hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
弾性および非弾性共鳴X線散乱の理論的研究

共鳴X線散乱は弾性散乱と非弾性散乱に大別されるが、それぞれのスペクトルを微視的立場から理論的に解析し、その機構の解明を行い、以下の成果を得た。弾性散乱(RXS)1.第一原理計算を用いて、Crのスピン密度波(SDW)相における、K吸収端スペクトルを解析し、p-d混成相互作用を通して周りのCr原子の3d状態の軌道分極が4p状態に軌道分極をもたらすという機構を明らかにした。スピン密度波(SDW)状態のCr金属は、電荷密度波(CDW)状態も伴っている。CrのL吸収端を用いたCDW超格子ブラッグ点での共鳴X線散乱実験を提案し、強い散乱強度が現れることを予言した。SDW状態の交換ポテンシャルによって生じる非占有3d状態の変調が原因であると結論された。2.局在電子描像に基づいて、双極子遷移および四重極遷移によるスペクトルと多重極秩序との関係をあらわす一般式を導いた。また、その応用として、NpO_2およびCe_<1-x>La_xB_6のスペクトルの解析を行い、八重極子秩序とスペクトルの関係を明らかにした。非弾性散乱(RIXS)1.Keldyshグリーン関数を用いてRIXSスペクトルの一般的定式化を行い、内殻正孔ポテンシャルによる多重散乱効果の解析を行った。ボルン近似がかなりよい近似であることが示された。また、この定式化を、La_2CuO_4、擬一次元物質であるSrCuO_2,CuGeO_3、反強磁性絶縁体NiOに対して適用した。スペクトルの形状、運動量依存性など、実験をよく再現する結果が得られ、電荷励起とスペクトルの関係を明らかにした。2.ハイゼンベルグ反強磁性体における2マグノン励起に対応するRIXSスペクトルの定式化を行い、1/S展開(Sはスピンの大きさ)を用いて具体的にスペクトルを求め、光学領域のラマン散乱スペクトルとの違いを明確にした。共鳴X線散乱スペクトルを微視的立場から理論的に解析し、その機構の解明を行い以下の成果を得た。弾性散乱1.第一原理計算に基づき、Crのスピン密度波(SDW)相における、K吸収端共鳴X線散乱スペクトルを解析した。CrのSDW秩序に対応する超格子点散乱強度は、4p状態の軌道分極から生じる。本研究から、4p状態の空間的に広がった性質により、p-d混成相互作用を通して周りのCr原子の3d状態の軌道分極が4p状態に軌道分極をもたらすという機構が明らかになった。このことは、スペクトルから秩序相の情報を得る上で重要な制限を与える。2.URu_2Si_2の低温相は、どのような対称性をもっているかわかっていない。UのM_<4,5>吸収端共鳴X線散乱スペクトルを局在模型に基づき解析し、相の対称性とスペクトル形状との関係を研究した。四重極子相と八重極子相とではスペクトルの形に違いがないが、双極子相ではスペクトル形状が違うことを見出し、スペクトルから多重極子相同定の可能性を議論した。非弾性散乱1.第一原理計算に基づき、SiのK吸収端における共鳴非弾性X線散乱(RIXS)スペクトルの解析を行った。スペクトルは価電子帯から伝導帯への電荷励起から生じるが、終状態の運動量が変化するとスペクトルが系統的に変化する。その変化をよく再現する結果を得るとともに、バンド構造との関連を明らかにした。

2.以前にLa_2CuO_4におけるCu K吸収端におけるRIXSスペクトルの解析をおこなったが、その手法を拡張して、SrCuO_2やSr_2CuO_3といった擬一次元系におけるRIXSスペクトルの解析を行った。d-p模型に基づき、反強磁性状態にハートレーフォック法を用いて、電荷励起状態を記述した。電子相関効果は乱雑位相近似を用いて取り入れた。スペクトルの2ピーク構造や終状態の運動量変化によるピークの動き等実験結果をよく説明するとともに、スペクトルの発現機構を明らかにした。乱雑位相近似による補正は実験結果の定量的理解に重要であることがわかった。前年度に引き続き、共鳴X線散乱スペクトルを微視的立場から理論的に解析し、その機構を解明した。具体的な成果は以下のとおりである。弾性散乱1.局在電子描像に基づいて、双極子遷移共鳴によるX線散乱スペクトルと多重極秩序との関係をあらわす一般式を導いた。また、その応用として、NpO_2のスペクトルの解析を行い、triple-q八重極子秩序とスペクトルの関係を明らかにした。2.スピン密度波(SDW)状態のCr金属は、電荷密度波(CDW)状態も伴っている。CrのL吸収端を用いてCDW超格子ブラッグ点での共鳴X線散乱実験を提案し、第一原理計算に基づくスペクトルの計算を具体的に行った。強い散乱強度が現れることが予言され、SDW状態の交換ポテンシャルによって生じる非占有3d状態の変調が原因であると結論された。非弾性散乱(RIXS)1.野村・五十嵐によるKeldyshグリーン関数を用いたRIXSスペクトルの定式化を用いて、擬一次元物質のCuGeO_3における実験結果の解析を行った。d-p模型を用いてハートレーフォック近似に乱雑位相近似の効果を加えた。スペクトルの形状、運動量依存性など、実験をよく再現する結果を得ることができ、電荷励起とスペクトルの関係が明らかになった。2.NiOにおけるRIXSスペクトルの解析を、多重バンドタイトバインデング模型に基づき、ハートレーフォック近似を用いて行った。スペクトルのピークの運動量依存性がよく説明され、電荷励起との関係が明らかになった。前年度に引き続き、共鳴X線散乱スペクトルを微視的立場から理論的に解析し、その機構の解明を行い、以下の結果を得た。弾性散乱1.局在電子描像に基づいて、四重極遷移による共鳴X線散乱スペクトルと多重秩序との関係をあらわす一般式を導いた。"fast collision"近似をこえた定式化により、スペクトルの形状が議論できるようになった。また、この定式化を用いて、Ce_<1-x>La_xB_6における共鳴X線散乱の解析を行い、人重極秩序とスペクトルの関係を明らかにした。2.前年度に得た双極子遷移にたいする定式化を用いて、U_<0.75>Np_<0.25>O_2とUO_2のtriple-k秩序状態におけるU及びNpのM吸収端共鳴X線散乱スペクトルの解析を行い、スペクトルと秩序相との関連を明らかにした。非弾性散乱(RIXS)1.Keldyshグリーン関数を用いたRIXSスペクトルの定式化(野村・五十嵐による)では、内殻正孔によるポテンシャルをボルン近似で扱っている。La_2CuO_4におけるCu K端RIXSスペクトルに対して多重散乱を取り入れて計算し、ボルン近似が正当化される結論を得た。
東アジアにおける介護と育児のダブルケア負担に関するケアレジーム比較分析

本研究は、晩産化・超少子化・高齢化が同時進行する東アジア社会において、介護と育児のダブルケア分担という新たな社会的リスクにいかに対応しているのか、あるいは対応できずにいるのか、その対応の仕方の共通点と差異は何かを、ミクロな家族の実態分析と制度分析を通じて、日本・韓国・中国・台湾・香港とのケアレジーム比較研究から明らかにした。晩産化、超少子化、高齢化の同時進行は、現存の介護サービス、育児サービスを使いこなしながら親の介護と子育てという「ダブルケア負担」に対応しなければならない世帯が増加することが推察され、包摂的なケア政策の構想が東アジア全体で求められる。第一に、研究実施計画の通り、科研スタートアップ会議を共同研究者と6月に予定通り実施し、3カ年の研究計画や到達目標、初年度の日本実査、2年目の台湾・香港等の実査、最終年次の成果発表について議論し、研究チーム内で認識を共有化した。ウェブ調査、携帯ネット調査、インタビュー調査など、各社会で適切な調査法についても留意して、介護と育児の同時進行というダブルケア問題を把握しなければならないことを確認した。第二に、2012年度の日本における実査(量的調査約1,500人等)を予定通り終え、中間報告として横浜市の調査季報へ投稿し(「ダブルケア(子育てと介護の同時進行)から考える新たな家族政策一世代間連帯とジェンダー平等に向けて」)、少子化・高齢化・晩婚化・晩産化の進行する日本や東アジア社会におけるダブルケア問題の重要性について発表した。また、日本調査の中間報告として、分析報告会の実施(横浜市と共催)へとつなげた。統計データではとらえきれない、介護と育児のダブルケアというテーマの重要性や、分析の要点や方向性について議論を行った。第三に、ダブルケア当事者(現在ダブルケア直面中、過去にダブルケア経験)へのインタビュー調査を実施中であり、量的調査からではとらえきれない、ダブルケア問題の深刻さや多様性を把握し、ダブルケアのパターンを析出した。以上の日本調査の内容を、日本語での学術雑誌投稿への準備、ならびに、2013年6月に開催される香港での国際会議にて発表する論文へとまとめた。第一に、研究実施計画の通り、香港・台湾・韓国での実査を予定通り終えることができた。量的調査については、データクリーニング・単純集計・クロス集計の作業をしている。質的調査については、スクリプトをもとに詳細の分析中である。7月の国際社会学会発表に向け、各社会での介護と育児の同時進行というダブルケア問題の特質を析出するためのデータを得ることができたと認識している。第二に、2013年度の日本における実査(量的調査約1,500人等)からさらに、横浜のみに焦点をしぼり、追加の量的調査(401名)を終えることができた。第一弾の調査では、専業主婦層のサンプルが多かったため、今回は就業中の女性を中心に、横浜に絞って、データを得ることができた。日本調査の中間報告として、分析報告会の実施(横浜市と共催)を行い、支援課題についても議論を深めることができた。第三に、昨年度から引き続き、ダブルケア当事者(現在ダブルケア直面中、過去にダブルケア経験)へのインタビュー調査を実施中であり、量的調査からではとらえきれない、ダブルケア問題の深刻さや多様性を把握し、ダブルケアのパターンを析出している。以上の調査の内容を、2014年7月の横浜における国際社会学会で発表し、査読付き英語論文への投稿をまとめる予定で準備している。晩産化・超少子化・高齢化が同時進行する東アジア諸国において、介護と育児のダブルケア分担という新たな社会的リスクが進行している。各国において、その対応の仕方の共通点や差異は何かを、ミクロな家族の実態分析と制度分析を通じて、日本・韓国・中国・台湾・香港とのケアレジーム比較研究から、明らかにすることを目的としてきた。最終年度は、大きく二点の重点課題、すなわち、(1)これまでの調査分析を論文へとまとめていくことと、(2)シンポジウム開催や地域社会への還元、に取り組んだ。第一に、研究実施計画通り、国際社会学会(ISA横浜大会)で、日本のダブルケア調査分析と、日本・韓国・台湾・香港の比較調査分析の発表を行い、有益なインプットを得ることができた。日本のダブルケア調査分析の論文は、共同研究者とともに英語の共著論文として近刊される。比較調査分析については、一部、追加調査を現在実施中であり、そのデータを補充した後、査読付き英語論文へ投稿する準備を進めている。第二に、研究実施計画通り、ダブルケア研究のホームページを通じて、社会的発信を行うとともに、2015年1月20日に横浜市政策局後援で、ダブルケアシンポジウムを実施し、100名以上の方々にご参加いただき、分科会討論も活発になされた。具体的な地域ダブルケア支援実践もはじまり、研究の地域社会的還元にも力を注いでいる。ダブルケアというテーマから、政策イノベーションの研究としても注目すべき活動が生まれている。

26年度が最終年度であるため、記入しない。社会福祉学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究成果が、国際ジャーナルの投稿論文や行政の雑誌論文として発表されたとともに、日本のダブルケア実査が着実に進行しているため。上記のとおり、日本・韓国・台湾・韓国・香港での実査が予定通り進行し、2014年7月の国際社会学会での発表準備が順調に進行していることと、日本での社会的発信のために、ダブルケアのホームページを立ち上げ(http://double-care.com/)、社会的発信に努め、当事者の座談会の実施し当事者への還元にも努めたため。2013年度は、台湾・香港・韓国における実査、ならびに、日本の追加調査(一時保育施設など)を予定している。また6月の香港における国際会議発表、7月の北京における国際会議発表の成果発表の論文準備を計画している。2014年度は、7月の横浜での国際社会学会における国際会議発表、その後の成果発表の論文準備を計画している。また、社会的発信や成果の還元として、年度末に横浜市においてシンポジウムを開催したり、当事者同士の座談会を実施する。加えて、ホームページでの社会的成果発信に努める。台湾・香港・韓国における実査、ならびに、日本の第二弾追加調査(一時保育施設、保育園など)、第三弾追加調査(グループインタビューの実施、包括支援センター調査)の経費(調査委託・人件費・謝金等)に使用する計画である。直接経費次年度使用額が生じたのは、日本の第一弾調査をNPO(非営利法人)に委託したことで、非常に安価な調査費用で実査が可能となったためである。2013年度はこの費用をもとに、第三弾追加調査(グループインタビューの実施、包括支援センター調査)を実施し、質的調査を発展させて、ダブルケアの実態把握を深化させる。2013年度は、横浜国立大学での大学経費で対応した部分もあり、また、NPOに調査委託したことで、研究費をおさえることができた。今年度は、7月の横浜における国際社会学会での論文準備(ネイティブチェック費用等)、旅費等、その後の投稿論文執筆のためのネイティブチェック費用、残りのインタビュー調査の経費(謝金等)、シンポジウム開催の経費(旅費、会議費等)、座談会実施の経費(旅費、会議費等)が必要となる。
生体を模倣する試験管内アミロイド線維形成反応系の構築

生体内でのアミロイド線維形成機構を解明する為に、生体内環境を模倣した試験管内線維形成系を構築し解析した。1アルツハイマー病βアミロイド(Aβ)線維の重合核形成の際に、気液界面を排除し低濃度Aβペプチドを添加し、蛋白質をコートしたセファロースビーズを撹拌子として反応させることで、自発的な核形成を抑えた重合反応系を構築した。これを用いて、ある種の細胞外マトリックス成分がAβ線維の形成を促進することを示した。2Aβ線維の重合反応を更に生理条件に近づけるため、反応セルに低濃度のAβペプチドを連続的に供給して重合させる開放型の反応系を試作した。難治性疾患であるアミロイド症を引きおこす各種アミロイド線維、特にアルツハイマー病βアミロイド(Aβ)およびβ2-ミクログロブリン(β2-m)アミロイド(透析アミロイド)の形成機構を解析した。(a) Aβペプチドは試験管内で重合し線維を形成する。従来一般的に、10-100 μM程度のAβ濃度で試験管内重合反応が行われていた。昨年度、線維形成を強力に促進する気液界面を除去し、更に重合核形成を誘起しにくい担体に蛋白質を固定化し攪拌して、Aβ濃度5 μMで重合反応を評価できる反応系を構築した。従来は重合を抑制すると報告された細胞外マトリックス成分が、より生体条件に近い本反応系では、重合を促進することを見出し、本年度論文を発表した。一方、脳内のAβ濃度は10 nM以下であるが、閉鎖型反応系では1 μM程度以下にはできないことが判明した。そこで本年度は、改良閉鎖反応系の開発で得られた知見を基にして、開放型反応系の構築を試みた。即ち、細胞外マトリクス成分を固定した当該担体を、気液界面を無くした反応容器に入れ、シリンジを用いて10-100 nM程度のAβ40ペプチドを数週間にわたって連続的に添加・排出する開放型反応系を作成している。複数の測定系と反応系を試行した結果、1 μM Aβ40以下での線維増加反応が観察可能になりつつある。このような反応系は脳内におけるAβ線維形成をさらに忠実に再現できる可能性が高く、更に改良を進めている。(b) β2-mアミロイド線維形成機構の解析:β2-mアミロイド線維形成において、リゾリン脂質等のβ2-mの立体構造を部分的に不安定化させる因子が必要である。生体因子の候補群が生体中でβ2-mに相互作用していることを検出する方法を調査検討中である。(a) Aβアミロイド線維形成に関与する各種生体環境条件について、その影響を評価した。(a-1)アミロイド線維の重合核形成を誘起する生体因子の探索。低濃度Aβペプチド溶液中で気液界面の影響を排除して、さらに各種蛋白質を攪拌子(担体)に固定して反応液中で攪拌する反応系を構築した。これにより、蛋白質によるアミロイド線維重合核形成の誘起を従来より生理的条件に近い状態で検出することが可能になった。また、アミロイド線維の形成が開始する時間をパラメーターとして、線維形成の促進を統計的に解析する手法を開発した。これを用いて、細胞外マトリクス蛋白質である、ラミニン、フィブロネクチンが核形成を促進することを示した。また、この際、アミロイド線維が担体の表面で形成されることを示した。そして、この反応系がβアミロイドが脳血管基底膜に蓄積する脳血管アミロイド症のモデルになりうることを示した。(a-2)共存成分の核形成抑制・促進効果の判定。脳脊髄液中の濃度に相当する低濃度アルブミンが、線維形成を抑制する効果があることを示した。(a-3) Aβペプチドのオリゴマー等の前駆状態の解析。5μMのAβ1-40ペプチド溶液を気液界面を排除し、線維形成しない状態に保ったうえで、Aβペプチドのオリゴマー形成をゲル濾過法により解析した。低濃度のAβペプチドではオリゴマー形成が少ない可能性があり、検討を進める。(b)アミロイド線維形成の試験管内開放反応系を構築する。β2-mアミロイドについて、線維を担体に固定し、そこに前駆体蛋白質(β2-m)を流す開放反応系を構築し、線維伸長因子の探索等を行っている。難治性疾患であるアミロイド症を引きおこす各種アミロイド線維、特にアルツハイマー病βアミロイド(Aβ)およびβ2-ミクログロブリンアミロイド(透析アミロイド)の形成機構の検討を行ってきた。

Aβペプチドは試験管内で重合しβアミロイド線維を形成する。従来、10-100 μMのAβペプチド濃度で試験管内重合反応が行われている。本研究において、線維形成を強力に促進する気液界面を除去して5 μMの低濃度Aβペプチドを重合させるなど生理条件に可能な限り近づけた閉鎖型反応系を構築し、一部の細胞外マトリックス成分が核形成を促進することを示し、昨年度論文を発表した。しかし、脳脊髄液中でのAβペプチド濃度は1 nMオーダーである。そこで、本年度は更に低濃度のAβペプチド濃度で重合反応を行わせる系の構築を試みた。反応局所へAβペプチドを連続的に送液する開放型反応系を作成するために、反応容器、送液システム、定量検出系の組み合わせを検討し、試作型の反応系を構築した。この開放型反応系を用いると、最も低い場合で0.1 μMオーダーのAβペプチドの線維伸長反応を観察できる可能性がある。尚この反応系では、脳脊髄液中の生理濃度の血清アルブミンを吸着防止剤として添加している。Aβペプチドと血清アルブミンの結合平衡を考慮すると、遊離のAβペプチドのみが重合に関与している可能性が考えられるが、線維増加が観測できる最低濃度の時の遊離Aβペプチド濃度は、Aβペプチドが単独で線維伸長する際の最低濃度(実験値)に近いと推定される。このように、重合に用いるAβペプチド濃度を低下させることで、生理的条件での生体分子間の相互作用を直接評価できる可能性がある。アルツハイマー病や脳アミロイドアンギオパチーの治療法開発を最終目標として、生理条件に近いβアミロイド線維の重合反応系の開発を続ける予定である。生物科学(a) Aβペプチドは、従来一般的に試験管内重合反応に用いられてきた10-100 μM程度の濃度では、線維形成を誘起する因子が無くても自発的に重合し線維を形成する。この条件下では、生体内でAβペプチドの重合を誘起するような生体成分を探索したり、線維形成にかかわる生体分子間相互作用を正確に評価することは困難であると考えられる。そこで、Aβ濃度を生体条件の1-10 nMになるべく近づけた開放型反応系の構築を試み、その開発が順調に進行している。この反応系を確立した上で、これを用いて、Aβを濃縮し線維核形成を誘起するような生体因子や、脳内でAβに結合して線維形成を抑制する生体因子等を、生体に極めて近い条件で探索し反応機構を生理的条件下で解析することが可能になると考えられる。(b) β2-mアミロイド線維形成を促進する生体分子群の探索:不安定化因子により立体構造が変化するβ2-mの部位が、核磁気共鳴法等によっても特定できておらず検出方法を絞り込むことが難しい為、対策を検討している。(a) βアミロイドペプチドは試験管内で自ら重合し、生体内と同様の線維を形成する。脳内のAβペプチドはnMオーダーの低濃度であるが、従来一般的には、10-100 μM程度の濃度で試験管内重合反応を行っていた。気液界面が線維形成を強力に促進することを見出したため、これを除去する方法を開発した。更に適切な担体を選別して、これに蛋白質を固定化し、さらにこの固定化担体を用いて攪拌することで、5μM以下のAβ濃度でアミロイド線維の重合を行えるようにして、反応解析系を構築した。その結果、各種の細胞外マトリックス成分が、従来は重合を抑制すると報告されていたが、より生体条件に近い本反応系では、重合を促進することを見出した。一方、脳内のAβペプチド濃度はnMオーダーであり、本実験系より更に低濃度である。
顔情報抽出技術を用いた聴衆の分析に基づく講演評価システムの開発

表情分析技術を用い、複数視聴者の顔情報から自動的に講演会等の評価分析を行う解析システムを開発構築した。開発されたシステムは、講演会中の視聴者の様子を映した動画データから表情・視線・顔向きの情報を抽出する技術(マシンビジョン)を用い、多人数の時系列データを基にした各時点における講演の評価の自動化を可能にした。多様な非言語コミュニケーション(表情:喜、怒、哀、楽、不安、驚き)の抽出情報の精度を向上させたことにより、複数人の表情から得られる観客のマクロな状態情報の取得を可能にし、講演者のプレゼンテーションの文脈による聴衆の反応の変化を逐次解析ができるようになった。本研究の目的である複数人の顔情報から講演等の『場の雰囲気』を抽出するシステムの開発をすすめ、本年度、複数人の非言語コミュニケーション解析システムの測定精度の向上、比較分析自動化、コミュニケーション情報の多チャンネル化(表情:喜、怒、哀、楽、不安、驚き;顔運動情報:向き、位置、視線、瞬き)を実現した。これまでの解析システムでは、解析対象の動画画像から一括で非言語コミュニケーション情報を抽出すると、対象とする全員の平均値について各時系列情報を得ることはできたが、その情報をフィードバックし個々の時系列情報と比較することは困難であった。この課題に対し、解析データの表示インターフェイスを再構築し、マクロな全体情報とミクロな個々の情報を、任意に表示選択できるシステムを作成した。また、表情分析システムを改変し、多様な非言語コミュニケーション(表情:喜、怒、哀、楽、不安、驚き)の抽出情報の精度を向上することが出来た。解析精度が向上できたことに伴い、複数人の表情から得られる観客のマクロな状態情報、すなわち『場の空気』の時系列情報はノイズ成分を減らすことに成功した。さらに各表情情報(喜、怒、哀、楽、不安、驚き)のそれぞれのマクロなな状態情報同士の比較も精度良く行う事が可能になったことで、講演者のプレゼンテーションの文脈による聴衆の反応の変化に対する解析をより深く、多面的に行うことを実現することができた。当該年度に実施した研究成果の具体的内容は、汎用フォーマット動画データから直接複数人の顔情報(笑顔、視線、注目点)を時系列で抽出できるシステムを構築できたことである。その成果の意義は、開発したシステムでは顔認証機能との連動によって、自動的に複数人の情報を連続して抽出することが可能になった点が挙げられる。既存のシステムでは必要であった特定の人物の顔情報を抽出するために、その人物だけの動画を人力で切り出す作業が不要にすることができるようになったため、極めて効率よく分析可能なデータ量を増やすことが可能になった。さらに研究の目的に示した、場の空気を解析する手法の開発として、聴衆全体の視線の統合分析を可能にするシステムを構築した。これは、講演中の聴衆の顔情報から抽出された頭部および眼部の同一時刻中の向き情報を統合し、その時点での演者の位置に対して、合致しているかどうか可視化する表示解析機能である。これにより講演による聴衆の引き込みの状況が定量的に把握される。聴衆および演者の講演時動画から抽出された個別の顔情報、笑顔度、顔向き、視線を一括同期して抽出できるよううになったことで、各統合データの同調性を比較することができた。笑顔度のデータから個々の講演に対する関心が講演の内容展開に従って高まっていくことが示されていたが、さらに視線の集中がそのデータに同期して行く過程を調べることが可能になった。任意の観客の反応を抽出または複数選択することで、場の空気の形成過程を解析する機能を高めた。表情分析技術を用い、複数視聴者の顔情報から自動的に講演会等の評価分析を行う技術を構築した。開発されたシステムは、講演会中の視聴者の様子を映した動画データから表情・視線・顔向きの情報を抽出する技術(マシンビジョン)を用い、多人数の時系列データを基にして各時点における講演の評価を自動化を可能にした。評価方法の高精度化と利便性は相反する要素であったが、今回の研究開発によって両立が実現された。網羅的に表情データを取得できる機構を内包することで、認識された各時点における顔情報の統合データの時系列情報から、講演等の全体構成に対する評価を実施することが可能になった。一方、表情・視線・顔向きの高精度データを取得する場合に、特定の聴衆の顔はシーンごとによって複数のIDに分割されてしまうが統合を可能にするインターフェースを開発したことで、全体の評価情報と個々またはグループごとの比較分析の機能の向上がはかられた。研究目的に示した『場の空気』を解析する手法の開発として、視聴者の視線を統合し分析できるシステムを構築した。抽出された頭部および両眼部分の同一時刻の向き情報を統合し、その時点での演者の位置に合致しているか評価する機能である。この機構によって、講演中の視線の引き込み、または拡散の状況を定量的に把握することが可能になった。

さらに、分析可能な表情情報を笑顔(リラックス)だけでなく、驚き、怒り、悲しみ、無表情などの多様な情報を取得できる機能を実装し、新たな講演評価分析方法の開発を行った。学習的内容の講演に対する分析では、一定以上に関心が高まっていくとそれまで現れていた表情の多様性が減り、無表情(真顔)の出現率が高まるという傾向が取得された。教育評価学装置の開発に関し、非言語コミュニケーション解析システムの測定精度の向上、比較分析自動化、コミュニケーション情報の多チャンネル化(表情:喜、怒、哀、楽、不安、驚き;顔運動情報:向き、位置、視線、瞬き)を実現することができた。システムの完成と精度検証が本年度の後半にかかってしまったため、本研究の最終的な目的である実地の講演での『場の空気』の形成過程を明らかにすることが今後さらに必要な状況である。本研究の目標である、撮影されたビデオ動画から、演者と聞き手の相互リアクションを自動的かつ定量的に解析する手法の開発において、現在までに複数人を同時に笑顔度および視線を主たる解析対象とした同期分析システムを構築することができている。本研究の開発技術は対象者顔情報の特徴量から表情情報を抽出するため、聴衆全体の反応をデータ化すると同時に個々人の反応を選択的に解析することが可能なシステムにすることができた。一旦統合した全体データの結果に見いだされた特徴的な反応をもとに、特定の聴衆の反応が特徴的な全体反応の誘因になっている場合について詳細にデータを遡って解析することが有効であることが分かった。なお、システム開発過程で、聴衆と演者の顔情報コミュニケーションを解析する際の画像取得上の技術的な課題の重要性が明らかになり、事前の視線位置情報の条件設定等のノウハウを蓄積した。また、動画解析後の撮影動画への重ね合わせにおいて、対象との合致を図るための後処理技法(アルゴリズム)の構築も行い、実用性を高めた。開発したシステムは、ほぼ自動的に講演会等の撮影画像を解析することが可能になった。今後は実証研究をすすめる。なお、今回のコミュニケーション情報の多チャンネル化(表情:喜、怒、哀、楽、不安、驚き;顔運動情報:向き、位置、視線、瞬き)によって、精度良く検証可能な講演会の種別の幅を広げることが可能になり、多様な文脈を持つプレゼンテーション内容について、解析を推進する。また、開発されたシステムは、言語による意思表示が困難な聞き手のコミュニケーション情報を抽出するシステムとして活用したいという意見があり、検証可能かどうかについても研究を行う。今年度は、さらに聴衆ー講演者表情分析システムの解析技術を発展させる。また、現時点までに開発した技術を用いて、模擬講演会やディベート映像を用いて、実践的な研究を行っていく。表情分析システムの開発においては、人の主要な表情のうちで"笑顔"度合いだけで解析できている現状のシステムをさらに発展させて、"驚き"、"怒り"、"悲しみ"、"嫌悪"、"好意"、"無表情"の度合いを加えた解析システムに発展させる。実践研究においては、模擬講演会を行い、聴衆と講演者の能力の違いを変数にして、場の空気の形成を分析する。
筋ジストロフィー損傷領域集積型Tregを用いたゲノム編集酵素送達システムの開発

Duchenne型筋ジストロフィー(DMD)はジストロフィン遺伝子の変異に起因する遺伝子疾患の一つである。進行性筋萎縮症であり致死的な症例も多いが、現状では根治が難しい。近年、ゲノム編集技術の進展により、変異ジストロフィン遺伝子座に対するゲノム編集治療法の開発が進められてきた。しかし、全身にゲノム編集酵素を行き渡らせることは難しく、全身の機能回復は達成できていない。本研究では、免疫細胞が炎症部位に集積する特徴を利用して、Tregにゲノム編集酵素をコードするアデノ随伴ウイルス(AAV)産生システムを組み込むことで、全身の筋損傷部位にゲノム編集酵素を送達する系を確立する。
高齢者の歯髄・歯周疾患の予防と早期治療法の確立

高齢者の歯髄、歯周疾患の予防と早期治療の確立について検討を行い、次の結果を得た。1)重度歯周疾患者において歯周治療を行うことによって高感度C-対応性タンパクの血中レベルの低下を認めた。2)歯周患者に対してSupportive Periodontal Theragyが歯の保存に有効的に働くことを明らかにした。3)歯根完成歯の歯髄腔壁においては側技、分岐の存在を多く認めた。4)根尖周囲組織への影響を考えると、根管内ではEr : YAGレーザーの側方照射が有用であった。5)象牙質-歯髄複合体を組織的に検討したところ、加齢による変化を認めた。6)高齢者に根面う蝕は多発の傾向にある。その根面う蝕に対してフッ素徐放性コンポジットレジンとボンディング材を併用することによって、石灰化度の高い象牙質の層を認めた。7)抗菌性ゼオライト配合のコンポジットレジンの細胞毒性を検討したところ、その生体安全性が確認された。8)デンタルプラーク中の細菌が全身に影響を及ぼす可能性があり、抗プラーク性を有する材料の開発が望まれることから、抗プラーク性コンポジットレジンの試作を行ったところ、抗プラーク性に酸反応性フッ化シリケートガラス配合のコンポジットレジン表面に形成されるフィルム層が関与していることを明らかにした。以上の得られた成績が高齢者の歯科治療の確立に重要な役割を果たすものと示唆する。高齢者を対象とした歯髄・歯周疾患の早期治療法を確立するために以下の検討を行った1)デンタルプラークとフッ素および銀と材料、2)加齢に伴う歯髄腔の変化、3)高齢者の歯周炎、4)高齢者へのレーザー治療の4項目について検索を行っており、現在のところ1)では、フッ素徐放性コンポジットレジンに抗プラーク性を認め、脱灰象牙質内に高い石灰化度を確認し、また抗菌性ゼオライトを含有した材料から微量の銀を検出した。これらの結果から根面う蝕等の進行制御に供試料が関与するものと考える。2)では、SEM所見で高齢者の根管部付近に無構造の硬組織様の形状を確認した。3)では、急性炎症のマーカーであるC-反応性タンパクの値の上昇を認め、SPTの有効性を確認した。4)では、レーザー処置でタイプIIIコラーゲンの出現を早期に確認した。平成13年度では、以上の成果を得た。それぞれにおいて、より詳細な検索を現在行っているところである。高齢者の歯髄・歯周疾患の予防と早期治療法の確立を研究課題として、以下の研究成果を得た。すなわち、1)歯周疾患が生体の及ぼす影響を的確に発見することは心動脈疾の予防につながる。重度の歯周病患者において、P.gingivalis感染が高感度C-対応性タンパク(CRP)血中レベルと相関し、歯周治療に伴い低下の傾向にあった。2)歯の加齢的変化を検討したところSEM像で高齢者の象牙細管数は減少傾向にあった。また、現在、若率者から高齢者のヒト抜去者を用いて加齢による象牙質歯髄複合体の病理組織学的変化および接着修復時の歯髄保護法について検討しているところである。3)Er : YAGレーザーを根管治療に用いたところ12週間経過群で病理組織学的(ビーグル犬を使用)に何らの影響も認めなかったことから、高齢者の歯髄処置に有用であることが示唆されている。4)高齢者において根面う蝕が多発する傾向があることから、その再発を防ぐ目的でその治療材料を検討する必要がある。フッ素徐放性コンポジットレジンとボンディングを併用することによって、脱灰象牙質の深さが浅く、石灰化度の高い層を得られる。また、抗菌性ゼオライト配合のコンポジットレジンの細胞毒性を調べたところ、毒性はほとんど認められなかった。次に、S-PRG材の抗プラーク性をin vivoで確認し、抗プラーク性にS-PRGレジン表面に形成されるフィルム層が関与していることを明らかにしている。

以上の成果を2年間で得ることが出来、最終成果を15年度で達成する予定である。高齢者の歯髄・歯周疾患の予防と早期治療法の確立を研究課題として、以下の研究成果を得た。すなわち、1)歯周疾患が生体の及ぼす影響を的確に発見することは心動脈疾の予防につながる。重度の歯周病患者において、P.gingivalis感染が高感度C-対応性タンパク(CRP)血中レベルと相関し、歯周治療に伴い低下の傾向にあることを再確認した。2)歯周炎患者に対するsupportive periodontal thenapy(SPT)の効果を検討したところ、SPTが歯の保存に有効に働くことを明らかにした。3)歯髄腔壁が加齢によりどのように変化するかを知る目的で、若年者および高齢者の歯髄腔壁象牙質の表面構造を走査電子顕微鏡で観察した。その結果、歯根完成歯の根尖部には側枝や分岐などが多く観察された。4)高齢患者への負担を減らすことを目的とし、Er:YAGレーザーを用いた根管拡大法の研究を行った。成犬を用いた病理組織学的検討の結果、側方に照射可能なチップを用いれば、歯根周囲組織にも何らの影響を与えないことが判明した。この研究をもとに、研究への理解が得られた患者30名での臨床応用で良好な結果が得られた。5)若年者から高齢者までのヒト抜去歯42本を用い、加齢による象牙質-歯髄複合体の病理組織学的ならびに免疫組織化学的変化について検討した。その結果、若年者では線維芽細胞の数が多く、核も大きく、細網線維も濃密で微細なネットワークが形成される傾向にあった。神経線維については血管に伴って走行するケースが多いが若年者では比較的太く、点状や連続した束状構造物として認められた。6)高齢者において根面う蝕が多発する傾向があることから、その再発を防ぐ目的でその治療材料を検討する必要がある。フッ素徐放性コンポジットレジンとボンディングを併用することによって、脱灰象牙質の深さが浅く、石灰化度の高い層を得られる。また、抗菌性ゼオライト配合のコンポジットレジンの細胞毒性を調べたところ、銀、亜鉛の溶出は認めず、生体安全性に優れた物であった。さらに、S-PRG材の抗プラーク性をin vivoで確認し、抗プラーク性にS-PRGレジン表面に形成されるフィルム層が関与していることを明らかにし、そのフィルム形成に唾液タンパクの関与を明らかにした。以上め成果を3年間で得ることが出来、これらを最終成果とする。
被災者に対する社会心理学的援助の方策の研究

昨年度の秋田県能代市での調査に引き続き、本年度は長崎市で1982年長崎水害によって家族を失った人々を対象として詳細面接調査を実施した。長崎市の協力で多くの遺族の所在が把握でき,接触したが、テ-マの特殊性のゆえに拒否が多く,結局面接できたのは14遺族であった。しかし、その他にも当時および現在の行政担当者、マスコミ関係者、被災地域の自治会長,宗教関係者、精神医学者から貴重な情報を得ることができた。調査では、遺族の悲しみを和げたり、逆に強めたりする要因を探り、それらの作用に関与する条件を明らかにしようと試みた。そして、能代のケ-スと長崎のそれとでは遺族の悲嘆とその回復の様相が異なり、それには地域の文化、コミュニティの構造といった地域的条件のほか、近隣に同時に多数の被災者が出たか否かという被害の特性,遺族のパ-ソナリティや信念,価値観などの心理特性が関係していること、悲嘆を和らげようと意図した周囲の言動が場合によると逆の作用を持つ危険性があること、またある言動は同一人に対して同時にプラス,マイナスの効果を持つという意味でアンビバレントな機能を果たすこと、ある悲嘆増減要因の効果は被災からの経過時間に応じて変ってくること、遺体の速やかな発見と対面、儀式(葬儀,合同慰霊祭など)が一般にプラスに作用すること、死者の個人的関係者の儀式への参加、協力が大きな慰さめになること、マスコミ報道がプラスの効果を持つためには他の被災者に劣らぬ扱いをする必要があること、補償金等に関して中傷・誹謗する非常識な人間が遺族を傷つけることがあるのでその対策が必要なこと、法律・制度の枠を多少なりとも越えた扱いをすることが遺族の不満をしずめりのに役立つこと、など多くの知見を得ることができた。現在、研究報告論文を執筆中である。
漢方製剤の服薬指導のための基礎的研究:煎剤の煎じ方法の確立

附子含有製剤の煎じ方法のより適切な指導を確立することを目的として、研究実施計画にしたがい、今年度以下の研究実績をあげた。附子含有生薬である川烏頭を用い、附子の主要含有成分であり、副作用を引き起こす原因物質であるアコニチン、メサコニチン、ヒパコニチン及び総アルカロイドを対象に、容器の違い(自動煎じ器、土瓶またはホ-ロ-ポット)、煎出開始時の温度の違い(25、40および97°C)、ろ過方法の違い(茶こしあるいはティーパックを用いて、煎出直後あるいは煎出終了1時間後にろ過)などの種々の煎じ条件下における移行率及び分解率を検討し、最適な煎じ条件を模索した。ホ-ロ-ポットの使用は、煎液の総アルカロイド量に影響を与えず、毒性の高いメサコニチン含量を他の容器と比べて有意に低下させた。煎出開始時の温度及びろ過方法の違いはアルカロイドの煎出にほとんど影響しなかった。ただし、煎出60分後、1時間放置してからろ過することにより、アコニチン系アルカロイド含量、特にメサコニチン、は増加傾向を示した。今回の一連の検討から、附子含有の煎じ薬を処方された患者に対しては、ホ-ロ-ポットを使用し、60分間煎じた後、なるべく早く(1時間以内)ろ過する煎じ方法を指導することが望ましいことが示唆された。このことは附子単独ではなく、附子製剤においても同様の傾向が認めれている。ただし、含有生薬間相互の煎じ方法に及ぼす影響についてはまだ検討段階であり、当該目的に沿った研究成果はまだ得られていない。
創薬開発のための次世代核医学用コンプトンガンマ線カメラの実用化への基礎的開発

核医学用ガンマ線カメラは非常に高性能ではあるがPETは511keVのみ、SPECTは360keV以下といった計測可能なエネルギーに制限がある。その一方で、非常に広いエネルギー計測範囲を持つコンプトンガンマ線カメラを医療に応用できればこれまでにない診断画像が得られ多くの患者を救うことが可能になる。この問題を解決するために我々は電子飛跡検出型コンプトンガンマ線カメラを開発してきた。これまでに166 - 1836 keVの様々な放射性核種の画像化を行い、また京都大学薬学部と連携してマウスに抗体医薬品の試薬の画像化試験を行いETCCの原理実証を行ってきた。更に現在は実用化に必要な開発を中心に研究を推進し、本研究期間で高速読み出し回路の要素開発、新しい画像再構成アルゴリズム(SOE)の実装を行った。またETCCを臨床に使用する上で新規薬剤は必須である。原子力研究所では99m-Tcの代替核種を探索しており加速器での生成可能な95-Tcを提案している。この核種は半減期が20時間と99m-Tc(6時間)より長いため、既存のTc製剤の置き換えだけでなく、新しい薬剤の開発にも期待ができる。その一方で95-Tcは766keVのエネルギーを持つため、既存のガンマ線カメラでは画像化できない。本研究では、ETCCを用いた95-Tcの撮像試験を3回にわたって行った。この結果ETCCを用いて766keVのガンマ線を捉えることに成功し、また3次元的な画像の取得に成功した。本申請は核医学用電子飛跡検出型コンプトンガンマ線カメラの更なる医療応用へ向けての開発である。本カメラは京大で開発が進められた純国産技術で構成された世界的に進んだ新型ガンマ線カメラである。現仕様は小動物を用いた多核種同時イメージング等の原理実証で成果をあげ、さらには放射線治療分野への応用開発も進められており、今後の医療の発展に大きな可能性を持つことが期待されている。本申請では創薬分野等への実用化へ向けて更なる性能向上を目指し、別途、本学理学部で研究中であるコンパクトな新規光検出器(MPPC)を用いることで高感度化、高分解能化、コンパクト化、の基礎的研究を進め、小動物実験で性能を実証し、密接な医理学連携と核医学物理を通じて安全で高精度な医療の実現を目指す。昨年度は、MPPC検出器の単体評価を行い、本カメラの最大の特徴である広いエネルギーダイナミックレンジの検証、エネルギー分解能の評価を行った。この結果、本カメラで十分に使用できることが判明した。この結果を受けてMPCCモジュール4つをアレイ化して評価を開始した。我々は、後段検出器として、このアレイ化されたモジュールを使用予定で、5cm×5cmの有感領域を持つ。このサイズではまだ小さいがコンプトンカメラとしての原理実証には十分と考えられる。さらにシミュレーションを行い、検出器デザインの改良を検討した。コンプトン散乱時の散乱ガンマ線の正確な取得は画質も影響するため、MPPCと組み合わせ、物理的に可能な範囲での改良デザインを作成した。昨年度の目標は、シミュレーションツールを用いたカメラのデザインスタディ、MPPCモジュールアレイ化である。シミュレーションに関しては点状線源を用いた基本性能の検証を行い、更にデザインを改良した場合の性能評価も行った。その結果、散乱ガンマ線の取得効率を向上させることにより空間分解能の向上が見込めることが判明した。MPPCモジュールのアレイ化に関しても4つのMPPCモジュールを組み合わせて性能評価を行い、当初の予定を達成したと言える。さらに当初の予定には含んでいなかったが、統計精度の向上を目指しデータ収集の高速化を目指し、データ読み出しの向上を図るため読み出し基板の変更を検討した。従来の核医学ガンマ線カメラで使用されているMLEM (Maximum Likelihood Expectation Maximization)は,データ統計が少ない場合、定量性のある画像の再構成が難しい。本研究ではSOE (Stochastic Origin Ensemble)というアルゴリズムを採用し開発した。SOEはマルコフ過程を用いた再構成アルゴリズムでMLEMより定量性に優れる。SOEでは、各観測データに対してそれぞれ対応する線源位置の候補を1つ求めて集めた集合stochastic origin ensembles(SOE)を利用して、このSOEの密度が高い部分は線源位置である確率が高いとする。そしてSOEの各線源位置の候補を少しずつ動かし、SOEの密度を、実際の線源位置の分布に近づけていく。一方で、我々が開発している電子飛跡検出型コンプトンカメラ(ETCC)は、従来のコンプトンカメラのようなリング状の再構成ではなく反跳電子の情報を用いて弧状に再構成領域を絞ることが可能である。今回のSOE開発ではETCC仕様のアルゴリズムを開発した。この手法をシミュレーションで得られた様々なデータに対して検討した。その結果、検出器のエネルギー分解能、位置分解能を入れると像全体でボケてしまい医療で求める画像のクオリティには及ばないが、開発したSOEを適用した結果、ほぼ検出器の理想的な状態まで画像が回復していることが判明した。また原子力研究所で生成した95-Tc(半減期20時間、766keV)の画像化試験を行った。この核種は臨床使用されている99m-Tc薬剤と化学的性質は同じであるため、人間に対して薬剤の副作用はほぼ同等と考えられ、臨床現場への投入も早いと考えられる。再構成アルゴリズムは今回開発したSOEを用い行った。2方向から撮像し簡易的な3次元の画像を得ることに成功した。

当初の予定であった画像再構成アルゴリズムの開発も予定通り終了し、またMPPCアレイの評価も終えた。シミュレーションによる画像再構成の結果も定量的であることが示せた。加えて、原子力研究所と実験を開始できた。また今後、更に95-Tcの試験を継続していく予定であるが、核種単体だけでなく、具体的に薬剤の開発も進めるため他大学の薬学部との連携準備を開始し、当初の予定より大幅に進んだ。核医学用ガンマ線カメラは非常に高性能ではあるがPETは511keVのみ、SPECTは360keV以下といった計測可能なエネルギーに制限がある。その一方で、非常に広いエネルギー計測範囲を持つコンプトンガンマ線カメラを医療に応用できればこれまでにない診断画像が得られ多くの患者を救うことが可能になる。この問題を解決するために我々は電子飛跡検出型コンプトンガンマ線カメラを開発してきた。これまでに166 - 1836 keVの様々な放射性核種の画像化を行い、また京都大学薬学部と連携してマウスに抗体医薬品の試薬の画像化試験を行いETCCの原理実証を行ってきた。更に現在は実用化に必要な開発を中心に研究を推進し、本研究期間で高速読み出し回路の要素開発、新しい画像再構成アルゴリズム(SOE)の実装を行った。またETCCを臨床に使用する上で新規薬剤は必須である。原子力研究所では99m-Tcの代替核種を探索しており加速器での生成可能な95-Tcを提案している。この核種は半減期が20時間と99m-Tc(6時間)より長いため、既存のTc製剤の置き換えだけでなく、新しい薬剤の開発にも期待ができる。その一方で95-Tcは766keVのエネルギーを持つため、既存のガンマ線カメラでは画像化できない。本研究では、ETCCを用いた95-Tcの撮像試験を3回にわたって行った。この結果ETCCを用いて766keVのガンマ線を捉えることに成功し、また3次元的な画像の取得に成功した。まず、シミュレーションを継続してより臨床条件に近い状況を再現してスタディを行う。点状線源だけでなく、広がった線源等を想定したデジタル模擬臓器をシミュレーション環境の中に用意して、本カメラの臨床的有用性を定量的に評価する。またMPPCを用いた後段検出器のデータキャリブレーションシステムの構築を行い、簡便かつ高速にデータを扱えるようにする。更に、データ収集速度の向上の改良の検討を継続する。前段検出器の読み出し基板の改良により更に高速にデータ収集できる可能性があり、統計精度の向上と共に画質の向上も期待できる。ハードウェアとしてはカメラのデータ収集高速化を進める。ソフトウェアとしてはシミュレーションによる画像再構成の精度評価を行う。また平行して新しい核種候補である95-Tcの撮像試験を継続する。また薬学部と共同で薬剤としての95-Tcの画像化試験を行う。本研究では、当初の予定より、アレイ化したMPPCモジュールの安価に購入できため、少し残額が発生した。
衝撃及び衝撃的載荷をうける鉄筋コンクリート構造物の応答の定量的予測に関する研究

この研究は鉄筋コンクリート構造物の耐爆、耐衝撃設計において最も重要な段階である爆発、衝撃をうける構造物の応答解析の基礎的研究であり、昭和59年度に開始した。丁度、研究第三年目の咋年4月、ソ連において発生したチェルノブェリ原子力発電所施設の爆発事故は、この種研究の一日も早い完成が喫緊の要事であることを示した。この研究では応力波透過式衝撃試験機による衝撃実験及び鉄筋コンクリート円筒体爆発実験を行ない、これらの実験結果にもとづき、構造物の応答の詳細及び発生メカニズムを研究した。併わせて、爆発,衝撃により発生した構造物被害事故のいくつかを調査し、また、構造物の応答に関する理論的研究も行なった。なお、この研究は筆者等が多年にわたって行なって来たこの種研究の結果を土台とし、その継続となるものであり、更に今後の継続を計画しているものである。本研究の主要な結果は次のとおりである。(1)従来行なわれた鉄筋コンクリート構造物の耐爆、耐衝撃設計は単に静的設計方法を動的載荷の場合に移しかえたもので、全体的応答(第2次応答)だけを取扱った。しかし応答にはもうひとつ(応力波応答-第1次応答)あり、しかもこれら二つの応答は速度効果をうけて変化した構成方程式によって支配される。(2)上述の第1次応答だけによっても変形、破壊が生ずることが実験で確認された。(3)(1)で述べた速度効果には設計上有利なものもあるが、逆のものもある。衝撃的な剪断をうける場合で、極めて危険な脆性破壊を生ずることがある。動的破壊理論による検討も行なった。(4)ボンド応力にも危険な速度効果が発生し、そのため、衝撃的載荷をうける構造部材の靭性が著しく低下する。
非密封放射性同位元素を用いた高等学校・中学校生徒実験の教材化

法令改正により中学・高校においても一定の非密封放射性同位元素(RI)を用いた実験が可能になり,本研究では放射線やRIに関する生徒実験用教材を複数開発した。作製された教材は,遺伝物質の同定,セントラルドグマの検証,DNAの塩基組成の法則,遮蔽材の原子番号と放射線の透過率,線源からの距離と線量率,土壌中の放射性セシウムの放射能測定などである。また学校における放射線測定に適した測定機器の比較も行った。2005年に改正放射線障害防止法が施行され,中学校や高等学校において相当な数量の放射性同位元素を使用して生徒実験ができるようになった.本研究の目的は,放射性同位元素を用いた生徒実験について,科学教育的効果,意義,簡便性,汎用性,安全性,確実性などに優れた教材を,高度なものから平易なものまで複数開発し,それを実際に学校で実施して多角的に評価・改良して,多くの教育現場でも実施できるよう法規制の解説や実験操作のマニュアル化を行って普及させることである.高等学校での実施を主とするが,中学校の新学習指導要領に放射線の項目が新設された事もあり,中学校でも十分に実施できる内容も検討する.22年度に教材化を進めた実験として,ニーレンバーグらが行ったコドンの解読実験に用いる単一コドンのみを有する人工遺伝子のクローニングとT7promoter制御下におけるmRNAの発現実験を行った結果、poly U、poly A、poly Cおよびpoly Gを発現するconstructを得た。サンガー法による塩基配列決定を平易な方法で実施するための実験系を検討したが、技術的に高校生に行わせるには難易度が高すぎ,また比較的高額な設備が必要なことと併せて,実施には解決すべき多くの問題があることが解った。また、ハーシーとチェイスの実験の一部を高等学校の生徒実験で再現するための条件検討を実施した結果,原法によるファージ保存用緩衝液中ではDNA分解酵素の活性が低く,DNA分解酵素への感受性を指標としてDNAの挙動を調べるのに支障があることを見出した。さらに、福島第一原子力発電所の事故により,一定量の放射性同位元素が環境中に放出された事を受け,身近な環境放射線の測定に関する教材として、海水および海藻を複数種類採集して、その放射能を測定する教材開発を実施した結果,特定の海藻がヨウ素131,セシウム137,およびセシウム134による顕著な放射能を有することが明らかとなり,有望な教材となりうることが示唆された.放射線障害防止法が改正され、中学校や高等学校において相当な数量の放射性同位元素を使用して生徒実験ができるようになった.本研究の目的は、放射性同位元素を用いた生徒実験について、科学教育的効果、意義、簡便性、汎用性、安全性、確実性などに優れた教材を複数開発し、それを実際に学校で実施して多角的に評価・改良して、多くの教育現場でも実施できるよう法規制の解説や実験操作のマニュアル化を行って普及させることである.23年度は、シャルガフの法則を^<33>Pヌクレオチドを用いて証明する実験を教材として作製した。これはAT rich、GC richなDNAを用いてDNA合成させ、標識塩基の取込み効率を測定する教材である。また、原発事故を受けて、土壌から放射性^<137>Csを単離して放射能を測定する教材を開発した。また、前年度にはハーシーらの論文に記載された実験の中から第一にDNA分解酵素への感受性を指標にファージDNAの挙動を追跡する実験、および、第二にDNA標識ファージとタンパク質標識ファージと大腸菌を用いた吸着離脱実験を高等学校生徒実験で行う手順の骨子を作成した。すなわち、DNA挙動追跡実験では^<32>P標識ファージの調製、熱処理、酵素処理をすべて洗浄用緩衝液中で行うと簡便に原報の結果を再現できること、同緩衝液中で標識ファージを1ヶ月程度保存できることを見いだした。吸着離脱実験では^<32>Pおよび^<35>S標識ファージの調製の条件、離脱時の撹拌の簡便な手順を見いだした。これらの成果により、従来、再現性が低く生徒実験の教材にしがたいと思われたハーシーらの原著論文中の実験内容が、比較的簡単な機材のみを用いて生徒実験として実行可能であることがわかった。上記3種類の実験教材について平成24年度に実際に高校生を対象として講座を実施し、その有効性を詳細に検討する予定である。DNAの構成塩基の比に関するシャルガフの法則の証明実験として、32P標識ヌクレオチドを用いて、原核生物のGC-rich DNAおよび葉緑体のAT-rich DNAについてPCRを行い、産物の放射能を測定する実験教材を開発し、東京女学館高校で3年生を対象に2時間の授業時間で実施した。バクテリオファージの遺伝物質の同定実験では、32P標識ファージの調製法を改良し、下限数量である100 kBqの32Pを用いて8.2 kBqの標識ファージを得ることができた。これは学級を8班に分けて生徒実験を行う際にも十分な量である。