hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スマート・マリンストラクチャ開発のための基礎的研究

海洋機器、構造物における構造信頼性の問題に対して、損傷の自己診断(ヘルスモニタリング)機能と自己修復機能を材料に組み込み、知能化した海洋構造物(スマート・マリンストラクチャ)の実現を目指した基礎研究を実施した。1)損傷検出用センサの方式、構成等について検討し、損傷検出により光ファイバの破断位置の計測が精度良く行えることを確認し、一本の光ファイバのみで定量的な損傷位置特定の可能な光ファイバ破断型センシングシステムを構築する目途を得た。また、レーザドップラー計測により光ファイバをセンサとして荷重/変形検出が可能であることを見い出し、センサの動作条件や特性を評価・改善し,船体構造モニタリングシステムとしての適用可能性を検討した。2)圧電素子のアクチュエータとしての基本性能を確認し、センサの出力による制御機構の検討を行った。さらに、センサからの信号を処理して材料特性を能動的に制御する能動/自立型スマート・マリンストラクチャの可能性を検討するため、アクチュエータとして屈曲変形を生じるバイモルフ型ピエゾアクチュエータを、センサとしてレーザ変位計と歪みゲージを組み込んだ片持ちはり試験体を作製し、その能動的振動制御と制振性能について検討した。3)複数組のアクチュエータとしてポリフッ化ビニリデンを用いた圧電フィルム、センサとして前項で開発した光ファイバ速度センサ表面に貼付した柔軟はりの振動制御を行うため、速度フィードバック制御を実装したアナログ回路を含むスマートはりを設計製作した。この結果、一次と二次の振動モードが同時に励起された場合でも制御則が有効であることが確認され、振動制御系の広帯域化が可能であることが示された。損傷検出用センサの方式、構造等について検討し、損傷検出装置により光ファイバの破断位置の計測が精度良く行えることを確認した。また、一本の光ファイバを埋め込んだGFRP直交積層板を作製し引張り及び曲げ試験を行い、埋め込まれた光ファイバの破断位置が損傷検出装置により特定できることを示した。この結果により、一本の光ファイバのみで定量的な損傷位置特定の可能な光ファイバ破断型センシングシステムが構築する目途を得た。さらに、GFRP中での光ファイバの破断過程と損傷検出装置の出力挙動との関係を明らかにし、埋め込まれた光ファイバの周囲の樹脂の熱残留ひずみが破断ひずみに及ぼす影響を明らかにした。レーザドップラー計測により光ファイバをセンサとして荷重/変形検出が可能であることを見い出し、試作したセンサの動作条件や特性を評価した。すなわち、150Hzの周波数領域で基礎的実験を行い、光ファイバ端面の運動速度をドップラー効果を用いて検出することで光ファイバセンサが実現できる可能性を示した。また、光ファイバセンサを貼り付けた試験片を擬似ランダム波で強制加振して光ファイバセンサからの出力を測定し、それをレーザー振動画像法と比較することにより、15000Hzの周波数領域で振動感知能力があることを確認した。また、光ファイバセンサを埋め込んだ片持はりの自由振動試験を行い、その振動感知能力を実証した。本研究では、これら海洋機器・構造物における構造信頼性の問題に対して、フェールセーフの考え方を導入するだけでなく、さらに損傷の自己診断(ヘルスモニタリング)機能と自己修復機能を材料に組み込み、知能化した海洋構造物(スマート・マリンストラクチャ)の実現を目指した研究を実施している。本年度は、FRPサンドイッチ構造を対象に、損傷検出および自己修復のための要素技術の開発、小型試験片による基礎実験を実施し、スマート・マリンストラクチャの実用化のための基礎データを収集した。本年度は、前年度その有効性が明らかになったものの、安定性や精度の点でまだ十分な性能に達していなかったレーザドップラー効果を利用した光ファイバ変位速度計を改良し、試作した。主な改良点は、光ファイバに変波面保持型のシングルモード光ファイバを用い、レーザ光源とから光ファイバに光を入射させる部分の位置精度を改善したものである。

この装置を用いてFRP板の変形・振動特性をリアルタイムで評価した。その結果、ファブリペロ-型センサなど従来の位相シフトを利用する方法と異なり、開発した方法は周波数シフトを利用して計測するため、理論上ゲージ長の制限が無く、高速変形を測定可能で、温度の影響も小さいなど、マリンストラクチャのような大型の構造物のスマート化に適した測定法であることを明らかにした。さらにセンサからの信号を処理して材料特性を能動的に制御する能動/自律型スマート・マリンストラクチャの可能性を検討するため、バイモルフ型ピエゾアクチュエータを組み込んだ片持ちはり試験体を作製し、その能動的振動制御と制振性能について検討した。海洋機器・構造物における構造信頼性の問題に対して、損傷の自己診断(ヘルスモニタリング)機能と自己修復機能を材料に組み込み、知能化した海洋構造物(スマート・マリンストラクチャ)の実現を目指した基礎研究を実施した。1)損傷検出用センサの方式、構成等について検討し、損傷検出装置により光ファイバの破断位置の計測が精度よく行えることを確認し、一本の光ファイバのみで定量的な損傷位置特定の可能な光ファイバ破断型センシングシステムを構築する目途を得た。また、レーザドップラー計測により光ファイバをセンサとして荷重/変形検出が可能であることを見い出し、センサの動作条件や特性を評価・改善し、船体構造モニタリングシステムとしての適用可能性を検討した。2)圧電素子のアクチュエータとしての基本性能を確認し、センサの出力による制御機構の検討を行った。さらに、センサからの信号を処理して材料特性を能動的に制御する能動/自立型スマート・マリンストラクチャの可能性を検討するため、アクチュエータとして屈曲変位を生じるバイモルフ型ピエゾアクチュエータを、センサとしてレーザ変位計と歪ゲージを組み込んだ片持ちはり試験体を作製し、その能動的振動制御と制振性能について検討した。3)複数組のアクチュエータとしてポリフッ化ビニリデンを用いた圧電フィルム、センサとして前項で開発した光ファイバ速度センサを表面に貼付した柔軟はりの振動制御を行うため、速度フィードバック制御を実装したアナログ回路を含むスマートはりを設計製作した。この結果、一次と二次の振動モードが同時に励起された場合でも制御則が有効であることが確認され、振動制御系の広帯域化が可能であることが示された。
多文化都市におけるイベントに関する文化人類学的研究

これまで多文化共生や多文化主義など外国籍住民の問題を扱っている研究の中で、フェスティバルやイベントは否定的な評価をされることが多かった。この研究では、外国人が集住している地域での地元主導のイベントに注目し、多文化共生などの政策レベルとは異なる、イベントが日常生活レベルでのイベントの主催者や参加者に与える経験を析出し、3地域での違同を踏まえてイベントがもつたそうな意義について明らかにするとともに、草の根からの多文化共生の可能性について検討する。
近代日本の音楽家に関する研究

本研究は、近代日本の音楽家(本研究でいう「音楽家」とは、洋楽・邦楽をふくめ音楽の種類を問わず、職業的に音楽の演奏・教育に携わる人々をさす)の人材養成と就業の実態を、二つの方法によって明らかにすることを目的とする。第一は、人材養成と就業の基盤が民間にあった邦楽(雅楽をのぞく)の音楽家の変化を、複数の名簿・統計資料によって数量的に明らかにした。具体的には、地域を東京に限定し、『諸芸人名録』(明治8年刊)、『明治41年東京市市勢調査』(明治44年刊)、『警視庁統計書』(明治25年縲恟コ和11年)から邦楽各ジャンルの専門家数を抽出し、1870年代1930年代の変化(年代差、地域差、男女差、関東大震災の影響)を跡づけた。第二は、官制の中に人材養成と就業の基盤を有した雅楽と洋楽の音楽家の全体像を明らかにするために、諸名簿にもとづき4種のデータベースを作成した。その結果、明治期から昭和戦前期までの在籍者総数は、宮内省楽部で約240名、陸軍軍楽隊・海軍軍楽隊で約4,400名、東京音楽学校では約13,400名に上ることがわかった。このうち、宮内省楽部と軍楽隊は、音楽演奏を主たる職務とする専門機関で人材養成機能ももつが、その養成期間は楽部の7年に対して軍楽隊が12年と対照的である。また、楽部は在職期間がきわめて長く中途退部者も少ないのに対し、軍楽隊員の多くは在職期間よりも退役後の民間での就業期間が長い。もともと教育機関である東京音楽学校は、正規コースである本科・師範科のほかに、実技のみを履修できる非正規コースの選科をもち、全在籍者の約3分の2が選科に在籍した経験を有していた。また、女性や留学生にも門戸を開くなど、多様な教育機会を提供し、在籍者の多くを教職に送り出していたことが明らかになった。平成17年度は、宮内省楽師・陸海軍軍楽隊員・東京音楽学校在学者の3データ群についてそれぞれデータベースを設計し、そのうち宮内省楽師と陸海軍軍楽隊員のDB化を進めた。宮内省楽師については、平成12年度科研報告書のデータ(約240人)をもとに、その後判明した担当洋楽器、生没年・履歴情報を補足した。陸海軍軍楽隊員については、谷村政次郎氏が作成されたデータ(約4,100人)にもとづき、書式・記号等の統一を図りながらデータベース化を進め、今後おもに退役後の職歴などを他の名簿類から追加する予定である。東京音楽学校在籍者については、基礎データとなる『東京音楽学校一覧』を複写し、データベースを設計した。昭和16年までの本科と師範科の卒業生は約2,600人だが、中途退学者や選科在籍者を加えた在籍者総数はその数倍に膨らむと考えられる。軍楽隊と東京音楽学校のデータベースから、職種間・地域間の移動を明らかにしたい。邦楽については、戦前の東京市に在住していた音楽専業者に関する2種の統計資料(『明治41年東京市市勢調査職業別人口表』および『警視庁統計書』明治38年昭和11年)の分析にもとづく論考を発表した。雅楽をのぞき、官庁や学校とほぼ無関係に活動していた邦楽の専業者については、上記の3種のデータベースのような、戦前期を通覧できるようなデータは作成しがたい。しかし、統計資料や名簿類からいくつの時点における音楽ジャンル別・地域別の動向は把握できる。

次年度もその方向をめざして名簿の収集等を進める。平成18年度は、宮内省楽師と陸海軍軍楽隊員のデータペースを作成した。宮内省楽師の動向については、楽道保存賜金をはじめとする戦前の文化政策および戦後の宮内省改革とからめ通時的に考察した論考をまとめた。雅楽以外の邦楽の音楽家に関しては、『明治41年東京市市勢調査職業別人口表』にもとづいて東京市内で最も邦楽専門家数の多かった浅草区・日本橋区・京橋区を比較し、その背景となった音楽活動を考察する論考をまとめた。陸海軍楽隊員については、幹部をのぞき退役後の職歴(音楽職とは限らない)がそれほど判明しないので、退役後をふくめた全面的な職歴の追跡は限界がある。しかし、時期をかぎれば、活動写真館の楽師名簿との突き合わせ、年鑑類からの台湾・朝鮮・満州などでの活動者の洗い出しなどはある程度可能であるため、その作業をすすめた。今後、これらの成果を学会等で発表する予定である。東京音楽学校のデータベース作成は、本科・師範科など正規コース卒業者に限れば2600名程度だが、実際にはその数倍にあたる選科(実技科目のみ履修)在籍者や中途退学者などがあり、また作業の結果、データベース設計の手直しも必要になったため、入力作業に当初の予測より大幅に時間がかかり、年度内にデータベースを完成するに至らなかった(ただし、明治期と昭和期については入力済み)。今後も作業を継続して、できるだけ早くデータベースを完成させ、戦前の東京音楽学校入学者とその進路の全体像を把握する一歩としたい。
インテリジェント人工骨による顎骨の再生

本研究は連通多孔性ハイドロキシアパタイトにポリリン酸を吸着させた人工骨にbFGFを併用するインテリジェント人工骨の骨形成促進作用を評価して,骨移植材としての有用性を明らかとすることである.結果として,ポリリン酸・bFGFで構成するインテリジェント人工骨はin vitroにて石灰化を促進することを確認し,in vivoでの骨形成を促進することが明らかとなりGBR法への応用が期待できることが示唆された.本研究は連通多孔性ハイドロキシアパタイトにポリリン酸を吸着させた人工骨にbFGFを併用するインテリジェント人工骨の骨形成促進作用を評価して,骨移植材としての有用性を明らかとすることである.結果として,ポリリン酸・bFGFで構成するインテリジェント人工骨はin vitroにて石灰化を促進することを確認し,in vivoでの骨形成を促進することが明らかとなりGBR法への応用が期待できることが示唆された.本年度は研究計画遂行にあたり、ポリリン酸が骨再生に及ぼす効果について材料試験、in vitroおよびin vivoにて検討を行い、実験系の確立を目指した。材料試験では、作成したプレ・インテリジェント人工骨(ポリリン酸濃度1, 5, 25, 50%)の特性について、表面構造(SEM)、吸着状態(トルイジン青染色)および溶出動態(遊離リン酸測定)を測定した。その結果、担体の三次元的構造を維持したまま、担体内部全体にまでポリリン酸は吸着しており、吸着させたポリリン酸は早期に遊離されることを確認し、材料特性を明らかとした。in vitroではポリリン酸が細胞動態に及ぼす影響について成長因子の一つであるbFGFとの相互作用も含め、細胞増殖および石灰化促進についてMC3T3-E1細胞を用いて検討した。その結果、ポリリン酸とbFGFと併用することで細胞増殖を促進し、ポリリン酸の石灰化促進も明らかとなった。in vivoではプレ・インテリジェント人工骨をニュージーランドホワイトラビットの大腿骨骨窩に各埋入を行い、観察期間1および2週における骨再生状態を組織学的ならびに組織形態学的に検討した.その結果。ポリリン酸濃度25および50%のプレ・インテリジェント人工骨が観察期間2週例において優位に骨再生を促進した。以上の結果により、インテリジェント人工骨の開発にあたり、材料特性および有効ポリリン酸濃度を明らかとした。本年度は研究計画遂行にあたり、平成20年度に研究遂行し開発したプレ・インテリジェント人工骨(吸着ポリリン酸濃度25%)を、より予知性の高い骨移植材とすることを目指すため、動物実験を行い骨再生促進作用の検討を行った。昨年度の結果において、in vitroにおけるMC3T3-E1細胞を用いた実験によりポリリン酸とbFGFとの相互作用が(1)細胞増殖(2)骨分化誘導(3)石灰化、を促進することを確認した。この結果を基にして、プレ・インテリジェントにbFGFを組み入れた骨再生促進作用が期待できるインテリジェント人工骨を作成し、in vivoでの動物実験にて検討を行い、インテリジェント人工骨の確立を目指した。インテリジェント人工骨はプレ・インテリジェント人工骨(吸着ポリリン酸濃度25%)とbFGF(30μg)を複合させ作成した。各種移植材(1)インテリジェント人工骨(2)プレ・インテリジェント人工骨(3)多孔性ハイドロキシアパタイトをニュージーランドホワイトラビットの大腿骨骨窩に各埋入を行い、観察期間1および2週における骨再生状態を組織学的ならびに組織形態学的に検討した。その結果、インテリジェント人工骨が観察期間2週においてプレ・インテリジェント人工骨およびコントロールに対して有意に高い骨再生を促進した。以上の結果により、ポリリン酸とbFGFとの相互骨再生促進作用を明らかとし、骨欠損症例に用いる予知性の高い人工骨として、インテリジェント人工骨の開発を達成した。
癌細胞とキラーT細胞が発現するToll様受容体の癌免疫療法への応用

Toll様受容体(TLRs)などのアジュバント受容体は、免疫応答において重要な役割を担っているが、この受容体を標的とした癌免疫療法の研究は少ない。そこで今回、TLR3やMDA5受容体のリガンドとなる合成二本鎖RNAであるpoly(I : C)の抗癌効果の可能性を検討した。その結果、一部のヒト前立腺癌細胞ではpoly(I : C)添加により、また、poly(I : C)を細胞質内にtransfectした場合には、検討したすべてのヒト乳癌細胞に細胞死と増殖抑制が誘導されることを明らかにした。Toll様受容体(TLR)は、免疫応答の誘導において重要な役割を担っているが、この受容体は、多種類の癌にも発現している。そこで、当該研究では、前立腺癌に焦点を当て、TLR3のリガンドであり、癌免疫療法のアジュヴァントとして応用できるpoly(I:C)が、前立腺癌細胞に及ぼす抗がん効果とその機序について検討した。poly(I:C)は、TLR3を発現した一部の前立腺癌細胞(LNCaP)に対して、抗がん効果を示した。その作用の1つは、細胞死の誘導であり、カスペース依存性のアポトーシスが生じていた。また、アポトーシス以外の細胞死として注目されているオートファジー(自食作用)も生じていることを、GFP-LC3プラスミドを発現させた癌細胞でのGFP-LC3fociの形成により確認できた。一方、第2の機序として、poly(I:C)処理で細胞死しなかった前立腺癌細胞では、増殖能が低下していることが、Ki67の発現やBrdUの取り込み試験で確認された。LNCaP前立腺癌細胞は、PTENを欠損しているためにPI3K/Akt経路が常に活性化されているが、poly(I:C)処理によりAktのリン酸化が抑制をされることを見出した。以上の結果より、poly(I:C)のLNCaP前立腺癌細胞に対する効果は、オートファジーを伴ったアポトーシス(細胞死)とともに癌細胞の増殖を抑制すること、さらに、これらの機序として、癌細胞でのPI3K/Akt経路の抑制が関与していることが明らかにした。Toll様受容体(TLRs)は、生体防御・免疫システムにおいて重要な役割を担っている。一方、多くの癌細胞が種々のTLRを発現しているにも拘らず、癌細胞でのTLRsの役割やこの分子を標的にした治療への応用に関する研究は少ない。当該研究では、癌細胞に発現するTLRsを標的とした癌治療の可能性を検討した。その結果、1)ヒト前立腺癌であるLNCap細胞は、合成二本鎖RNAであるpoly(I:C)の存在下で、TLR3を介するシグナルによりアポトーシスと増殖抑制(growth arrest)が生じる。2)LNCaP細胞のアポトーシスは、カスペース9依存性であり、p53の発現増強を伴っている。3)癌細胞の増殖抑制は、主にC-mycやcylinD1の発現抑制とp21の増加による細胞周期の変化による。4)これらの抗がん効果は、恒常的にAktを活性化させると減弱することから、PI3K/Akt経路の抑制により誘導された可能性が示唆される。5)Poly(I:C)処理されたLNCaP細胞では、LC3 type-IIの発現が増強しLC3 fociが形成されたことから、オートファジー(自食作用)も同時に誘導されている。6)オートファジーはアポトーシスに拮抗的に作用する。7)癌細胞内のMDA-5などのアジュバント受容体を刺激すると、前立腺癌細胞だけで無く多種類の癌細胞〔乳癌、腎癌〕にもアポトーシスを誘導できる。8)これらの癌細胞においても、オートファジーとアポトーシスは、相互に制御しあっている。以上のことを明らかにした。これらの結果は、poly(1:C)をいう二本鎖RNAを用いて、癌細胞に発現しているアジュバント受容体を標的にすることにより、多種類の癌細胞にアポトーシスと増殖抑制を誘導できる可能性を示している。Toll様受容体(TLRs)などのアジュバント受容体は、免疫応答において重要な役割を担っているが、これらの受容体は多くの癌細胞にも発現しているにもかかわらず、この受容体を利用した癌療法の研究は少ない。平成23(最終)年度は、合成二本鎖RNAであるpoly(I:C)とヒト乳癌細胞を用いて研究を実施した。その結果、1)検討した3種類のヒト乳癌細胞株は、poly(I:C)のエンゾソーム受容体であるTLR3だけでなく細胞質内受容体であるMDA5も発現していた。2)poly(I:C)を細胞質内にtransfectした場合、すべての細胞株で、caspase依存性のapoptosisと細胞増殖関連分子であるc-MycとcyclinD1の発現低下による細胞増殖抑制(growth arrest)を認めた。

3)癌治療抵抗性に関わる可能性が示唆されているautophagyの関与について検討したところ、一部の乳癌細胞株では恒常的に、また、一部の乳癌細胞株では、poly(I:C) transfection後にautophagyが誘導されていた。4)さらに、autophagy関連分子であるbeclin-1をノックダウンさせた癌細胞で検討したところ、autophagyは、poly(I:C) transfection後に誘導されるapoptosisに対して防御的に作用していた。5)ヒト乳癌細胞を移植した異種移植マウスモデルで検討したところ、poly(I:C) transfectionにより癌細胞の増殖をin vivoでも抑制できた。以上の結果は、poly(I:C)transfectionは、免疫細胞の活性化と癌細胞のアポトーシス・増殖抑制を同時に誘導できる治療法に成りうることを示唆している。
多房性脂肪細胞におけるオートファジーがエネルギー代謝を制御するメカニズムの解明

エネルギー消費が高く、多房性に脂肪を蓄積する褐色脂肪細胞では、どういったメカニズムでオートファジー(自食)が活性化するのか、および褐色脂肪細胞のエネルギー代謝において、オートファジーの生理的意義は何かを明らかにする。その上で、エネルギー消費が高い褐色脂肪細胞において、活性化しているオートファジーが全身のエネルギー代謝にどういった影響を及ぼしているのかを解明する。
有機ケイ素を用いる新合成反応の開発と有用物質合成への応用研究

光学活性な物質の化学合成法の新しい方法論が求められている状況で,本研究ではカンファー誘導体をキラルテンプレートとする新合成法を開発した.これは不斉源としてこれまで糖質を用いていたものに加え,テルペノイド誘導体が有効であることを示したものである.中核的な反応は,既に報告書が開発してきたヘテロ共役付加反応で,これの金属キレートによる鎖状立体制御合成の原理を利用した方法論である.新鮮な点は次の3通りである.1)ヘテロオレフィンの合成法は,これまでと異りアセチレン化合物から出発してこれにヒドロシリル化するルートを採った.これは塩化白金酸触媒をわずか0.001当量用いるだけで高収率で生成物が得られる良好な反応である.また有機ケイ素団としてこれまでトリメチルシリル基を使っていたものを,トリエチルシリル基とすることで,より立体的にかさ高いヘテロオレフィンとした.プロパルギルアルコールから5段階でカンファーヘミチオアセタールのヘテロオレフィンが合成できた.2)ヘテロ共役付加反応を上記ヘテロオレフィンに試したところ,メチルリチウムは99%と高い選択性を示すにもかかわらず,ブチルリチウムは77%と低い結果を与えた.従来の経験では,反応溶媒を低極性とすれば高選択性が得られたが,このヘミチオアセタール型では更に臭化リチウムのエーテル飽和溶液の添加で99%の純度に向上した.アルキルリチウムのみならずグリニアル試薬でも塩の添加効果は認められ,高い反応速度での付加が観察された.3)共役付加のあとは,スルホニル基の存在を利用して炭素鎖延長(プレニル化)し,アマルガム還元後アルデヒドへ加水分解することにより,ノルシトロネラールを合成した.以上のように,カンファーを用いるキラルヘテロオレフィンの新合成法,共役付加,応用で高選択的合成をした.光学活性な物質の化学合成法の新しい方法論が求められている状況で,本研究ではカンファー誘導体をキラルテンプレートとする新合成法を開発した.これは不斉源としてこれまで糖質を用いていたものに加え,テルペノイド誘導体が有効であることを示したものである.中核的な反応は,既に報告書が開発してきたヘテロ共役付加反応で,これの金属キレートによる鎖状立体制御合成の原理を利用した方法論である.新鮮な点は次の3通りである.1)ヘテロオレフィンの合成法は,これまでと異りアセチレン化合物から出発してこれにヒドロシリル化するルートを採った.これは塩化白金酸触媒をわずか0.001当量用いるだけで高収率で生成物が得られる良好な反応である.また有機ケイ素団としてこれまでトリメチルシリル基を使っていたものを,トリエチルシリル基とすることで,より立体的にかさ高いヘテロオレフィンとした.プロパルギルアルコールから5段階でカンファーヘミチオアセタールのヘテロオレフィンが合成できた.2)ヘテロ共役付加反応を上記ヘテロオレフィンに試したところ,メチルリチウムは99%と高い選択性を示すにもかかわらず,ブチルリチウムは77%と低い結果を与えた.従来の経験では,反応溶媒を低極性とすれば高選択性が得られたが,このヘミチオアセタール型では更に臭化リチウムのエーテル飽和溶液の添加で99%の純度に向上した.アルキルリチウムのみならずグリニアル試薬でも塩の添加効果は認められ,高い反応速度での付加が観察された.3)共役付加のあとは,スルホニル基の存在を利用して炭素鎖延長(プレニル化)し,アマルガム還元後アルデヒドへ加水分解することにより,ノルシトロネラールを合成した.以上のように,カンファーを用いるキラルヘテロオレフィンの新合成法,共役付加,応用で高選択的合成をした.
中国農業における土地・水資源の利用・管理に関するメカニズムデザイン

メカニズムデザインの手法を用い、中国南西部の湿潤地域と中国北西部の乾燥地域のそれぞれにおいて、農業生産者の土地資源および水資源の利用に対する望ましい政策介入について分析した。分析においては地理情報システムおよびリモートセンシングの技術を活用し、地域の空間的な特徴を内生化した経済モデルの設計を行った。雲南省におけるGISデータベースの構築ならびに国際的議論の検討を行った。1)雲南省紅河州の中の4県(紅河・元陽・金平・緑春)に関してより詳細な衛星画像の解析を行うとともに、この結果をデジタル標高モデルおよび人ロセンサスのデータと結びつけることによって、この地帯の土地利用を規定している自然地理的および社会経済的要因を分析した。2)元陽県の棚田5千枚をGIS上でポリゴン化し、来年度の本調査においてこれらの田の所有者、耕作者、耕作品種、および水利体系を調査するための下地を準備した。3)同じく元陽県の牛角塞村において、基幹水路の一である「頭溝」を全工程に渡って歩くことにより、水路および取水口のGPSデータを採集し、来年度において本水路における水分配のパフォーマンスを評価するための下地を準備した。4)雲南省南部の西双版納州景洪市において予備的な村落調査を実施し、天然林がゴムのプランテーションに移行する要因を理解するための情報を収集した。また、この地域における高解像度の衛星画像を入手し、土地利用分類作業を開始した。5)雲南省昆明市デン池周辺の湖上、湖畔の公園、湖畔の村落において予備的な聞き取り調査を実施し、湖の汚染状態、および農業用水供給体・市民の憩いの場双方としての機能についての情報を収集した。また、この地域における高解像度の衛星画像を入手し、土地利用分類作業および汚染度特定のための画像解析作業を開始した。6)OECDの農業局・環境局およびEUの農業総局において、専門家・実務担当者ヘインタビューして農業水利制度の国際的な議論について情報収集を行った。中国南西部の湿潤地域においては、雲南省元陽県の農村にて100余戸の農家を対象とする調査票調査を行った。ここでは、農業生産に関する基本状況に加え、土地資源と水資源の利用状況について詳細なデータを収集した。また、分散錯圃の実態を調査するため、聞き取り対象となった農家が耕作している全水田のGPSデータを取得した。これらの情報を併せて分析した結果、集落からの距離と土地生産性には標高を介してトレードオフの関係があることが明らかになった。また、多くの圃場を抱えた農家では、遠くにある土地生産性が高い圃場の管理が粗放的になってしまい、圃場の良質性が十分に生かせていないことが明らかになった。また、中国北西部の乾燥地域における水利用に関する文献レビューを行った。加えて、甘粛省張掖市にて第一回目の現地調査を行い、現地における水取引の概要について農家・用水者組合・灌漑区・地方政府等のステークホルダーから聞き取りを行った。これらの結果から、農業内での水取引の制度は存在するものの、農家には活用されておらず、制度設計に欠陥がある可能性が明らかとなった。この欠陥の背景を解明するため、現地の水取引を再現した非線形計画モデルを構築し分析した。その結果、分散錯圃の進んでいる東アジア型の農業地帯においては、従来の水取引モデルが想定している一農家一圃場型の農業地帯における水取引とは異なる水需要の構造があるため、後者を想定した水取引価格への介入が市場の失敗を増長している可能性があることが明らかになった。中国南西部の湿潤地域を対象とした研究においては、昨年度に雲南省元陽県の農村にて収集した100余戸の農家からなる空間マイクロデータを用い、農家の行動メカニズムについて詳細な分析を行った。中でも、分散錯圃が農家の土地利用と水利用に関する決定におよぼしている影響、および農外就業機会が農家の土地利用と水利用に関する決定におよぼしている影響について重点的に分析を行った。同時に、調査地域において環境的にもまた観光資源としても高い価値を持つ元陽棚田の地理的な構造およびその時系列的な変遷を理解するため、ランドサット衛星の画像を用いたリモートセンシングを行った。その上で、これらの成果を組み合わせることにより、どのような外生環境の下では元陽棚田の持つ景観が将来的に失われてしまう可能性が高いか、またそれを防ぐためにはどのような政策的介入が社会的に最適か、分析した。中国北西部の乾燥地域を対象とした研究においては、昨年度に甘粛省張掖市の灌漑地域にて収集した情報を基に、引き続き現地の水取引を再現した非線形計画モデルの開発、およびそれを用いた最適な政策的介入に関する分析を行った。加えて、当該地域についてもランドサット衛星の画像を用いたリモートセンシングを行うことにより、乾燥地域において水資源集約的な現金作物の生産が発展するかどうかを規定している地理学的および社会経済学的要因を分析し、中国における土地制度改革をメカニズムデザインの観点から評価した。24年度が最終年度であるため、記入しない。
Metalative Reppe反応の開発と利用

本研究では、異なる3種の非対称アセチレンの位置選択的なカップリングにより、ただ1種類のみの芳香族化合物を選択的にかつ有機金属化合物として得る、新しいスタイルのReppe反応を開発した。さらにアセチレンの1つあるいは2つをニトリルに変えて、いわばアザReppe反応とも言うべきメタル化された選択的なピリジン合成あるいはピロール合成も開発した。また、これら新反応の生理活性化合物や薬剤の合成への応用も行った。すなわち、1)アセチレンエステル、末端アセチレン、2価チタンアルコキシド試薬(Ti(O-i-Pr)_4/2 i-PrMgCl)(1)、およびプロパルジルブロミドからベンジルチタン化合物をただ1つの異性体として得た。この反応で、抗腫瘍細胞作用を持つアルシオプテロシンAの最初の合成を達成した。さらに、抗HIV剤プラジミシンの芳香環部位の合成も達成した。2)アセチレンアミド、末端アセチレン、チタン試薬1およびスルホニルニトリルから、α-ピリジルチタン化合物を単一の異性体として得た。本反応で、ベンゾシクロヘプタピリジン系抗アレルギー薬剤を合成した。3)アセチレンアミド、末端アセチレン、チタン試薬1、α-アルコキシニトリルから、ピリジンアルデヒドを単一の異性体として得た。4)アセチレン、チタン試薬1、α-オキシニトリル、およびスルホニルアセチレンから、α-ピリジルチタン化合物を単一の異性体として得た。本反応を光学活性α-オキシニトリルに適用し、シクロチアゾマイシンのピリジンユニットの不斉合成を従来法よりも効率的に達成した。5)アセチレン、1-(スルホニルアミノ)アセチレン、チタン試薬1、およびニトリルからアミノピリジンを合成した。6)非対称アセチレン、チタン試薬1、および異なる2分子のα-オキシニトリルから、ピロールアルデヒドをただ1種類の異性体として得た。アセチレンアミドと末端アセチレンおよび2価チタンアルコキシド試薬(Ti(O-i-Pr)_4/2i-PrMgCl)から位置選択的に発生したチタナシクロペンタジエンに、スルホニルニトリルを作用させるとカップリング反応が進行し、α-ピリジルチタン化合物が単一の異性体として収率良く得られた。このα-ピリジルチタン化合物は、種々の求電子試薬と反応し、炭素鎖伸長や官能基変換が行なえた。あるいは、同様に発生したチタナシクロペンタジエンにα-アルコキシニトリルを作用させると、これの取り込みと同時にアセチレンに由来するアミド基のアルデヒドへの還元が進行し、ピリジンアルデヒドが単一の異性体として一挙に得られた。これらの反応は、異なる2つの非対称アセチレンとニトリルからただ1種類のピリジン合成を達成した初めての例であり、さらに前者ではメタル化されたピリジンの直接合成を可能にした画期的なものである。さらに、アセチレンエステルと末端アセチレンから同様に発生したチタナシクロペンタジエンに、プロパルジルブロミドを作用させると、ベンジルチタン化合物がただ1つの異性体として収率良く得られた。したがって、本反応は異なる3種の非対称アセチレンから、ただ1種類の芳香族有機金属化合物を発生する新たな形式のmetalative Reppe反応を提供するものである。この反応は、分子内アセチレンカップリング反応にも適用でき、立体的に混み合ったベンジルチタン化合物の新規な発生法としても有用である。

ここで発生したベンジルチタン試薬の種々の求電子試薬との反応形式も明らかにした。以上の反応および既に報告したアリールチタン化合物の直接合成法を利用し、それぞれ抗腫瘍細胞作用を持つアルシオプテロシンの最初の合成と、抗HIV剤プラジミシンの芳香環部位の短工程合成を達成した。アセチレンに2価チタンアルコキシド試薬(Ti(O-i-Pr)_4/2 i-PrMgCl)を作用させ発生したアセチレン-チタン錯体は、α-オキシニトリルと位置選択的にカップリングし、アザチタナシクロペンタジエンを与えることを明らかにした。このチタナサイクルにスルホニルアセチレンを作用させると、両者のカップリング反応が進行するとともにスルホニル基の脱離を伴い、α-ピリジルチタン化合物が単一の異性体として発生し、加水分解によりピリジンが収率良く合成できた。すなわち、この皮応により異なる2つの非対称アセチレンとニトリルから、ただ1種類のメタル化されたピリジンの直接合成が可能になった。次に、当初の予定通り、昨年度報告したアセチレン3分子のカップリング反応を、光学活性アセチレンエステルを基質の一つとして行ない、光学活性ビアリール化合物の合成を検討した。しかし、光学活性アセチレンエステルの反応性に問題があり、成功しなかった。そこで、新たに上述のピリジン合成を光学活性α-オキシニトリルを用いて行なったところ、出発ニトリルの光学純度を損なうことなく簡便に光学活性ピリジン類が合成できることを明らかにした。さらに、多様なピリジン類の合成を検討し、1-(スルホニルナミノ)アセチレンを含むアセチレン2分子とニトリルとのカップリングが、2価チタンアルコキシド試薬によりやはりアミノ基上のスルホニル基の脱離を伴って進行し、加水分解後アミノピリジンを与える新しいタイプの反応を見い出した。最後に、本年度の課題の1つである2価チタンアルコキシド試薬によるアセチレンの3量化のメカニズムが、中間体であるチタナシクロペンタジエンへの第三のアセチレンの[4+2]付加反応なのか挿入反応なのかを明らかにするべく、前者を行ないえないアレン基質を用いて検証したが反応は進行せず、結論を得るに至らなかった。アセチレン、2価チタンアルコキシド試薬(Ti(O-i-Pr)4/2 i-PrMgCl)、およびα-オキシニトリルから発生したアザチタナシクロペンタジエンに、さらにもう一分子のα-オキシニトリルを作用させると、両者のカップリング反応が進行し、加水分解によりピロール環への閉環が進行するとともに側鎖が酸化され、ピロールアルデヒド類が収率良く合成できた。すなわち、この反応を、非対称アセチレンと2分子の異なるα-オキシニトリルで行うことにより、4つの異なる置換基を有するピロールアルデヒドがただ1種類の異性体として高選択的に合成できた。すでに前年度に、上述の方法で発生したアザチタナシクロペンタジエンにスルホニルアセチレンを作用させると、両者のカップリング反応が進行するとともにスルホニル基の脱離を伴い、加水分解によりピリジンが収率良く合成できること、さらに本反応で光学活性α-オキシニトリルから出発して、ニトリルの光学純度を損なうことなく簡便に光学活性ピリジン類が合成できることを明らかにした。この反応の応用利用として、3-シリルプロパルジルアルコールのTBSエーテル、乳酸から誘導される光学活性α-オキシニトリル、スルホニルアセチレンの1段階カップリングにより合成した光学活性ピリジンから、さらに数段階を経て、シクロチアゾマイシンのピリジンユニットの合成を、既知の従来法よりも格段に効率的に達成できた。
多体系における輻射場と物質場の量子制御

本研究では多数の自由度を持つ凝縮系を輻射場と強く結合させ、凝縮系の集団励起と輻射場が強く結合して作られる"大きな"量子状態の、量子光学、非線形光学応答について理論実験両面から研究を進めた。(1)色素分子凝縮系の量子協同状態と輻射場の相互作用の実験[宮野]蛍光寿命および共鳴レーリー散乱の測定により、二次元有機色素凝集体中のフレンケル励起子の輻射過程を明らかにした。(2)高密度素励起系と輻射場の相互量子制御の理論[花村]微小共振器中の励起子の量子光学現象の理論的に研究し、微小共振器の励起子励起子分子系と1光子または2光子共鳴する電磁場の強力な光子数スクイージングを見いだした。(3)励起子-微小共振器結合系の非線形光学応答[五神]微小共振器中の励起子非線形光学応答を調べた。励起子と共振器の結合が弱い場合には2重共鳴によって300倍程度非線形信号の効率向上を実証した。強結合の場合には、4光波混合信号過程は共振器ポラトリンが励起子間相互作用を介した弾性散乱モデルにより説明できることを見いだした。また、励起子の3つの非調和項を実験から一意的に決定できることを見いだした。(4)凝縮系における輻射場の閉じ込め法の検討[五神]3次元的な輻射場の制御法として、微小球光共振器等のWhisperingGalleryModeに着目し、輻射場の閉じ込め効率の評価を実験理論的に研究し、3次元閉じこめを確認した。(5)選択エピタキシャル成長を用いた有機色素によるフォトニック結晶[島田]パタンのあり基板上に有機色素をエピタキシャル成長させることにより微細3次元構造化を行った。(6)半導体量子細線構造における励起子の輻射緩和[秋山]各種の半導体量子細線構造を用いて、リッドイマ-ジョンレンズを用いて100ナノメートルオーダーの領域で励起子と輻射場の相互作用を調べた。多自由度を持つ凝縮系の集団励起が、制御された輻射場と強く結合して、どのような量子状態をとるかを明かにすために以下のような研究を行った。[1]色素分子凝縮系の量子協同状態(宮野)色素凝集系の物理過程を明らかにするため、2次元会合体において、ラマン散乱、共鳴レーリー散乱、発光・吸収、蛍光寿命等の測定を低温から室温まで連続的に行った。その結果、バンド端上下での準位の非局在・局在、2次元性を反映した100倍以上の振動子強度の増大に伴う超放射的発光など、この系が簡単な理論によって記述できるモデル的なフレンケル励起子であることが明らかになった。[2]高密度素励起系(五神)半波長共振器中の半導体単一量子井戸の非線形光学応答の測定をおこなった。量子閉じ込めシュタルク効果によって励起子の共鳴エネルギーを光共振器の共振点近傍で変化させ、位相共役信号の強度がどの様に変わるか調べた。その結果励起子と輻射場が共に共振すると位相共役信号が100倍に増強されることが解った。

この研究はA02班の山西教授(広島大)と共同である。また、CuClの励起子分子系とアントラセン表面励起子系で高密度励起下での素励起の位相情報を検出する手法を開発した。[3]凝縮系における輻射場の閉じ込め法の検討(五神)ポリマー、半導体、ガラスの微小球の共振器特性を系統的に調べた。また、半導体とポリマーのマイクロディスクの光学特性の基礎評価を開始した。[4]コヒーレントな電子励起と輻射場の相関の理論(花村)相互作用するフレンケル励起子系及び量子縮退したワニア励起子系の協力的放射現象について理論的に検討した。特に輻射場と電子系の閉じ込めの次元性について詳しく調べた。励起子と輻射場が1次元的に閉じこめれている場合に結合系から特異なコヒーレント放射が得られることを示し、実験可能性について検討を進めている。凝縮系を輻射場と強く結合させた場合に生じる現象を探究することを目標として、次の項目について相互に連携させながら研究を進めた。(1)色素分子凝縮系の量子協同状態と輻射場の相互作用の実験[宮野]二次元有機色素凝集体中のフレンケル励起子の輻射過程を蛍光寿命および共鳴レーリー散乱の測定と数値計算により考察し、乱れによる散乱のために励起子が強く局在していることが輻射現象を支配していることを示した。(2)高密度素励起系と輻射場の相互量子制御の理論[花村]微小共振器中の励起子と輻射場の強い相互作用の結果生じる量子光学現象の理論的研究を進め、Frenkel励起子系では、定常状態においても光子数スクイーズド光が得られること等が示された。(3)励起子-微小共振器結合系の非線形光学応答[五神]平行平板型半導体微小共振器中の量子井戸励起子の系で、励起子と共振器の結合が弱い場合には励起子と輻射場モードの2重共鳴によって3次の非線形信号が2桁以上増強することが示された。また、結合が強く真空ラビ分裂が観測される状況になると、見かけの非線形性はむしろ抑制されることが示された。(4)凝縮系における輻射場の閉じ込め法の検討[五神]微小球光共振器、微小円盤構造に着目し、輻射場の閉じ込め効率の評価と応用について検討を進めた。ベクトル球面波を用いた計算により、自然放出の増強抑制因子と自然放出結合係数の評価をおこない、ポリマー微小球の実験と比較し、閾値特性などがよく説明できることが示された。(5)選択エピタキシャル成長を用いた有機色素によるフォトニック結晶[島田]超高真空下で、有機分子を単結晶基板上にエピタキシャル成長させる際、ある条件下では基板物質によって成長速度が異なる選択成長が起こることが見いだされた。輻射場と多数の自由度を持つ凝縮系を強く結合させた場合に生じる非線形光学現象や巨視的な量子光学現象について次の項目について研究を進め成果を得た。(1)色素分子凝縮系:分子の配列構造によって決まる励起子系のコヒーレンスの違いを明らかにした(宮野)。(2)高密度素励起系:半導体の励起子共鳴励起によって生じる電子相の転移をフェムト秒分光法によって実験をすすめた(五神)。現在理論的との比較を進めている。また、量子凝縮した励起子系に特異な伝播現象を励起子ポ-ズ凝縮との関連で議論した(花村)。(3)閉じ込め法の検討(五神):ガラス微小球の実験をすすめ、共振器Q値で107以上のものが得られるようになった。現在これと原子系あるいは分子系との結合をとる実験の準備を進めている。(4)コヒーレントな電子励起と輻射場の相互作用:励起子が共振器-ポラリトンを形成した場合の非線形光学応答を波長選択4光波混合分光法によって調べた。その結果特異な偏光依存性を見いだした。
平滑筋ミオシン軽鎖リン酸化酵素のアクチン結合と収縮制御

平滑筋のアクチンとミオシンの反応を活性化するCaの作用についてはミオシンフィラメント側であるというミオシンのリン酸化説とアクチンフィラメント側であるというライオトニン(Ln)があり未解決の問題になっている。Ln説における研究課題の一つはアクチンフィラメント側からの制御とは具体的にどのような機構なのかを示す事である。本研究では平滑筋リン酸化酵素(MLCK)の特質の一つであるアクチンとの相互作用に焦点を絞りそれが制御にどのような役割をもつかについて明かにすることを目的とする。トリ筋胃MLCKを抗原にして作成した単クロ-ン抗体はウシ平滑筋のMLCK(155kDa)とも反応しごくわずかであるが155kDa成分による平滑筋アクトミオシン活性化を阻害する。そこでアクチンフィラメント側からの活性化を説明する上で重要と考え155kDa成分における抗体のエピト-プを決定することを試みた。155kDa成分をサ-モライシンにより限定加水分解するとまず130kDaさらに120kDa以下の小さなフラグメントができた。抗体と反応する10kDa以上の高分子量成分としては130kDaのみが認められた。キモトリプシンによる限定分解ではサ-モライシンと同様の反応のほかに抗体と反応する35kDa成分と反応しない120kDa成分への分断反応も生じた。35kDa成分はすぐ分解消失し120kDa成分はさらに100kDa成分に分解した。またトリプシン分解では分子量約60kDaの成分が残った。キモトリプシン断片100kDa成分についてN端側をシ-ケンサ-で分析しすでに決定済みの155kD配列と比較検討したところC末端まで904残基の分子量100423とよく合うので断片100kDa成分は155kDaのC末端まで含んでいると示唆される。35kDa成分について安定な調整法を確立しアクチンと結合するかどうかを調べたい。
先端テクノロジーの科学原理を活かした科学概念の理解を促すカリキュラム構成法の解明

現代社会を支える先端テクノロジーには、科学者・技術者たちの夢や希望等々、科学技術の人間的な側面(ストーリー)が数多く含まれている。人間的な側面は、学習者の情意的領域にはたらきかけるものである。人間的な側面を踏まえながら先端テクノロジーの科学原理を教授すれば、科学学習者の情意的領域が影響を受けて、科学概念の理解が促進されると推察される。しかし現状では、このカリキュラム構成原理が明らかになっていない。本研究では、この原理の一端を明らかにした。当該年度は,日本における先端テクノロジーの科学原理を組み込んだ科学教育カリキュラムの実態を2つの視点から明らかにした。第一に,日本の科学教育カリキュラムにおける先端テクノロジーに関する教材の特徴を明らかにするため,「医薬品」を事例にして調査を進めた。具体的には,戦後発行の高等学校化学教科書および教師用指導書の記述内容をデータベース化して,テキスト分析を行った。分析の結果,次の3つの特徴が明らかになった。(1)1951(昭和26)年版学習指導要領(試案)対応化学教科書以降,「医薬品」教材の記述量は漸減したものの,1999(平成10)年版対応教科書から急増した。(2)「医薬品」教材の種類は多岐にわたり,いくつかの教材が頻出する傾向にあった。(3)「医薬品」教材の選択の意図は,薬理作用,化学工業発展の歴史および現代化学の進歩を説明するものが多かった。第二に,日本の科学教育カリキュラムにおける先端テクノロジーに関する教育内容の歴史的な背景を探った。具体的には,応用科学に関する内容が教授要目に明記されるようになった1925(大正14)年前後に発行された,教育雑誌記事および教育関連団体の議事録等のデータベース化を行い,その内容分析を行った。分析の結果,大正期の中等化学教育カリキュラムたおける応用科学的内容の導入過程には,学界における学派の対立,中学校化学教科書の記述内容および,工場参観・見学の効率化の論点があったことが確認された。当該年度は主に3つの視点から,先端テクノロジーの科学原理を組み込んだ科学教育カリキュラムの実態と構成原理の一端を明らかにした。1つめは,日本の中等科学教育カリキュラムの実態を明らかにするため,中学校・高等学校間の先端テクノロジーに関する教材の接続関係に注目した。1950年代に発行された中学校理科および高等学校化学の教科書および教師用指導書の記述内容を分析して,当時の先端テクノロジーの結集であった,冶金,窯業および繊維工業に関する教材を調べた。その結果,中学校理科教科書には体験活動を重視したものが多く,高等学校化学教科書には先端テクノロジーそのものの理解の深化と研究発表能力の育成をねらいとしていた事実が明らかになった。2つめは,近年の日本の科学教育界で行われている「工場見学」が,第一次世界大戦後でも奨励されていた事実から,当時の奨励が何をねらいにしたものであり,いかなる制約を有していたのかを明らかにすることで,日本の科学教育カリキュラムの特質の一端を明らかにできると考え,科学教育関係者が工場見学のねらいと制約をどのように語っていたのか,地方教育雑誌55種の記事内容を分析した。3つめは,海外における先端テクノロジーの科学原理を組み込んだ科学教育カリキュラムの構成原理を明らかにするため,アメリカとイギリスの定評ある中等化学教科書を分析した。その結果,2つの中等化学教科書における"Industry"教材には,筋書き(シナリオ,ストーリーライン)を重視する共通点があった。また,問題解決能力の育成,環境問題への対処,さらには,キャリア教育の視点なども盛り込まれていた。これらの強調点は,新高等学校学習指導要領理科編の目指すところと合致する点も多く,科学教育カリキュラム構成を考えるうえで参考になる点が多い。当該年度は主に2つの視点から,先端テクノロジーの科学原理を組み込んだ科学教育カリキュラムの実態と構成原理の一端を明らかにした。1つめは,日本の中等科学教育カリキュラムにおけるテクノロジー教材の特徴を明らかにするため,当該教材と科学原理との関わりに着目した。具体的には,化学領域の石油化学工業教材を典型例にして,戦後発行の高等学校化学教科書および教師用指導書の分析を行った。その結果,(1)石油化学原料および製品に関する記述内容が多く見られ,(2)ほぼ一貫して関連づけられた科学原理には,分留,クラッキング等々があり,(3)教科書執筆者の間には,純粋自然科学の学問体系に基づいた系統性の観点から石油化学工業教材の取扱いに賛否があった事実を明らかにした。2つめは,日本の科学教育カリキュラムにおけるテクノロジー教材と体験活動との関わりに着目した。第二次世界大戦前に各地の科学授業で行われていた「工場見学」のディスコースを調べた。主に大正期から昭和前期に発行された教育雑誌記事にみられた,(1)工場見学の意図と(2)その問題点と打開の仕方について類型化した。その結果,(1)には3つの類型(実用主義と校外教授,郷土化運動と理科教材,戦時体制と工場見学)を,(2)には4つの類型(見学可能な工場の調査,実物教授の推奨,視聴覚メディアの活用,教科外活動への編入)を見つけることができた。

これらの類型に基づきながら,日本の科学教育カリキュラムの「工場見学」に見られた科学教育カリキュラム・ディスコースの推移を探り,そのモデルを提示した。
第二言語処理における認知資源配分の理解と思考への影響に関する認知・脳科学的研究

本研究は、外国語(第二言語、以下L2)を理解する際に、その言語処理が思考作業に及ぼす影響に関する認知的、脳機能的プロセスとメカニズムに関する研究である。研究対象者は、英語を第二言語とする日本人大学生である。2018年度の研究実績を以下に要約する。本年度は、2017年度の研究成果を踏まえ、それを更に検証するため近赤外線光トポグラフィーによる脳機能測定実験を2回実施した。最初の実験では、英語を第一言語とする参加者および第二言語とする参加者による推論課題中の前頭部の脳活動を計測した。その結果、言語背景と推論課題の難易度に交互作用が見られ,英語第二言語群では右前頭,英語第一言語群は左前頭で難易度の高い推論条件で有意にoxy-Hbの変化量が上昇した。これにより、言語背景により,推論を担う脳活動の半球優位性が異なる可能性が示唆された。2018年7月に開催された日本光脳機能イメージング学会でこの成果を発表した。次いで、英語第二言語話者の習熟度を中級上レベル統制して実験を実施した。その結果、推論負荷が高い高難易度条件において、右前頭で英語第一言語群が英語第二言語群よりも有意に高い脳活動が見られた。先行研究から推論処理は右半球優位の活動を示すことを踏まえ,この結果は、英語第二言語学習者では英語母語話者ほど推論処理が行われなかったことを示唆するのではないかと考察される。これらの結果は、2019年度の国内外の学会発表をすべく投稿中である。実績の概要に示したように、脳機能測定実験において英語第一言語、英語第二言語学習者を比較したところ、予測とほぼ一致する結果を得ることができた。一方で、英語第二言語の習熟度が中級上レベルの学習者に絞り、より統制をかけた実験の結果では、第一実験の結果示唆されたスピルオーバー効果が認められなかった。従って、これらの実験結果をより詳細に検討し、さらに詳細に検証する必要がある。「心の理論」課題や倫理的ジレンマ判断課題などを含む文章を使って、より高次の思考作業を伴う理解過程におけるL2処理の負荷を計測する実験を計画、構築し、実施する。そのために、脳機能計測だけでなく、視線計測や反応時間、読解時間などの行動指標計測の実験も実施する。それらの実験結果を踏まえ、第二言語使用時における認知資源の配分と負荷に関する理論の構築を図る。研究対象のL2は英語である。2017年度の研究実績を以下に要約する。本年度は、L2処理における認知的負荷を検証するため、脳機能測定実験を構築、実施した(現在も継続実施中)。まず、英語による読解用テキストおよび内容理解に関する設問(英語による音声)を作成し、実験用コンピュータプログラムに組み込んだ。設問は文章に書かれた内容に関するもの(直接的質問)と推論を要するもの(間接的質問)に別れている。実験では、まず実験参加者に実験用テキストを読んでもらった後、コンピュータ上で上記の設問を1問ずつ音声により呈示し、回答してもらった。実験中、参加者には近赤外線光トポグラフィー脳機能測定装置を装着してもらい、脳活動を測定した。仮説は、間接的質問の方が推論という思考作業を要するためより認知的負荷が高いとし、これらの設問に回答する際の脳活動は、直接的質問に回答する際の脳活動より高くなると予測した。中級レベル英語学習者の日本人大学生15名を対象として実験を行ったところ、右半球前頭部で間接的質問に対する回答中の方が直接的質問に対するより有意に脳活動が高くなるという結果を得た。この結果は予測と一致するもので、推論作業の負荷を示唆すると考えられる。2017年7月に開催された日本光脳機能イメージング学会でこの成果を発表した。実績の概要に示したように、L2学習者を対象として脳機能測定実験において、予測と一致する結果を得ることができた。しかし、L2の場合に推論作業の認知的負荷が高くなるという仮説を立証するためには、英語母語話者または英語運用能力が非常に高い者の場合には、どちらの種類の設問に対しても脳活動レベルに差がないことを示す必要がある。