読付学術誌として掲載された。さらに,第8回東アジア数学教育国際学会(EARCOME8)の査読付論文として発表した。第1に,今年度の中心的な研究計画であった「授業構成の暫定枠組みの設定」と「教材開発と授業実践・分析」が予定通りに進み,学術誌掲載や学会発表を行うことができたからである。第2に,第3年次以降の計画であった「教員研修の開発と実施とその分析」が進み,学術誌掲載や学校発表にまで漕ぎつけたからである。第1に,実施した実態調査の分析を行うことである。データが膨大であるため,計画的に進めていく必要がある。第2に,設定した暫定枠組みに基づき,算数・数学の教材を開発し,授業実践を実施していくことである。これに関しては,所属大学の附属学校園の教員と協働して進めていく予定である。これらの成果を国際学会や国内学会で発表したり,国内外の学会誌等に投稿したりする予定である。第1に,分析データが残っている授業における児童・生徒の統計的推論の様相の分析を詳細に多角的に分析し,国際ジャーナルや国内学術誌に投稿することである。第2に,教員研修プログラムの分析を多角的に進め,統計的モデリングの教員研修プログラムへの開発の知見を導出する共に,その成果を国際ジャーナルに投稿することである。海外出張のための飛行機を早めに予約したため,経費を安く済ませることが出来た。次年度の図書費、出張費に使用する予定である。
電子商取引の制度的プラットフォーム構築に関する研究

電子商取引のあらゆる形態を統合的に扱うための手段として電子的価値の交換性に着目し、統一的なプラットフォーム上で複数の電子的地域通貨,電子的ポイント類を交換する仕組みを検討した.環境問題への具体的あてはめ例として、ハイブリッド自動車の利用によって削減されたCO2量を走行距離数に応じて電子ポイント化し、航空マイルポイントと交換するためのプラットフォームを提案し、間接的な環境寄与を促進する情報プラットフォームの構想を示した。2004年1月に東京にて開催された国際会議SAINT2004"において,フランスのInstitut Nat.des TelecommunicationsのJean-Michel Sahut教授らとの共同でWorkshop 1:E-businessをオーガナイズし,Technologies and Law Enforcement about Electronic PaymentSystemsなど4つのセッションにおいて国際比較議論を行った.ネットワークセキュリティに関する法律や制度などの専門的知識を主に大学の管理者向けに発信するためのプラットフォームとして、情報社会制度ブログのサイトを試験的に構築した。ネットワーク管理者が法制度に応じてどのような対応をとるべきかを示すほか、ボトムアップ型の問題抽出によって法情報制度の改善すべき点を明らかにし、技術と社会の変化に即応した情報法制度を構築することを目的に運用を始めた。
クライカルチャ-、セルブロット法による神経成長・.標的認識機構の分子生物学的研究

神経細胞の軸索成長と標的認識の分子機構の解明は、発生期における回路形成、シナプス発芽や再生の機構の解明に不可欠な極めて重要な問題である。この問題の解明に有力な手段の1つは、脳内に起こるこれらの現象を再現するin vitro標本を用いることである。しかし通常用いられる培養系では脳の構造との関係を知ることが因難である。本研究では、クライオカルチャ-法という2つの新しいin vitroアッセイ系を確立して、上記の問題の解決に挑んだ。具体的には、発生期の脳、損傷によって発芽が生ずる部位、及び再生が起こりつつある部位を用い、これらの現象に関与する分子を上記のアッセイ法とモノクロ-ナル抗体を有機的に組み合せることによって捉えた。脳組識の構造を破壊することなく脳組織内の生理活性分子を捉えるために、クライオスタットで作製した脳組織切片を細胞培養の基質の用いるバイオアッセイ法を確立した。その結果、培養した細胞が中枢神経系灰白質へ選択的に接着することを発見した。また、この選択的な接着性は成熟した哺乳類の中枢神経系に限られ、未梢神経系、幼弱期の中枢神経系あるいは両棲類の中枢神経系では観察されなかった。このことは、細胞接着の有無と生体内での軸索伸長の可否とに何らかの関連性があることを示唆している。さらに灰白質への細胞接質は白質中に含まれる因子によって阻害されることが明らかになり、灰白質への選択的な細胞接着の分子メカニズムは中枢神経系の白質に局在する細胞接着抑制因子によることが判明した。次にこの白質の抑制因子の部分精製を試みた結果、抑制因子は疎水性の強い比較的低分子量の分子であることがわかった。またこの因子はレクチンの一種であるConA結合部位を有することも明らかとなった。さらにこの因子を認識すると思われるモノクロ-ナル抗体の作製にも成功した。*成果の公表を見合せる必要がある場合は、その理由及び差し控え期間等を記入した資料を添付すること。しかし通常用いられる培養系では脳の構造との関係を知ることが困難である。本研究では、クライオカルチャ-法及びセルブロット法という2つの新しいin vitroアッセイ系を確立して、上記の問題の解決に挑みたい。具体的には、発生期の脳、損傷によって発芽が生ずる部位、及び再生が起こりつつある部位を用い、これらの現象に関与する分子を上記のアッセイ法とモノクロ-ナル抗体法を有機的に組み合せることによって捉えたい。本研究によって、従来の方法では捉えることのできなかった軸索成長・標的認識に関与する微量な分子を明らかにすることが可能になり、これらの現象の分子機構の解明が格段に発展するものと思われる。本年度はクライオカルチャ-法の基礎技術の確立を進めた。すなわちフット、ネコ等の新鮮脳を凍結し、クリオスタットで切片を作製し、これらの切片上で様々な脳の部位・動物種由来の神経細胞を培養(初代培養及び株細胞の培養)を試みた。またこれと平行して基質となる切片には反応せず、その上で培養する細胞のみ特異的に染色するモノクロ-ナル抗体を作製した。これによって脳の部位によって神経細胞の接着性、突起伸長の程度が異なることが明らかになり、その分子機構解明へと研究を発展させつつある。

神経細胞の軸索成長と標的認識の分子機構の解明は、発生期における回路形成、シナプス発芽や再生の機構の解明に不可欠な極めて重要な問題である。この問題の解明に有力な手段の1つは、脳内に起こるこれらの現象を再現するin vitro標本を用いることである。しかし通常用いられる培養系では脳の構造との関係を知ることが困難である。本研究では、クライオカルチャ-法及びセルブロット法という2つの新しいin vitroアッセイ系を確立して、発生、発芽や再生などの現象に関与する分子を捉えることを目的としておこなった。本年度は初年度におこなったクライオカルチャ-法によって得られた細胞接着・突起伸展の抑制現象に関与する知見をまとめて論文として発表した(Neuroscience Research 8,1990)。さらにそれに引き続いてこの因子の精製を進めた。そのためにラットの脊髄切片から各種の可溶化剤を用いて抑制活性を抽出し、これを抗原としてモノクロ-ナル抗体の作製を試みた。その結果、切片の白質への細胞の接着抑制を低減させる抗体が得られた。いっぽう、この因子の性質を明らかにするために、各種のレクチンをラット脊髄切片に投与することによって白質への細胞接着の変化を調べた。用いた15種類のレクチンのうちConcanavalin Aのみが白質への細胞接着抑制活性を著しく低減させた。また同様の現象はサクシニルConAによっても観察され、レクチンの効果はαーメチルマンノシドの投与によって消失した。以上のことは、この因子はConAによって認識される糖鎖をもっていることを示している。
皮膚有棘細胞癌の新規分子標的療法の開発に関する基礎研究

我々はLCM法を用いた皮膚有棘細胞癌(SCC)組織中の遺伝子発現リストにより、転写因子E2F4が日光角化症、表皮内癌、浸潤癌において正常表皮より高発現していることを見出した。次に、様々な表皮増殖性疾患におけるE2F4の発現を免疫染色法で確認した。SCCでは癌細胞の核を染色したが、基底細胞癌、脂漏性角化症、尋常性乾癬ではほとんど発現を認めなかった。SCCの腫瘍細胞株であるHSC-5やA431では、恒常的にE2F4が発現することをmRNA及び免疫細胞化学法を用いて確認した。E2F4を核内に発現するHSC-5細胞は線維芽細胞様の形態を示し、EMTへの関与が示唆された。皮膚有棘細胞癌は皮膚癌の中では2番目に頻度の高い癌である。他臓器への転移により致死性の可能性のある腫瘍である。代表研究者は米国留学中に、皮膚有棘細胞癌の微小環境における癌の増殖、浸潤、転移に関わる分子機構の解明を行って来た。Laser capture microdissection (LCM)法により、ヒト腫瘍組織から腫瘍胞巣を選択的に採取し、total RNAを抽出し、遺伝子の網羅的発現解析を行った。この方法により得られた腫瘍組織と正常表皮の遺伝子profileを比較する事により作成された遺伝子発現リストは、皮膚では正常表皮に比べ腫瘍細胞に選択的であると考えられる。作製した癌組織特異的遺伝子リストには、サイトカイン、ケモカイン、細胞増殖因子、接着因子など癌の増殖、浸潤に関与する様々な分子が含まれている。例えば、KRT17は前癌病変である日光角化症での発現は低いが、有棘細胞癌病変で発現が増加する。これまでにKRT17は上皮系細胞および上皮系癌の増殖に関与することが報告されている。同様にKRT13の発現は有棘細胞癌の領域で増加するが、前癌病変である日光角化症では正常皮膚と有意差がない。一方、腫瘍の増大、浸潤におけるKRT13の役割はこれまでに明らかにされていない。今後、これら有棘細胞癌に特異的に発現する分子の機能を解析を進めることは、新規の治療法を確立する上で非常に有用であると考える。当初初年度計画としては、研究の対象分子を遺伝子リストから選定し、その発現のスクリーニングを患者組織、腫瘍細胞株を用いて完了させることを予定していた。しかし、現在の進捗状況は膨大な数の候補分子の作用について、文献的な検索に時間を要している状態である。我々はLaser capture microdissection法により作成された、皮膚有棘細胞癌組織中の癌細胞に特異的な遺伝子発現リストより、転写因子E2F4が日光角化症、表皮内癌、浸潤癌のいずれにおいても正常表皮に比較して高発現していることを見出した。E2F転写因子は細胞内外からの刺激に対し、細胞の増殖、分化を決定づける重要な転写因子である。近年、癌細胞ではE2F4の癌遺伝子としての働きを支持する報告が、前立腺癌や乳がんの研究からなされている。我々はまず、様々な表皮増殖性疾患におけるE2F4の発現を、免疫染色法で確認した。有棘細胞癌では癌細胞の核を染色することが明らかであった。一方、表皮由来の皮膚悪性腫瘍である基底細胞癌ではその発現はほとんど認められなかった。また、良性の表皮増殖性疾患である脂漏性角化症と尋常性乾癬では、弱い発現を認めるのみであった。さらに、皮膚有棘細胞癌の腫瘍細胞株であるHSC-5やA431では、恒常的にE2F4が発現することをmRNA及び免疫細胞化学法を用いて確認した。これらの結果は転写因子E2F4の発現の有棘細胞癌での特異性を示すものであり、その発生、増殖に何らかの役割を果たすことが推測される。他に、KRT13分子の有棘細胞癌での発現の特異性を、免疫染色法を用いて行い、解析を行っている。今後は腫瘍細胞株を用いて、siRNA法によるE2F4分子の発現を抑制し、その機能解析を行っていく予定である。当初の実験計画では本年度までに、研究の対象分子の有棘細胞癌における機能解析着手している予定であった。その意味では、癌細胞特異的な新規分子の選定に時間を要した。また、治療における直接的な標的になりうる増殖因子などの選定も同時に行っている。一方、母斑細胞性母斑においては腫瘍細胞に強く発現することを確認した。皮膚有棘細胞癌の腫瘍細胞株であるHSC-5やA431では、恒常的にE2F4が発現することをmRNA及び免疫細胞化学法を用いて確認した。

その発現パターンは腫瘍細胞株により異なり、細胞増殖能の強いHSC-5細胞では核内に染色する。一方細胞増殖の比較的緩徐なA431細胞では細胞質に染色した。また、E2F4を核内に発現するHSC-5細胞は腫瘍細胞の形態に線維芽細胞用の変化が認められ、epithelial to mesenchymal transitionへの関与の可能性も考えられた。これらの結果は転写因子E2F4の発現の有棘細胞癌での特異性を示すものであり、その発生、増殖に何らかの役割を果たすことが推測される。現在は腫瘍細胞株を用いて、siRNA法によるE2F4分子の発現を抑制し、その機能解析を行っているところである。また、E2F阻害薬であるHLM006474のin vitroでの効果について検討する予定である。我々はLCM法を用いた皮膚有棘細胞癌(SCC)組織中の遺伝子発現リストにより、転写因子E2F4が日光角化症、表皮内癌、浸潤癌において正常表皮より高発現していることを見出した。次に、様々な表皮増殖性疾患におけるE2F4の発現を免疫染色法で確認した。SCCでは癌細胞の核を染色したが、基底細胞癌、脂漏性角化症、尋常性乾癬ではほとんど発現を認めなかった。SCCの腫瘍細胞株であるHSC-5やA431では、恒常的にE2F4が発現することをmRNA及び免疫細胞化学法を用いて確認した。E2F4を核内に発現するHSC-5細胞は線維芽細胞様の形態を示し、EMTへの関与が示唆された。今後は速やかに候補分子の絞り込みをまず行う。選定した分子のヒト有棘細胞癌組織および他の炎症性、腫瘍性皮膚疾患での発現のスクリーニングを免疫組織染色を用いて行う。免疫組織染色に用る検体は、山梨大学医学部附属病院で切除され、ホルマリン固定された状態で保存されている腫瘍組織を用いる。候補と考える分子に対する抗体はすでに購入済みであり、速やかに使用できる状況である。また、腫瘍細胞株および各種ヒト皮膚由来正常細胞からtotal RNAを抽出し、reverse transcribe polymerase chain reaction (RT-PCR)法にて、細胞でのmRNAの発現レベルを比較する。また、FACS法を用いて、蛋白レベルでの発現も確認する。腫瘍細胞株としては従来より皮膚有棘細胞癌の実験で汎用されているA431腫瘍細胞および、日本人の皮膚有棘細胞患者から樹立された腫瘍細胞であるHSC-1、HSC-5細胞はすでに購入済みであり、速やかに実験に使用できる環境である。今後はまず、siRNA法を用いてE2F4分子の発現抑制を抑制した有棘細胞癌の腫瘍細胞株を作成する。PCR法及びwestern blot法を用いて、その発現の減弱が確認したのちに、細胞増殖、遊走能、浸潤能の変化を解析する。これらの実験法については、我々は過去の研究においても行っており、実験手法としてはこれから研究の進捗状況の推進が予想される。また、教室内の実験助手に一部実験の補助をお願いし、研究を推進していく。皮膚科本年度の予定した実験が若干の遅れを生じ、細胞増殖のMTT法、トランスフェクション法などの培養細胞を用いる機能解析の実験を行えていなかった。そのため、それらの実験に必要な実験のキットや抗体などに未購入物品があり、次年度使用額が生じた。
安定三重項カルベンの開発とその磁性発現への展開

本研究は磁性の根源ユニットとしてラジカルと共に注目を集めている三重項カルベンを安定化し、究極的には室温でも長時間安定に存在しうる安定カルベンを開発し、かつ磁性を含む物理化学の諸性質を測定することを目的としている。前年度は2,2',6,6'位に一連の置換基(R)を持つジフェニルカルベンを発生させ、その寿命測定を行った結果、寿命に対するRの効果は:Bu<C1<Meの順に増加し、ジデュリルカルベンは室温ベンゼン中で半減期が300msと最高であった。本年度はポリメチルジフェニルカルベンの消失経路の一つである分子内C-H挿入を制御する目的で、オルト位のCH_3基をCD_3に置換した一連のポリメチルジフェニルカルベンを発生させ寿命測定したところ、いずれも長寿命化し最高1秒の三重項カルベンの発生に成功した。一方、RとしてBrを導入した一連のポリブロモジフェニルカルベンを発生させ、寿命測定を行った結果、2,2',4,4',6,6'-ヘキサプロモジフェニルカルベンは室温溶液中で1秒以上、結晶中では数ケ月と非常に長寿命であることを明らかにした。さらに4,4'-位の臭素をt-ブチル基で置換したものは室温で30秒以上の長寿命カルベンであることも明らかにした。
大規模計算解剖モデルのハイブリッド階層化による汎化性能と頑健性の圧倒的向上

臓器の統計形状モデルの表現に、通常の正規分布を採用するのではなく、q-正規分布を採用することにより、学習データ数が少ない場合でも頑健にモデルパラメータを推定できる頑健なモデル構築法を開発した。モデルは学習データ集合より構築され、臓器の多様性の次数と比べて充分多くのデータを収集することは容易ではない。データ数が少ないとき、正規分布を採用すると、過学習によりモデルの表現能力を高くすることが難しい。従来の階層モデルも、各層における表現に正規分布を採用していた。本研究の成果を用いると、各階層における表現にq-正規分布を採用し、学習データに応じて最も汎化性能の高い表現を自動的に採用することが可能となる。本研究の目的は、医用画像中の臓器領域セグメンテーションを高精度におこなうために、臓器の統計形状モデルを階層的に表現することである。今年度は、肝臓・腎臓・脾臓を対象に点群統計モデルを構築する作業を進めた。モデル構築には、新学術領域「計算解剖学」で構築された、臓器領域を手塗りしたデータ集合を利用した。モデル生成には複数臓器であることを考慮して、学習用の臓器表面群に対応点を生成する必要がある。今年度は、この対応点生成が難航した。ただし、単一臓器のセグメンテーションについて、腫瘍など異常部位に対する頑健性の向上や部分画像に対する位置合わせについて、次第に成果が出始めた。階層モデルの低層部は、モデルと実際の画像との位置合わせがおこなわれる。この位置合わせに際しては、病変部などモデルによる記述の困難な外れ値に対する頑健性が必要である。今年度は、この頑健性を疎性正則化を利用して向上させる手法を考案・改良し、その性能評価を開始することができた。また、従来法の多くは画像中に対象臓器の全体が含まれていることを大前提としているが、臨床応用上は対象臓器の一部分しか撮影されていない事が多い。そこで、部分画像に対するモデルの位置合わせ法についても性能評価を開始し、国内の研究会ではあるが、報告を開始することができた。また、体幹部の臓器以外に、脳領域についても新たなモデルの構築を試みた。具体的には、脳領域を覆う膜構造の階層性を複数のグラフの重層構造で表現することを新たに試みた。頭部CT画像中の脳構造の記述にはSPMと呼ばれるソフトウェアを利用することが世界的に標準となっている。SPMの灰白質や白質、頭蓋骨などのセグメンテーション性能は低くないが、硬膜など脳の外縁の膜構造の抽出には頻繁に失敗する。これら膜構造をグラフの重層構造で表現し、CT画像より正確に抽出する手法についても実装が済み、性能評価を開始した。今年度は、臓器表面の統計的多様性を表現するために利用するモデル関数をq-正規分布へと拡張し、学習データが含む外れ値を許容するモデル構築法を実現し対外発表をおこなった。臓器表面の点群統計モデルは、(1)学習用の臓器表面データ群に対応点を生成し、(2)それら対応点の集合を解析することにより構築する。臓器モデルの階層化のために(2)の手続きに焦点を当てて今年度は研究を進めた。学習用の点群の分布の表現には従来正規分布が広く利用されてきていたが、その妥当性についての議論は手薄であった。特に正規分布を利用するとき、マハラノビス距離の意味で正規分布から逸脱しているデータが存在すると、モデルパラメータの推定精度が劣化し、この劣化にともない汎化性能が落ちることが知られている。そこで今年度は点群の分布の表現にq-正規分布を導入し、点群統計モデルの表現に利用するモデルの選択法を開発し、肝臓モデルへと適用した。q-正規分布はハイパーパラメータqを含むモデルであり、qの値を変化させると分布の裾野の広さも変化する。q=1の場合には正規分布と一致する。従来法はq=1と固定したうえで、点群より分布の平均と共分散を求めることにより統計モデルを構築していた。一方提案法では、AIC規準を採用し、汎化性能の観点より最良のモデルを学習用の点群に基づいて選択する。このことにより、臓器の部位ごとに裾野の広さの異なるモデル関数を選択できるようになった。実験の結果、肝臓表面のうち体表側の面は正規分布と同定度に裾野の狭い分布が選択される傾向にあるが、体の内側の面では裾野の広い分布が選択される傾向にあることが判明した。今年度の成果として、正規分布を臓器表面全域の表現に適用する従来法は、少なくとも肝臓の統計モデルの表現法としては不十分であり、臓器表面の部位ごとに異なる統計モデルを採用すべきであることを初めて明らかにした。本研究の目標は臓器表面の階層的なモデル表現を構築することであり、問題となるのは上層における下層での表現のまとめ方である。統計モデルの下層は複数の統計モデルより構成されており、それぞれが臓器表面上の特定部位の局所的な統計的挙動を表現する。上位層では、下層におけるそれら局所モデル群の協調的な挙動をより大局的かつ少数のモデルで表現する。上位層の表現を構築する際、階層の局所モデル群をまとめる必要があり、このまとめ上げの際に何の基準についての定まった指標は今のところ知られて居らず、関連する議論が手薄である。強いて言えば目的である臓器領域抽出の性能が最良となる表現が最良であるが、臓器抽出処理をモデルを更新するたびに実施し、その結果に基づき表現を改変することは、計算量の観点からも困難であり、そもそも、抽出性能を改良するよう表現法を改変する手続きが不明である。

このことは、臓器領域抽出性能を基準に完全にトップダウンで階層表現を改良する手続きが、現状では実現困難であることを意味するため、モデルの階層化にはボトムアップな指標についての議論が不可欠である。そして、今年度の成果はボトムアップな手続きによる下層表現のまとめ上げ方に明瞭な基準を与えうる。今年度の成果により、臓器上の各位置で、その統計的多様性の表現に適したモデルを選択できるようになった。その選択の基準は汎化性能であり、未知の臓器形状に対する表現能力である。この汎化性能はAICにより与えられた学習データのみからボトムアップに評価することが可能であり、仮に臓器領域抽出処理の性能が臓器形状の表現能力の向上にともない改善されるのであれば、トップダウンな手続きを経ること無く、臓器領域抽出精度を陰に考慮しつつ統計モデル表現を改善できる。このことは、本研究目的の達成に大きく寄与するものである。臓器の統計形状モデルの表現をq-正規分布へと拡張することにより、学習データ数がモデルパラメータと比較して過小である場合などに対して頑健なモデルを構築する枠組みを開発することに成功した。臓器表面の点群統計モデルを構築する際に最も広く採用される手法はActive Shape Modelであり、この手法は共分散行列の固有ベクトルを利用することからも分かるとおり、学習データ群が正規分布に従うことを仮定している。臓器形状の多様性を網羅するほどの多量な医用画像を収集することは極めて困難であり、学習データ数が過小であるときには共分散行列がデータ群に過適合する。このことは、正規分布から外れたデータに対してモデルが過剰に適合することにより、モデルの特異性が劣化することとも関係が深い。この問題点は従来より広く指摘されてきた。そして、この問題点に対する改善法の多くは、「学習データ数を増やす」ことや「階層化をおこなう」ことなど、従来の線形な枠組に沿った提案であった。一方、本研究で開発した手法は、従来の手法を内包する、より汎用性の高いものである。q-正規分布はメタパラメータqを有しており、qの値を変化させることにより、正規分布を表現することも可能であれば、正規分布より裾野の広い分布を表現することも可能である。同一の学習データを利用していても、異なるqの値を利用して統計モデルを構築すると、汎化性能の異なるモデルが獲得される。そこで本研究ではAIC (Akaike Information Criteria)を利用することにより、データ群の表現に最適なメタパラメータqの値を決定し、汎化性能を最大化することを提案した。また、この手法を肝臓の実データに適用することにより、肝臓の部位ごとに統計分布の表現に最適な分布が異なることを確認した。臓器の統計形状モデルの表現に、通常の正規分布を採用するのではなく、q-正規分布を採用することにより、学習データ数が少ない場合でも頑健にモデルパラメータを推定できる頑健なモデル構築法を開発した。モデルは学習データ集合より構築され、臓器の多様性の次数と比べて充分多くのデータを収集することは容易ではない。データ数が少ないとき、正規分布を採用すると、過学習によりモデルの表現能力を高くすることが難しい。従来の階層モデルも、各層における表現に正規分布を採用していた。
分子ふるい性炭素膜の新製法の開発

膜分離操作は蒸留や深冷分離などに比較してはるかに省エネルギー型の分離操作であるため、種々の分野で注目されているが、分子オーダーの分離に適用できる膜は未だ検討段階にある。これは、一つには無機膜の製造技術が確立していない点に由来する。すなわち、分子ふるい膜製造の最大のポイントは、サブオングストロームオーダーで均一な細孔を有する分子ふるい炭素の細孔径を自在に変化させる手法の確立する点にある。ここでは、この手法としてまず、各種フェノール類から架橋の異なったフェノール樹脂、添加剤を加えたフェノール樹脂を合成し、これを一定昇温速度のもと600900°Cまで炭化するといった非常に簡単かつ再現性のよい方法を提出した。この方法により、0.30.4nmの範囲で非常にシャープな細孔径を有する分子ふるい炭素を製造することに成功した。この分子ふるい炭素の吸着等温線を測定した結果、CO2は吸着するが、CH4は全く吸着せず、CO2-CH4分離が十分行えることが明らかになった。次に、フェノールとピロガロールを等分に混合して樹脂を製造、炭化することで、架橋形成を制御し、1nm付近の細孔を有する分子ふるい炭素を製造した。これから、細孔径の制御法の一つとして、架橋度の制御とその熱分解反応の制御で均一細孔径を自在に変化させ得ることが示された。また、フェノールにフェロセン(有機鉄化合物)を導入して、樹脂を製造し、これを900°Cで炭化することで、0.5nmの均一細孔径を有する分子ふるい炭素の製造にも成功し、有機質、無機金属の分子レベルでの相互作用を発現させることで、より極め細かな細孔径制御が可能であることが示唆された。現在、これらの製造法に基づいて、セラミック担体ベースに分子ふるい膜の製造を検討中である。
固相合成法を用いた強発光性銅錯体の成膜プロセスにおけるその場合成法の開発

研究初年度は、発光性Cu(I)錯体の固相合成法における融解配位子の役割を明らかにするべく、二核錯体系[Cu2I2(PR3)2(pyrpy)]のホスフィン配位子類縁体を用いた融点制御と、配位高分子[Cu2I2(m,m'-bpy)]n系におけるビピリジン配位子による融点制御を行った。二核錯体系においては用いるホスフィン配位子によって、最も低い融点を有する補助配位子pyrpyの融解によって目的錯体が形成する場合と、より高い温度が必要になる場合に分かれることが明らかとなり、融解したpyrpy液体に対するホスフィン配位子の溶解性が強く影響している可能性が示唆された(Inorg. Chem. 2018, 575929に発表済み)。配位高分子系では、110°C付近に融点を有する4,4'-ビピリジンと、室温で液体である3,3'-ビピリジンを用いて検討したところ、3,3'-bpyでは加熱する必要なく目的とする配位高分子が原料の磨砕混合により速やかに生じる一方、4,4'-bpyを用いた場合には110°C以上に加熱しないと得られないことが明らかとなった。また用いる配位子の量は、原料であるCuIに対して少過剰量必要であるものの、140°Cで余剰な配位子を揮発させて取り除くことで、完全無溶媒条件下で定量的に目的の配位高分子が得られることも明らかとした(Inorg. Chem. 2019, 58, 4456に発表済み)。以上の結果から、融解した配位子が錯体形成反応を著しく加速していることが明らかとなり、通常の溶液反応で用いる溶媒の役割を果たしていることが確認された。研究初年度の検討により、融解した配位子が反応を大幅に促進し得ること、また二種類以上の配位子を用いた系においては、それらの溶解性が生成物に至る反応性を大きく変化させうることを明らかとし、発光性Cu(I)錯体の固相合成法の基本原理を確立するに至っている。また、固相合成の長所である環境調和という観点においても、完全無溶媒条件という厳しい合成条件下で定量合成に成功しており、当初の予定以上の成果を得てきていると判断している。これまで開発してきた固相合成法はいずれも配位子の融解が反応のトリガーとなっていたが、これでは発光色制御する上で、異なる反応条件に最適化する必要が生じてしまう。そこで研究次年度では、この問題点を打破するべく、薄膜プロセスにおけるその場合成を志向して、正孔輸送剤を模したトリフェニルアミン類縁体をフラックスとした発光性Cu(I)錯体の加熱合成を検討する。フラックスの融解によって、錯体形成反応を促進することができれば、青から赤まで異なる発光色を有する錯体種を薄膜化する際にも、同一の合成条件で生成させることが可能となり、プロセスコストの大幅な軽減が図れると期待できる。同時に、従来の溶液反応では合成が困難とされた難溶性の配位子を含む発光性Cu(I)錯体および配位高分子系の検討も積極的に行い、固相合成法でのみ生成する種を積極的に探索する。

これまで開発してきた固相合成法はいずれも配位子の融解が反応のトリガーとなっていたが、これでは発光色制御する上で、異なる反応条件に最適化する必要が生じてしまう。そこで研究次年度では、この問題点を打破するべく、薄膜プロセスにおけるその場合成を志向して、正孔輸送剤を模したトリフェニルアミン類縁体をフラックスとした発光性Cu(I)錯体の加熱合成を検討する。フラックスの融解によって、錯体形成反応を促進することができれば、青から赤まで異なる発光色を有する錯体種を薄膜化する際にも、同一の合成条件で生成させることが可能となり、プロセスコストの大幅な軽減が図れると期待できる。同時に、従来の溶液反応では合成が困難とされた難溶性の配位子を含む発光性Cu(I)錯体および配位高分子系の検討も積極的に行い、固相合成法でのみ生成する種を積極的に探索する。当初の計画よりも必要経費が抑制できた結果18万円程度の繰越金が生じたが、これは翌年度の必要経費(合成用試薬や成果発表に関わる旅費等)に充当することで運用する予定である。
甲状腺ホルモン受容体遺伝子異常の発現と機能に関する分子生物学的研究

1.異常T3レセプターの機能解析全身型甲状腺ホルモン不応症と不垂体型不応症患者から我々がこれまでに同定した異常T3レセプター(TR)(mTR K443E,R338W)をCV1細胞、COS細胞へ発現させ、正常TRの機能に対する作用を検討した。全身型mTR(K443E)と下垂体型mTR(R338W)をそれぞれ細胞に発現させ、T3結合能を測定した所、いずれも正常TRの結合能に比べ親和定数が1/10以下に低下していた。種々のTRE(TREpa12,direct repeat,αMHC,malic enzyme)をCAT-レポーター遺伝子に組み込み、mTRとともに細胞に導入してCATアッセイにて転写活性能を測定した。両mTRとも正常TRより転写活性能は低かったが、特に全身型異常レセプターK443Eは下垂体型R338Wより有意に低下していた。異常TRが正常TRの機能を阻害するドミナントネガチブ作用が、不応症の発症機序に重要である。mTRと正常TRをレポーター遺伝子と共に細胞へトランスフェクトし、このドミナントネガチブの強さを検討すると、下垂体型mTRは全身型のそれに比べ明らかに弱かった。すなわち末梢組織の反応性を反映すると考えられる今回の実験条件下では、全身型および下垂体型不応症の表現型と異常TRのドミナントネガチブ作用の強さは平行していた。現在TSHα-TREレポータ遺伝子を用いた転写活性能測定を行う一方、TR、mTR、RXRと標識TREを結合させゲルシフト法でホモダイマー、ヘテロダイマー形成を解析している。2.特異なTR遺伝子異常の同定全身型不応症の9才女児より極めて珍しいTR遺伝子異常を発見した。二塩基が連続して点突然変異を生じ、Phe-451がstop codonに変化したためC端側11個のアミノ酸が欠失していた。患者は知能障害をきたし強い不応症を呈していたが、このtrancated mTRの機能も著しく障害されていた。この異常遺伝子の持つ強力なドミナントネガチブ作用の機序を検討している。
タンパク質溶液の膜面傾斜型限外濾過における膜面堆積層の濃度分布の実測

タンパク質溶液の分離・濃縮で重要な限外濾過におけるファウリング機構を解明するため、本研究では、タンパク質溶液の膜面傾斜型限外濾過における膜面堆積層(濾過ケーク)の濃度分布を実施し、以下の知見を得た。1多量の濾過ケークの生成が容易に可能な膜面傾斜型濾過を利用して、BSA溶液の限外濾過を行い、生成濾過ケーク内のBSAの濃度分布を比較的簡単に実測できる事を示した。2濃度分布の測定結果から、限外濾過で形成されるケークは、従来の濾過ケークを同様に膜面近傍に近づくにつれ次第に高濃度となることが明らかとなった。また、濾過の進行に伴い、次第にケークが成長することも見い出した。3濾過面積急縮小型濾過実験の結果を利用した理論解析により、限外濾過で形成されるケーク層の特性をよく説明できることを明らかにした。以上のように、本研究では限外濾過における堆積タンパク質層の濃度分布を測定する手法を開発し、限外濾過過程で形成される膜面堆積層の特性を明らかにした。さらに種々の試料、濾過条件で実験を行い、さらに詳細な限外濾過機構の解明のための基礎データを収集することが重要と考えられる。タンパク質溶液の分離・濃縮で重要な限外濾過のファウリング機構を解明するため、本研究では、タンパク質溶液の膜面傾斜型限外濾過における膜面堆積層の濃度分布を実測し、以下の知見を得た。1タンパク質溶液の代表例としてBSA溶液について、試作濾過器を用いて膜面傾斜型限外濾過を行った。ある一定量の濾液を得た時点で濾過を中止し、生成したBSA堆積層内の種々の位置の試料をパスツールピペットで採取した。紫外可視分光光度計によりBSA濃度を測定し、堆積層の濃度分布を求めた。その結果、従来の濾過ケークと同様に層内は濃度分布をもち、膜面近傍に近づくにつれ濃度が急激に増大することを明らかにした。2膜面傾斜型濾過を行い、厚い堆積層を形成させた後、膜面傾斜角度を変化させて引き続き下向流濾過を行うと、初めから下向流濾過を行った場合とまったく同じ濾過挙動を示すことを明らかにした。この知見に基づき、膜面傾斜型濾過に引き続き下向流濾過を行い、下向流濾過におけるBSA堆積層の濃度分布を求めた。下向流濾過においても、膜面近傍で高い濃度を示すことが明らかとなった。濾過された溶液中に含まれるBSAのほとんどすべてが堆積層の構成分子となり、膜面傾斜型、下向流濾過の両期間を通じて再び原液側に戻らないこともわかった。さらに種々の試料、濾過条件で実験を行うとともに、導電率測定に基づく、より精度が高い濃度分布の結果を得て、ファウリング機構を究明するための基礎的知見を得る予定である。タンパク質溶液の分離・濃縮で重要な限外濾過におけるファウリング機構を解明するため、本研究では、タンパク質溶液の膜面傾斜型限外濾過における膜面堆積層(濾過ケーク)の濃度分布を実測し、以下の知見を得た。1多量の濾過ケークの生成が容易に可能な膜面傾斜型濾過を利用して、BSA溶液の限外濾過を行い、生成濾過ケーク内のBSAの濃度分布を比較的簡単に実測できることを示した。2濃度分布の測定結果から、限外濾過で形成されるケークは、従来の濾過ケークと同様に膜面近傍に近づくにつれ次第に高濃度となることが明らかとなった。
ｓｈＲＮＡライブラリーを用いた新たな破骨細胞分化制御因子の探索と調節機構の解析

hRNAレンチウイルスライブラリーを用いて、破骨細胞の分化に必須な調節因子のスクリーニングを行うために、カテプシンKプロモーター制御下でVenusを発現するレポーター細胞RAW-ctsk-Venus1を作成した。レポーター細胞からRANKLで誘導されるVenus陽性細胞の中でVenus発現が低い集団は細胞表面のRANKの発現が低下していた。レポーター細胞にshRNAライブラリーを感染させVenus発現が低下する細胞集団に多く含まれるshRNAの解析を行なった結果、MAP3KとVav3などのシグナル因子や破骨細胞の分化制御に関わると考えられる新たな転写因子が明らかとなった。本年度においては、レンチウイルスのshRNAライブラリーを用いて破骨細胞の分化制御に関わるタンパク質を明らかにするために、まず昨年度作成した破骨細胞分化誘導により蛍光タンパク質を発現するレポーター細胞の発現誘導の詳細な解析を行った。RANKLにより、蛍光タンパク質Venusを発現誘導するマクロファージ細胞株RAW264のレポーター細胞クローン1020クローンにRANKLを添加し、Venusの発現をFACSで解析し、バックグラウンドが低く、Venusの発現誘導が高いクローンを選択した。Venusのタイムコースの強度変化を解析した結果、多核の破骨細胞が出現する前の24時間後に一部の細胞でVenusの強度が変化し始めることがわかった。また、破骨細胞の転写因子NFATc1及びc-FosのshRNAレンチベクター及びコントロールとしてEGFPshRNAレンチベクターを構築し、HEK293T細胞でレンチウイルス粒子を作成し、このレンチウイルスをRAWクローンに感染させFACSによりVenus陽性細胞の強度を検討した結果、RANKL添加2436時間後にc-Fos shRNAレンチウルイスを感染した場合に、一部の細胞集団のVenusの発現が抑制されることがわかった。現在、shRNAライブラリーを取得し、RANKLで増加するVenus陽性細胞の細胞表面抗原の解析を行い、FACSAriaにより、この細胞集団を効率よく濃縮させる条件検討を行っている。また、別の方法で明らかとなった破骨細胞分化に関わる新たなタンパク質の発現を、shRNAレンチウイルスを用いて抑制したところ、RAW264レポーター細胞のVenus発現やNFATc1やc-Fosの発現を抑制することも見出している。破骨細胞は造血幹細胞に由来する細胞で、正常な骨代謝や病的な骨破壊において重要な役割を持っている。破骨細胞分化因子RANKLが明らかとされ、RANKLで発現が誘導される遺伝子の網羅的な解析等から破骨細胞の分化に関わるタンパク質が多く明らかにされている。しかしながら、どのように破骨細胞特異的な分化調節が行われているかまだ不明な点が多い。本研究では、発現が低いが破骨細胞分化に必須な遺伝子をスクリーニング出来る方法として、shRNAライブラリーを用いてsiRNAによる分化の抑制を指標に破骨細胞の分化に必須な新たな調節因子をスクリーニングすることを目的とした。そこで、今年度は、効率よく遺伝子をスクリーニングするために破骨細胞に分化すると蛍光蛋白質を発現するレポーター細胞を作成することを試みた。破骨細胞において特異的に発現するカテプシンKのプロモーター及びNFATc1応答配列を、GFPの改変型蛍光蛋白質VenusやCrimsonなどの蛍光蛋白質の遺伝子の上流に結合させた選択マーカー付きプラスミドを作成した。これらのプラスミドをマクロファージ細胞株RAW-Dに遺伝子導入した結果、RANKLで誘導される破骨細胞に蛍光蛋白質の発現が検出された。そこで、これらのプラスミドが染色体に組み込まれたRAW-Dクローンを作成した。それぞれのクローンにRANKLを添加して破骨細胞分化を誘導し、蛍光蛋白質の発現を共焦点レーザー顕微鏡により解析しレポーター細胞のスクリーニングを行った。その中に一つRAW-ctsk-Venus1はRANKL添加により、殆どの細胞がVenusの発現を誘導しその中でも一部の単核細胞は強く発現した。また3日間でVenusを発現する多核細胞を形成した。発現の上昇は特異的で破骨細胞を誘導しないLPSやTNFでは上昇しなかった。昨年度までに、破骨細胞に破骨細胞に分化するとVenusを発現するレポーター細胞を作成し、Venusの発現誘導やレンチウイルス感染至適条件の設定を行なってきた。本年度は、レンチウイルスのshRNAライブラリープラスミドを取得しウイルス粒子を作成し、RAW-Venus細胞に感染させりVenus強度が減少する細胞集団を濃縮し、ウイルスゲノムshRNAを次世代シークエンスにより解析するためにゲノム抽出を行なった。まず、ウイルス感染で細胞分化が影響を受けるVenus陽性細胞集団の特性を調べた。RAW-Venus細胞をRANKLで刺激して細胞表面のFACS解析を行なったところ、CD11bの発現は変化せずRANKの発現は上昇しており、この細胞が前駆細胞であると考えられた。次にshRNAレンチウイルスライブラリーを作成し、RAW-Venus細胞に感染させpuromycinで選択し、さらにRANKLで40-44時間刺激した。細胞の抗体染色を行ない、FACSによりVenus強度と細胞の細胞表面の膜タンパク質CD11b、RANK及びDC-Stampの発現をコントロールベクター感染と比較解析を行なった。その結果、単核のVenus陽性破骨細胞前駆細胞ではコントロールと比較し、shRNAウイルス感染によりCD11bとDC-stampの発現は変化しなかったがVenusとRANKの発現が顕著に低下する集団が現れた。そこで、このVenus及びRANK発現が低下した細胞集団をFACSariaを用いて濃縮しゲノム抽出を行なった。比較対照としてはVenus陽性の細胞全体を用い、これら2つの集団に含まれるshRNAを比較解析することにより、破骨細胞の分化制御に関わる遺伝子の探索を行なっている。

また、この研究に関連して、shRNAレンチウイルス感染により発現を抑制すると、破骨細胞の分化が阻害されるいくつかの遺伝子の解析も行なった。RANKLで発現が変化する遺伝子の網羅的な解析は多く行われているが、破骨細胞分化に必須な制御蛋白質についてはまだ情報が不足している。本研究では、バーコート配列付のプール型shRNAレンチウイルスライブラリーを用いてshRNAによる分化の抑制を指標に、破骨細胞の分化に必須な新たな調節因子をスクリーニングすることを試みた。昨年までの研究により、スクリーニングに用いる破骨細胞分化誘導により蛍光タンパク質Venusを発現するレポーター細胞、RAW-V1細胞を作成し、shRNAにより破骨細胞の分化が抑制されたVenus陽性細胞の細胞表面抗原の性状を解析した。今年度は、コントロールVenus陽性細胞集団P5とshRNAライブラリー感染によりVenus発現が低下する細胞集団P4を、セルソーターを用いて分取し、ゲノムを抽出後ゲノム中のバーコードの配列を次世代シーケンサーを用いて解析することにより、破骨細胞分化抑制に関わるshRNAの解析を行なった。その結果P5と比較しP4には100倍以上濃縮されているshRNAが168遺伝子、10以上濃縮されている遺伝子が369遺伝子明らかになった。その中には、破骨細胞では報告されていない転写因子が5つと破骨細胞での機能が報告されているMAP3KとVav3を含むシグナル因子や膜受容体、破骨細胞の骨吸収に関わるMMP9、gelsolinなどの分泌因子が含まれていた。さらに、T細胞の分化や活性化に関わる因子が多く含まれていた。一方、破骨細胞分化で働くことが報告されているFos, Jun, Nfatc1のshRNAはP5と比較しP4で2倍から4倍程度の濃縮が見られた。P4で多く見られた遺伝子の破骨細胞分化における発現とshRNAノックダウンの作用を調べた結果、いくつかの遺伝子ではRANKLで発現が誘導されノックダウンにより分化が抑制された。hRNAレンチウイルスライブラリーを用いて、破骨細胞の分化に必須な調節因子のスクリーニングを行うために、カテプシンKプロモーター制御下でVenusを発現するレポーター細胞RAW-ctsk-Venus1を作成した。レポーター細胞からRANKLで誘導されるVenus陽性細胞の中でVenus発現が低い集団は細胞表面のRANKの発現が低下していた。レポーター細胞にshRNAライブラリーを感染させVenus発現が低下する細胞集団に多く含まれるshRNAの解析を行なった結果、MAP3KとVav3などのシグナル因子や破骨細胞の分化制御に関わると考えられる新たな転写因子が明らかとなった。
放射線誘起絶縁体金属転移の基礎過程解明と新規放射線検出素子開発への展開

各種の遷移金属酸化物を対象として、放射線照射による永続的光伝導の有無とその大きさを検討した。その結果、放射線照射による永続的光伝導が生じるための条件として、軌道整列状態が基底状態であることが示された。また、多結晶体での永続的光伝導では、粒径や粒界の影響を強く受けることが示され、放射線検出素子開発において克服すべき問題であることが示された。ペロブスカイト型Mn酸化物は,電荷,スピン,軌道,格子の強い相互作用により複雑な相図を示す。これらの相互作用は外圧,電場,磁場,X線といった摂動によりバランスを崩し,物性に劇的な変化をもたらす。中でもX線を用いた照射実験では,既知のものとは異なる興味深い照射効果が報告されている[1]。既知の照射効果は格子欠陥の生成や化学結合の生成/切断を伴うが,上記の新奇な照射効果には僅かな格子歪みの変化が随伴するのみである。この特異な照射効果についての研究はほとんどなされておらず,その詳細は未解明のままである。そこで本研究では,当該X線照射効果発現の必要条件を見いだすことを目的とした。研究対象として基底状態の異なるLa7/8Sr1/8MnO3(LSMO)とLa7/8Ca1/8MnO3(LCMO)を選んだ。前者はこれまでに照射効果が観測されている電荷/軌道秩序状態(ポーラロン秩序)にあり,後者は電荷秩序を呈さず,hole-poorな媒体中にhole-richな領域が相分離した状態にある。このhole-poor領域は軌道秩序で特徴付けられ,ポーラロンが短距離に相関している。この二つの物質に対し,X線照射実験を行い,それらの結果からペロブスカイトMn酸化物におけるX線誘起永続的光伝導(PPC)の発現挙動を探究した。その結果、LSMOとLCMOの両方の系において、電気抵抗率は,X線照射量の増大に伴い低下し,照射停止後も低抵抗状態が維持されるPPCが観測された。これは,ペロブスカイト型Mn酸化物の電荷秩序を呈さない系における初のPPC観測結果である。この結果から,電荷秩序相の形成が,必ずしもPPCを起こす条件とはいえないことが示された。中でもX線を用いた照射実験では,既知のものとは異なる興味深い照射効果が報告されている。そこで本研究では,多結晶体を対象として、当該X線照射効果発現の必票条件を見いだすことを目的とした。研究対象として基底状態の異なるPrCaMnO3を選択した。当該物質中の、PrとCaの組成を変化させてMnの平均価数を変化させた焼結体を作製した。電子線プローブマイクロ分析の結果、得られた試料での均一な元素分布が確認された。この試料に対し、低温でX線照射しながら電気伝導度の測定を行った。その結果、単結晶試料では急激な伝導度上昇の観測された系においても、ほとんど永続的光伝導が観測されなかった。これは、多結晶試料における粒径が数μm程度であり、その結晶粒界における伝導電子散乱の寄与が大きかったためであると考えられる。放射線検出素子としての応用を考慮する上で、多結晶試料を想定する。そのため、本研究の結果は、多結晶試料の粒径など、焼結条件の最適化による感度向上が必要であることを示すものである。
中・高等学校での英語授業における英語によるアクティブラーニングに関する研究

本研究の目的は,アクティブラーニング(AL)の視点から中・高等学校の英語授業における教師・生徒の英語使用の実態を調査し,その改善を提案することである。具体的には,(1) ALの理論研究及び効果に関する実証研究の概観,(2)中・高等学校の英語授業における教師・生徒の英語使用及びALの実態調査,(3)調査に基づく英語授業におけるALの提案,(4)提案に基づく授業実施とその効果検証,である。(1)では,平成29年度に,(a)海外ではALの有効性が検証されているが,国内では殆ど検証されていない,(b) ALにおいて協同学習(CL)の果たす役割が大きく,国内の代表的なALの実践では,CLの原理が概ね反映されていること,が示された。(2)では,英語使用に関しては文科省の全国調査が有り,ALの実態については,予備調査において,英語授業におけるALは検討段階であることが示され,実態調査が不要であると判明した。(3)では,平成30年度に,中・高等学校の英語授業におけるALに先駆けて,大学生対象の英語使用による二種類の英語科教育法の授業において,CLに基づくALを実践し,その効果を検証した。また,高等学校英語科教員のCLに対する認識とCL実施状況との関係を調査した。その結果,(a)中規模(60名)の講義形式の授業では,細切れにした講義の間に小グループでの討議を入れ込むサンドウィッチ方式のCLを実施し,CLに対する認識及びリスニングに対する動機づけが幾分向上した,(b)小規模(15名)の演習形式の授業では,小グループでの模擬授業,討議,プレゼンが中心のCLを実施し,CLに対する認識及びスピーキングに対する動機づけが向上した,(c)高等学校英語科教員のCLに対する認識は,概ね肯定的であり,CL実施状況とのCLに対する肯定的な認識には関係がある,等が示された。本研究の目的(1)は平成29年度の研究で実施し,目的(2)に関する調査は不要となった。平成30年度の研究では,目的(3),(4)に関して,中・高等学校の英語授業におけるALに先駆けて,大学生対象の英語使用による授業におけるCLに基づくALを実施・検証した。これは,中・高等学校の英語授業にCL提案・実施するうえで参考になった。また,高等学校英語科教員のCLに対する認識及びCL実施状況との関係が概ね肯定的であることが示され,中・高等学校におけるCLに基づくALの提案・実施を後押しされた。これは,目的(3),(4)に繋がるものである。平成31年度では,平成29,30年度の研究に基づき,中・高等学校の英語授業において,生徒の英語使用の進めるために,CLに基づくALの提案をする。また,中・高等学校の英語授業において,この提案に基づく授業を実践して貰い,その効果の検証することを目指す。まず,中・高等学校の英語授業を念頭に,英語使用で機能するタスク(グループ活動)の基本形を提案する。続いて,具体的に,教科書に基づく授業の中で使えるタスクを提案する。さらに,この提案を取り入れて実践する中・高等学校を選定し,実践して貰い,効果の検証することを目指す。具体的には,(1)ALの理論研究及び効果に関する実証研究の概観,(2)中・高等学校の英語授業における教師・生徒の英語使用及びALの実態調査,(3)調査に基づく英語授業におけるALの提案,(4)提案に基づく授業実施とその効果検証,の4つである。平成29年度には,(1)と(2)の一部を実施した。(1)に関しては,国内の文献はCiniiで「効果,アクティブラーニング,中学校(または高校)」と検索し,各々14と20の研究を概観したが,ALの効果を検証したものは殆どなく,これまでの指摘(溝上,2014)と一致した。海外の文献はERICで「active learning, effects, secondary education」と検索し70の研究を概観したが,約半数で効果が検証され,概ねALの有効性を示された。大学教育に関するメタ研究(Freeman, et al, 2014等)や中等教育に関するメタ研究(Lipsey, et al., 2012等)が示すALの効果を追認された。理論面では,ALに係る協同学習に注目した。協同学習がALに及ぼす影響に関して,5つの基本的構成要素(Johnson & Johnson,2009)の観点で,中・高等学校におけるALの実践例(西川,2016,2017,山本,2015,2016)を探ったが,「グループの改善手続き」以外の4要素の係わりが示された。(2)に関しては,大学生を対象とするALの実践を報告し,大学生を対象とする協同学習に関する認識を調査する質問紙を作成した。これは,中・高校生のAL及び協同学習に対する認識調査の基になるものである。平成29年度の研究実施計画は,(1)ALに関する理論研究及び効果に関する実証研究における知見を整理し,(2)中・高等学校の英語授業における教師・生徒の英語使用及びALの実態調査に係る準備をする,であった。(1)に関しては,研究実績の概要に記したように,我が国の中・高等学校におけるALが実証的研究の段階にないことが確認され,ALにおける協同学習の重要な役割も示すことができた。(2)に関しては,ALに係る協同学習に関する大学生の認識を調査する質問紙を作成した。