hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遠隔看護における健康状態のアセスメント手法の開発に関する研究―カオス分析によるバイタルサイン情報の活用―

そこで本年度の研究は、多様な情報を含んだ非線形時系列データである指尖容積脈波がバイタル情報として有用であるかを検証するために、測定体位の違いによる影響を明らかにした。【方法】1.対象:1927歳の健康なボランティア6名である。実施にあたっては、研究の趣旨を文書と口頭で説明した後、研究協力の同意を得た。2.実験条件:1)被験者側の条件:カフェイン摂取の禁止など自律神経活動に影響を及ぼす因子の統制を行った。2)環境条件は、室温22-24°C、湿度50%。3)測定体位は、安静仰臥位・座位・立位をそれぞれ20分間保持し、両上肢は常に心臓の高さと同じ位置になるように調整した。4)手順:右手第2指の先端に指尖容積脈波ピックアップ(コンピュータコンビニエンス社:BC2000)を装着し、左上腕にマンシェット、左手首にトノメトリー(日本コーリン社:JENTOW7700)を装着した。仰臥位→座位→立位を連続して行い、その間、指尖容積脈波は2分毎、血圧は5秒毎に測定した。3.分析方法:指尖容積脈波は、25秒間5000ポイントをパソコンに取り込み、カオス解析を行った。鋭敏さやアトラクターの軌道不安定性を表す第1リアプノフ指数、系の長期予測不可能性を表すKSエントロピーについての定量的評価を行った。【結果・考察】体位の変化に伴う血圧の変動と、指尖容積脈波のカオス解析によって得られた第1リアプノフ指数・KSエントロピーには関連がみられた。これは、脈波が心臓のポンプ作用によって生じる動脈系圧波動の伝播であることからくると考えられる。しかし、血圧との関連がみられなかった事例があった。指尖は、主としてαアドレナリン作動性の交感神経活動を反映しているため、20分間同じ姿勢を保持することが苦痛であったり、眠気を払おうとするストレスが影響したと思われる。このように、心理的な多様な情報を含んだ複雑系の指尖容積脈波は、ICTを通じて取得するバイタル情報として有用であることが示唆された。現在は、これらの実験結果を活用した遠隔看護の実際に取り組んでおり,その実用性の評価を行っているところである。本年度は、開発した遠隔看護システムによって、在宅で療養しながら社会生活を送っている慢性疾患患者のためのモバイル・コンピューティングを活用した遠隔看護支援システムの有効性・実用性について検討した。◆ある糖尿病患者への適用対象は、本研究の趣旨を十分説明し同意の得られた、パソコン操作ができる2型糖尿病の男性患者(57歳)と、患者が通院している病院(サブセンター)の外来の担当看護師、および担当医師に協力を得て試験的に運用を行った。担当した病院の担当看護師は看護師経験29年である。◆研究期間および方法研究期間は、2003年1月から5月までの約5ヶ月間(144日間)である。前半の73日間は、システムの円滑な運用のための導入的運用とし、糖尿病指導を加えない遠隔看護を行った(導入期)。後半の71日間は、糖尿病者に対する個別プログラム(血糖値、血圧値、体重、一日の歩行量をデータ化し管理する)を加え、糖尿病に対する意識付けと指導を加えた遠隔看護を行った(試験期)。◆結果<糖尿病患者からの評価
生体およびヒトてんかん脳スライス標本による前頭葉、側頭葉辺縁系の機能局在の解析

今回、頭蓋内電極留置術を行い発作時脳波を記録した患者は12名で、海馬を含む側頭葉切除を9名に行い、3名に前頭葉眼窩面の焦点切除を施行した。全例に術前、FDG-PET,中枢性ベンゾジアゼピン受容体に関連したPET計測を行い、6例にアデノシン受容体に関連したPET計測等を行い、脳回単位でMRIと重ねた機能画像を作成した。側頭葉内側の留置電極による発作時脳波記録はすでに確立した方法である一方、前頭葉性の複雑部分発作患者の発作時皮質脳波の記録は必ずしも充分に検討されていない。難治性の前頭葉てんかん患者では、しばしば前頭洞が広く発達しているため、電極の挿入が困難であることがひとつの理由である。我々は前頭洞を広く開放した上で硬膜下電極を留置する方法を開発し、2例において発作開始時の律動性の徐波を前頭葉眼窩面に見いだすことができた。同時に、前頭葉性の複雑部分発作でみられる激しい自動症の出現時にはpremotor cortexからmotor cortexにかけて律動性の徐波がひろがっていることが確認できた。側頭葉と前頭葉の辺縁系でみられる自動症がかたや静の自動症であり、かたや動の自動症である理由の一つを電気生理学的にみいだせたものと考えられた。スライス標本を用いた光学的計測による実験、ポジトロン計測を8例に施行している。8例全例で、光学的計測あるいは、ポジトロン計測に成功していて、スライス標本を生きたままで研究するという体制が充分にそなえられたものと考えられた。この結果の一部は誌上報告した(裏面、雑誌発表参照)さらに我々は、術前PET検査でえられたブドウ糖取り込み低下の度合いが、脳スライス上でのカリウム刺激前後のブドウ糖取り込み反応性の低下と相関していることをみいだした。このことから脳スライス標本上でのFDG-PETが代謝予備能の測定、さらにてんかん原性変化の度合いを測定する方法として有用なことを見いだし、現在誌上に投稿中である。本年度は、7名の複雑部分発作の患者に頭蓋内電極留置術を行い発作時脳波を記録した上で、海馬を含む側頭葉切除を6名に行い、1名に前頭葉眼窩面の焦点切除を施行した。PETによる焦点診断は、側頭葉てんかんの6例では全例で焦点側と一致していた。追跡期間は短いが全例でseizure-freeであり、術前のPET検査が治療に有効であったことが示唆された。スライス標本を用いた光学的計測による実験、ポジトロン計測を6例に施行している。6例全例で、光学的計測あるいは、ポジトロン計測に成功していて、スライス標本を生きたままで研究するという体制が充分にそなえられたものと考えられた。この結果の一部は誌上報告した(裏面、雑誌発表参照)今年度の最も大きな成果のひとつは、前頭葉性の複雑部分発作患者の発作時皮質脳波を硬膜下電極で記録したことである。難治性の前頭葉てんかん患者では、しばしば前頭洞が広く発達しているため、電極の挿入が困難である。今回の症例では前頭洞を広く開放した上で硬膜下電極を留置することで、発作開始時の律動性の徐波を左前頭葉眼窩面に見いだすことができた。

同時に、前頭葉性の複雑部分発作でみられる激しい自動症の出現時にはpremotor cortexからmotor cortexにかけて律動性の徐波がひろがっていることが確認できた。側頭葉と前頭葉の辺縁系でみられる自動症がかたや静の自動症であり、かたや動の自動症である理由の一つを電気生理学的にみいだせたものと考えられた。今回、頭蓋内電極留置術を行い発作時脳波を記録した患者は、12名で、海馬を含む側頭葉切除を9名に行い、3名に前頭葉眼窩面の焦点切除を施行した。全例に術前、FDG-PET,中枢性ベンゾジアゼピン受容体に関連したPET計測を行い、6例にアデノシン受容体に関連したPET計測等を行い、脳回単位でMRIと重ねた機能画像を作成した。側頭葉内側の留置電極による発作時脳波記録はすでに確立した方法である一方、前頭葉性の複雑部分発作患者の発作時皮質脳波の記録は必ずしも充分に検討されていない。難治性の前頭葉てんかん患者では、しばしば前頭洞が広く発達しているため、電極の挿入が困難であることがひとつの理由である。我々は前頭洞を広く開放した上で硬膜下電極を留置する方法を開発し、2例において発作開始時の律動性の徐波を前頭葉眼窩面に見いだすことができた。スライス標本を用いた光学的計測による実験、ポジトロン計測を8例に施行している。8例全例で、光学的計測あるいは、ポジトロン計測に成功していて、スライス標本を生きたままで研究するという体制が充分にそなえられたものと考えられた。この結果の一部は誌上報告した(裏面、雑誌発表参照)さらに我々は、術前PET検査でえられたブドウ糖取り込み低下の度合いが、脳スライス上でのカリウム刺激前後のブドウ糖取り込み反応性の低下と相関していることをみいだした。このことから脳スライス標本上でのFDG-PETが代謝予備能の測定、さらにてんかん原性変化の度合いを測定する方法として有用なことを見いだし、現在誌上に投稿中である。
チベット語アムド方言の文法記述

平成19年8月28日平成19年10月11日の約一か月半の間、中国青海省海南チベット族自治州共和県においてフィールドワークを行い、論文の内容のチェックおよび、なぞなぞやことわざなどの収集と分析を行った。論文の内容は、アムド方言の系統、類型的特徴、言語使用状況にはじまり、音韻や文法体系の記述、親族名称、色彩語彙などの特殊な語彙にわたる。附録として、筆者の集めた談話、なぞなぞ、ことわざの資料を付した。その他、東京外国語大学アジア・アフリカ言語文化研究所共同研究プロジェクト「記述的言語研究コミュニティー構築プロジェクト」(略称:Fieldling,代表:中山俊秀准教授)における、「文法スケッチ」を目的とするサブ・プロジェクトに参加してチベット語アムド方言の文法概要をまとめ、(海老原志穂「チベット語アムド方言」中山俊秀・山越康裕(編)『文法を描く・2-フィールドワークに基づく諸言語の文法スケッチ-』)、同研究所共同研究プロジェクト「チベット=ビルマ系言語からみた文法現象の再構築1:格とその周辺」(代表:澤田英夫准教授)でアムド方言の格体系に関する発表を行った。昨年度行った調査をもとに、中国甘粛省天祝県におけるアムド方言の音韻記述も行った(別所裕介・海老原志穗「チベット語パリ方言とその言語使用状况について」)『京都大学言語学研究』).中国青海省、海南チベット族自治州において夏季に3ヶ月のフィールドワーク(口語資料の録音及び文法調査)と文献収集を行った。日本在住のアムド方言話者に対しても随時、調査を行った。民話などの録音資料を書き起こした口語コーパスのデータと上述の文法調査をもとに、以下のような成果が得られた。形態論:修士論文で行った助動詞研究を発展させた。動詞述語の構造を明らかにするとともに、動詞に後続する助動詞の種類などを調べた。特に、完了を表わす助動詞に関して、それらが、先行研究で述べている意志性を表わすだけでなく、方向性も表わすことを明らかにした(日本言語学会第130回大会,於:国際基督教大学2005年6月21日およびThe 11th Himalayan Languages Symposium at Chulalongkorn University, Bangkok 12/9,2005における口頭発表)統語論:複文の研究を行った。従属節の種類を明らかにし、各従属節における接続助詞の形態変化、統語的な制約を調べた。その研究の一部を「チベット語アムド方言の従属構文(NI節による)における名詞句指示」(『思言』投稿論文)にまとめた。現在は、条件節と目的節に関する論文を作成している。さらに、従属節全体の中での従属度のランキングを明らかにする予定である。チベット語に関する統語的な研究は数が少ないため、本研究はチベット語の記述研究に大いに貢献するものと思っている。談話資料:アムド方言による民話、歌、なぞなぞ、ことわざなどの口承文学の録音と書き起こし(チベット語表記、音韻表記)を行った。テキスト入力したデータは、チベット語表記のテキストが約190分、音韻表記のテキストが約85分である。資料の一部にはグロスと日本語訳をつけた。中国青海省および甘粛省において9月中旬から11月初旬にかけて2か月のフィールドワークを行った。具体的な内容としては、チベット語アムド方言の口語資料の収集及び、文法調査、文献収集である。口語資料の収集は、新しい口語資料の収集及び、昨年すでに収集した口語資料のテキスト化、チベット文字化及びそれらの校正を行った。文法調査は、昨年度集めたデータをもとにまとめた文法特徴の確認や、不明点について調査を行った。さらに、新たに明らかになった特徴的な現象について詳しく調査を行った。日本に在住するチベット語アムド方言話者に対しても随時、調査を行った。文法調査及び、収集しテキスト化した口語資料をもとに、以下のような成果が得られた。アムド方言の文法概要:アムド方言の文法特徴を全体的にまとめている。言語の使用状況、使用話者数、音韻、品詞、形態、統語にわたる(「チベット語アムド方言」forthcoming.『文法を描く』2.アジア・アフリカ言語文化研究所)。統語論:昨年度に続き、複文の研究を行った。各従属節における統語的な制約を詳しく調べている。その成果を発表した(日本言語学会第132回大会2006 6於東京大学)。言語のスタイル:アムド方言における敬語について品詞、形態、統語、使用の領域などの面から明らかにした。さらに、チベット語の他方言との対照を行い、アムド方言における特徴を描くことを試みた(「チベット語アムド方言の敬語」2007『思言』第2号3-20.)平成19年8月28日平成19年10月11日の約一か月半の間、中国青海省海南チベット族自治州共和県においてフィールドワークを行い、論文の内容のチェックおよび、なぞなぞやことわざなどの収集と分析を行った。その他、東京外国語大学アジア・アフリカ言語文化研究所共同研究プロジェクト

「記述的言語研究コミュニティー構築プロジェクト」(略称:Fieldling,代表:中山俊秀准教授)における、「文法スケッチ」を目的とするサブ・プロジェクトに参加してチベット語アムド方言の文法概要をまとめ、(海老原志穂「チベット語アムド方言」中山俊秀・山越康裕(編)『文法を描く・2-フィールドワークに基づく諸言語の文法スケッチ-』)、同研究所共同研究プロジェクト「チベット=ビルマ系言語からみた文法現象の再構築1:格とその周辺」(代表:澤田英夫准教授)でアムド方言の格体系に関する発表を行った。昨年度行った調査をもとに、中国甘粛省天祝県におけるアムド方言の音韻記述も行った(別所裕介・海老原志穗「チベット語パリ方言とその言語使用状况について」)『京都大学言語学研究』).
光ファイバ直接集積化液晶光制御デバイスの研究

(1)液晶を用いた偏波コントローラの実証i)回転波長板の設計と作製技術の確立偏波コントローラの構成素子である液晶回転波長板の試作と改良を行なった。その結果、回転の応答時間が4ミリ秒以下で、かつ損失が0.1dB以下と極めて小さい回転波長板を再現性よく作製する技術を確立した。現実の光伝送系において発生する光の偏波面の変動の周期は速くても数秒から数分であるため、これを補償するのには十分な速度を持つ素子ができたといえる。またその過程で、液晶材料、電極形状等の最適な設計指針を確立した。ii)周辺技術の確立上記液晶回転波長板は8対の電極を持ち、それぞれに異なる波形の電圧を印加して駆動する。この駆動に必要な各種電子制御系の試作/改良を行ない、その結果波長板のすべての動作をコンピュータ制御で簡便に行なうことを可能とした。またフィードバック制御に必要な、信号光の偏波状態を検知する光学回路についても、基本的な作製技術を確立した。iii)基本原理の実証上記の素子と制御系を組み合わせて実際に偏波制御の実験を行ない、初期的な段階ながらシステム全体として設計どおりの偏波制御動作を確認した。具体的には、任意の偏波状態を持つ入射光を直接度13dB以上の直線偏波に変換し得ることを確認した。(2)チューナブル光フィルタの動作解析液晶を用いた波長選択光フィルタの共振モード次数について、これまで明らかになっていなかったその特異な振る舞いを理論的に解析し、その起源と性質とを明らかにした。(1)液晶による光スイッチの複合集積(1)低挿入損失の実証・LPSは膜界面の平坦性向上に成功し、高性能化を達成した。・液晶セルでは、これまでのガラスに代わりSiを使うことで、超薄膜化を達成した。(2)ファイバ集積化、アレイ集積化の実証次項に挙げるTECファイバの改良を行い、液晶スイッチのファイバ集積化を実証した。(2)TECファイバのマイクロバーナーによる精密作製法TECファイバの能率向上のため、バーナーにより短時間で、ファイバの長さの大部分を保護コートをつけたまま処理する装置を本研究費で購入したマイクロステージをもとに開発し、集積化の便に供することができた。(3)チューナブル光フィルタの基本設計(1)ファブリペロ-共振器の高効率化一対の誘電体多層ミラー面にラビング処理し、その間に液晶を封入し、その全体にITOで電界を印加することで、ファブリペロ-共振器を作製した。多層膜ミラーの形成をインハウスで行えるようになったため、実験を効率よく、短い時間で行えるようになった。(2)平面波回路によるチューナブルフィルタの実験実際にフィルタの作製を行い、良好な結果を得た。ii)基本原理の実証上記の素子と制御系を組み合わせて実際に偏波制御の実験を行ない、初期的な段階ながらシステム全体として設計どおりの偏波制御動作を確認した。

具体的には、任意の偏波状態を持つ入射光を直線度13dB以上の直線偏波に変換し得ることを確認した。(2)チューナブル光フィルタの動作解析液晶を用いた波長選択光フィルタの共振モード次数について、これまで明らかになっていなかったその特異な振る舞いを理論的に解析し、その起源と性質とを明らかにした。
エピタキシャル成長を利用した高活性光触媒・光電極材料の開発

今年度は、p型酸窒化物半導体デラフォサイト型CuZrONエピタキシャル薄膜の合成を行った。これに加えて、n型の酸窒化物半導体であるアナターゼ型TaON薄膜へのキャリアドープも行った。デラフォサイト型酸窒化物CuZrON薄膜の合成については、窒素プラズマ支援パルスレーザー堆積法によって行ったが目的物は得られなかった。これは、銅の窒化物が高温下で不安定なことに起因しているとみられるため、製膜条件の探索が必要となっている。n型半導体であるアナターゼ型TaON薄膜へのキャリアドープについては、グローブボックス内でTaON薄膜をn-ブチルリチウム/ヘキサン溶液に浸しアナターゼ型TaONへのLi挿入を起こすことで実現した。まず、2次イオン質量分析及びX線回折測定により、アナターゼ型TaON薄膜においてもn-ブチルリチウム溶液でLi挿入が可能なことを明らかにした。続いて、Li挿入したTaONの電気輸送特性を評価した。これにより、Li挿入はアニオン空孔を導入するよりもより多くのキャリアをドープできること、格子間Liがアニオン空孔よりも弱い不純物散乱中心であることが明らかになった。加えて、Wドープアナターゼ型TaONの結果と比較することで、酸窒化物のような複合アニオン材料へのドープでは、ドープ時に電荷補償を起こさないような工夫、例えば、製膜プロセスとドーププロセスの分割といったことが有効であると提案した。以上の結果は、ドーパントとしての格子間Liの有用性だけでなく、エレクトロニクス材料としてのアナターゼ型TaONの有望さ、及び、電気輸送特性の評価が進んでいない酸窒化物系の材料へのキャリアドープの指針を示す重要な成果である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
金属電析における水素誘起超多量空孔の挙動解明と組織制御への応用

電析金属中の水素誘起超多量空孔の挙動を解析し、水素誘起効果を機能性合金薄膜の組織制御に応用することを検討した。高水素濃度のCu電析膜の室温粒成長は水素脱離とともに進行した。電析したPt/CoおよびNi/Cu拡散対において水素の熱脱離とともに粒成長は進行したが、合金層は形成されなかった。高水素濃度の電析金属では格子収縮が観察され、Fe-C合金電析膜中の炭素-空孔-水素クラスターの構造は、格子定数と炭素および水素の濃度の変化から算出された。金属種と析出条件によって水素誘起超多量空孔の挙動は異なることが明らかにされた。金属の電析過程では水素の共析とともに多量の原子空孔(水素誘起超多量空孔)が生成し、それによって原子拡散が促進され、再結晶、相変態および界面相互拡散等の構造変化が室温または低温熱処理で観察される。本研究では、金属電析における水素誘起超多量空孔の挙動を解明することを目的とし、水素誘起拡散現象を利用した組織制御により機能性合金薄膜を作製することを試みる。さらに、電析膜の内部応力と鉄鋼材料の水素脆化における水素と空孔の相互作用機構を解明する。平成26年度は種々の金属電析膜について水素誘起超多量空孔の挙動を調べた。その結果、Cu電析膜については新たに用いた三つの電解浴(クエン酸錯体塩化物浴、EDA錯体浴およびEDTA錯体浴)で多量の水素の共析と顕著な室温再結晶が観察された。水素が共析していないCu電析膜では室温再結晶は起こらないことから、室温再結晶の主因は水素誘起超多量空孔であることが明確化された。Pd電析膜については多量に共析した水素の脱離に伴う格子収縮が観察されたことから、安定な空孔秩序構造の金属水素化物が形成されことが示唆された。Fe-C合金電析膜については炭素含有率にほぼ比例して水素含有率が増加する傾向が得られ、純Fe膜における格子収縮とFe-C合金膜における格子膨張から結晶格子内の空孔-炭素-水素クラスターの構造が決定された。この結果は、最近モンテカルロ法によって計算された純Fe中の空孔-水素クラスターの構造とほぼ一致しており、鋼の水素脆化への炭素と水素誘起超多量空孔の相互作用機構を解明するための手掛かりとなることが期待される。Ag, AuおよびPt電析膜については浴組成、添加剤および電析条件によって膜中に共析する水素の量が大きく影響され、水素の挙動と構造変化の関係は複雑であることが分かった。平成27年度は種々の金属電析膜について水素誘起超多量空孔の挙動解明するとともに、水素誘起拡散現象を利用した組織制御を検討した。Pd電析膜については、室温で水素の脱離とともに格子収縮が進行し、熱処理によって空孔-水素クラスターが分解する温度で格子収縮が緩和されることが明らかにされた。Ag電析膜については、室温で水素脱離に伴う構造変化は観察されなかったが、再結晶温度よりも低温で熱処理することによって粒成長が観察されたことから、水素が脱離した後も室温で多量の空孔が安定に存在することが示唆された。Fe-C合金電析膜については、クエン酸を炭素源として用いたところ、アスコルビン酸を用いた時とほぼ同様に膜中の水素含有率は炭素含有率の増加とともに増加した。しかし、粗大結晶と微結晶が混在した組織のFe-C合金膜が得られ、それによって水素の存在状態は異なることが分かった。塩化物浴からのPt電析膜では、析出電位によって膜中の水素含有率が異なることが分かった。これらの結果から、水素と空孔の挙動について新たな知見が得られた。電析Ni膜/Cu基板拡散対と電析Co/Pt膜拡散対を作製し、低温熱処理による界面相互拡散を調べた。その結果、多量の水素が含まれるNi, PtおよびCo電析膜においては各金属の融点から予測される再結晶温度よりも低温で粒成長が観察された。しかし、界面相互拡散によるCu-NiおよびCo-Pt合金層の形成はより高温でないと起こらず、水素誘起拡散現象を利用した低温熱処理による合金層の組織制御を行うことはできなかった。いくつかの企業からめっき膜中の水素の分析依頼を受け、水素の共析量を低減する電析条件の検討に協力した。新たな試みとして、電解液に400 MPaの高圧力を印加することができるセルを開発し、Ni電析膜について圧力が膜中の水素共析と膜の構造に及ぼす影響を調べた。水素誘起超多量空孔の挙動解明については、各々の金属において電析条件によって水素の共析量と存在状態がそれぞれ異なり、それによって生成する空孔の存在状態と構造への影響が異なることが分かってきた。電析金属膜中の水素と空孔の挙動について、バルク金属とは異なる新たな知見が得られた。水素誘起拡散現象を利用した組織制御については、水素が多量に含まれる電析膜では再結晶温度よりも低温の熱処理で粒成長が観察されたが、これらの拡散対では界面相互拡散による合金形成はより高温でないと起こらなかったため検討することができなかった。企業からのめっき膜中の水素に関する分析依頼と技術相談に応じ、産学連携に貢献した。新たな試みとして、高静水圧下で電析した金属中の水素の存在状態を調べる研究を開始した。最終年度は電析金属中の水素と内部応力、水素脆化、および水素の共析機構について検討した。

Cu電析膜の水素濃度と内部応力との間に明瞭な関係は見られないことから、室温粒成長の主因は水素誘起超多量空孔であることが示唆された。Fe電析膜を試験片にして引張試験により水素脆化を評価したが、膜表面のクラックと基板の影響の排除が課題となった。Pt電析膜では水素の吸着状態と共析量の電位依存性が認められたが、Pd電析膜では電位に関係なく多量の水素が共析した。高静水圧下のNi電析では、電流効率の低下と水素濃度の増加が観察された。水素誘起効果を利用した電析膜の組織制御は、前年度の検討で合金層が形成されなかったため実施しなかった。研究期間全体を通して、種々の金属について浴組成、添加剤、および電析条件によって共析する水素の量と存在状態は大きく変化することが分かり、高水素濃度の膜では様々な水素誘起現象が観察された。Cu電析膜の室温粒成長は初期の内部応力と集合組織に関係なく、水素の脱離とともに進行することが明確になった。一方、AgとAuの電析膜では水素脱離後の粒成長は観察されず、格子は収縮した状態であった。Pd電析膜では水素脱離に伴って格子収縮が進行したことから、金属によって空孔-水素クラスターの安定性と拡散性が異なることが示唆された。高水素濃度のFe-C合金電析膜の格子定数変化から、炭素-空孔-水素クラスターの構造が推測された。これは鉄鋼材料の水素脆化への炭素、水素、および空孔の相互作用機構を解明する手掛かりになると期待される。多くの企業からめっき膜中の水素に関する技術相談を受け、水素分析を行って問題の解決に貢献した。本研究で得られた電析金属中の水素の挙動に関する新たな知見は、めっき技術の発展にとって非常に有意義であるが、未解明な現象が多く残されているため今後更なる研究が必要である。電析金属中の水素誘起超多量空孔の挙動を解析し、水素誘起効果を機能性合金薄膜の組織制御に応用することを検討した。高水素濃度のCu電析膜の室温粒成長は水素脱離とともに進行した。電析したPt/CoおよびNi/Cu拡散対において水素の熱脱離とともに粒成長は進行したが、合金層は形成されなかった。高水素濃度の電析金属では格子収縮が観察され、Fe-C合金電析膜中の炭素-空孔-水素クラスターの構造は、格子定数と炭素および水素の濃度の変化から算出された。金属種と析出条件によって水素誘起超多量空孔の挙動は異なることが明らかにされた。平成26年度は種々の金属電析膜について水素誘起超多量空孔の挙動を調べることを主な目的としている。CuとPd電析膜およびFe-C合金電析膜については多量に共析した水素の脱離に伴う粒成長や格子収縮等の顕著な構造変化が観察され、水素誘起超多量空孔の挙動がほぼ解明された。Au、AgおよびPt電析膜中の水素の挙動については不明な点が多く残されている。研究計画よりも先行して電析Co/Pt二層膜の熱処理実験を行ったところ、CoとPtの個々の層については低温で粒成長が観察されたが、界面相互拡散は起こらず合金層は形成されなかった。予想外の結果も得られているが、金属の種類と電析条件によって共析する水素の量と挙動が大きく異なるという新たな知見が得られた。これらの知見は金属中の水素誘起超多量空孔の挙動を解明する上で非常に重要な意味をもつものであり、今後の検討課題とする。以上のことから、本研究はおおむね順調に進展していると考えている。平成28年度は引き続き水素誘起超多量空孔の挙動解明について検討するとともに、内部応力と水素脆化の機構解明に重点を置いて研究を行う。
好中球による自然免疫応答活性化の仕組みの解明とその応用

マクロファージおよび未熟樹状細胞は、生体内で常に産み出されているアポトーシス細胞を迅速に貪食除去している。また、この貪食応答に対する静止好中球および活性化好中球の影響を検討した。その結果、マクロファージ貪食能に対する助長効果は、骨髄好中球よりも浸潤好中球のほうが顕著であり、またこの効果は、trans-well assayにより好中球とマクロファージの相互作用を阻害すると、著しく低下することから、好中球とマクロファージとの相互作用が重要であることが分かった。またこの現象は、同様にアポトーシス細胞を貪食する未熟樹状細胞における貪食応答においても観察され、好中球が貪食応答全般に対して積極的に助長する機構を有していることが強く示唆された。マクロファージは、生体内で常に産み出されているアポトーシス細胞を迅速に貪食除去している。また、この貪食応答に伴って貪食巣に好中球が浸潤してくること、この好中球がマクロファージによるアポトーシス細胞の貪食除去を助長していることが明らかとなっている。今年度は、どのような好中球(亜集団)がマクロファージに働きかけ、活性化を助長するのかを解明するための好中球側からのアプローチを中心的に行った。具合的には、貪食巣に浸潤してくる好中球の細胞表面抗原であるGr-1、CD11b、CD49d、およびLy49Qの発現量の経時的変化を調べた。また、静止状態の好中球として骨髄好中球を用いて比較検討した。その結果、骨髄好中球と比べて腹腔内にアポトーシス細胞を投与したときに腹腔内に浸潤してくる好中球では、CD11bおよびLy49Qの発現が-過的に上昇していることが分かった。一方、CD49dの発現は経時的に持続的に低下していた。この表面抗原の変化は、in vivoだけでなくin vitroでのtrans-endothelial migration assayにおいても同様に認められた。さらに、これらの表面抗原の異なる好中球が、マクロファージの貪食能にどのような影響をもたらすか調べた。現在、細胞間相互作用に関わる分子の同定を行うとともに、間接的に液性因子が関与する可能性は否定できないので、相互作用したときに培養系に放出される液性因子についても検討を加えているマクロファージは、生体内で常に産み出されているアポトーシス細胞を迅速に貪食除去している。今年度は、どのような好中球(亜集団)がマクロファージおよび未熟樹状細胞に働きかけ、活性化を助長するのかを解明するための好中球側からのアプローチを中心的に行った。具合的には、貪食巣に浸潤してくる好中球を細胞表面抗原であるGr-1、CD11b、CD49d、およびLy49Qの発現パターンにより識別し、静止状態の好中球として用いた骨髄好中球と比較検討した。
スマートグリッドのエネルギーマネジメントに基づくパワエレ学習支援システムの開発

電力設備や鉄道などのインフラ設備には,パワーエレクトロニクスの技術が必要不可欠であり,この分野の技術者の育成は重要なテーマとなっている。本研究では,パワーエレクトロニクス技術の応用例の一つである,スマートグリッドを題材とした学習支援システムを開発した。開発された学習支援システムは,eラーニング教材,実験教材,シミュレーション教材で構成される。学生は,太陽光発電シミュレータ,風力発電シミュレータおよび簡易型実験装置を用いた実験により,電力変換回路の原理を学習することができる。また,スマートグリッドのシミュレーションを通して,パワーエレクトロニクスの必要性を学習することができる。本研究で開発するパワエレ学習支援システムは,スマートグリッドのエネルギーマネジメントを考慮したシミュレーションや実験を通して,エネルギー問題やパワーエレクトロニクス(以下,パワエレ)に関する興味を引き出すとともに,パワエレの学習効率を高めるものである。今年度は,学生用実験装置として,簡易型実験装置および太陽光発電シミュレータの開発を行った。簡易型実験装置は,電力網との電力の受け渡しをする電力変換部において,昇圧回路,降圧回路,昇降圧回路など,どのような回路が適切であるか学生が選択し,その回路を構成して実験に取り組めるようにしたものである。具体的には,スイッチ,ダイオード,キャパシタ,インダクタなどの各ユニットを,工具などを用いることなく,コネクタで接続するだけで手軽に電力変換回路が構成できるようにした実験装置である。学生は,どのような回路構成が適切であるか考えることで,各回路のメリット,デメリットを理解することができる。また,自らが選択した回路の特徴について,即座に実験で検証することができるため,理解度を深める効果がある。太陽光発電シミュレータは,太陽電池のV-I特性を再現する実験装置である。今回は,400,600,800,1000[W/m2]の照射量に対するV-I特性を近似計算により求め,これを再現するように構成した。時々刻々と変動する太陽電池の発電量に対し,学生は,どのようにエネルギーを取り出すことが適切なのかを考え,それを実験により確認することで,より深く理解できるといった効果がある。今年度は,限られた照射量のV-I特性を再現するだけにとどまったため,平成27年度の研究計画に,太陽光発電シミュレータの改良を加えることとする。今年度は,学生用実験装置として簡易型の風力発電シミュレータの開発と,パワエレに関するeラーニング教材の開発行った。簡易型の風力発電シミュレータは,平成26年度に開発した簡易型実験装置および太陽光発電シミュレータと組み合わせて使用するもので,分散型発電システム(シミュレータ)と電力網との電力の受け渡しをする電力変換の実験を行うためのものである。一般的な風力発電シミュレータは,発電機と電動機を連結させたM-Gセットを用い,電動機に風車を模擬させることで,風力発電を再現する。本研究で開発した簡易型の風力発電シミュレータは,風車の特性と発電機の特性をマイコン内部で演算し,マイコンに風速データを与えることで,発電機から出力されるであろう電圧をチョッパにより出力するものである。マイコン内部で風車と発電機を模擬するため,M-Gセットのような回転部分を持たず,安全に風力発電を模擬することができるため,学生実験に適しているといえる。eラーニング教材は,実験やシミュレーションだけでは補うことができない,パワエレの理論を自学自習できるようにするためのものである。今回開発したeラーニングシステムには,WebClassを利用した。開発した教材は,パワーポイントを用いた理論解説スライドと,簡単な確認テストである。eラーニング教材の開発と並行して,平成27年度の授業において,予習用教材として理論解説スライドを使用してみたが,授業の前の予習で使用する学生はわずかであり,主に試験前の学習に使用されたようであった。研究実施計画に従い,風力発電シミュレータの開発に取り組んだ。回転部分を持たない簡易型のものではあるが,実験により風力発電を模擬できていることを確認した。しかし,学生実験で使用することを考えると,配線等で安全面に考慮されているとはいえないため,さらなる改良が必要であると判断した。また,研究計画ではエネルギーマネジメントのシミュレーションを作成する予定であったが,早めにeラーニング教材を開発すれば,実際に授業で使用し,学生からのフィードバックにより改良しやすくなると考え,シミュレーションの作成に代え,eラーニング教材の開発を行った。eラーニング教材も,授業で使用してみたものの,まだまだ改良が必要であると考える。平成26年度に開発した,太陽光発電シミュレータの改良には至らなかった。本研究で開発するパワーエレクトロニクス(以下,パワエレ)学習支援システムは,パワエレ技術の応用例としてスマートグリッドを題材とし,興味を引き出しながら,装置の構成や制御法まで,効率よく学習できるものである。今年度は,学生用実験装置としてこれまでに開発してきた太陽光発電シミュレータ,風力発電シミュレータを改良するとともに,eラーニング教材の充実や,エネルギーマネジメントに関するシミュレーション教材の開発を行った。太陽光発電シミュレータと風力発電シミュレータは,平成26年度に開発した簡易型実験装置と組み合わせることで,分散型発電システムと電力網間における電力変換の実験を行うことができる。太陽光発電シミュレータは,使用したマイコンの性能による制限から,複数のV-I特性を再現できなかったが,マイコンを変更したことで,複数のV-I特性の再現が可能となった。また,実験中の安全面に配慮し,学生が高電圧部に接することがないよう実験装置を改良した。

風力発電シミュレータも,同様な安全対策を行うとともに,D/Aコンバータを増設し,一回の実験でより多くの状態量が観測できるよう改良した。eラーニング教材は,パワエレの理論に関して理解を深めるよう,自学自習するためのものである。これまでに開発してきたeラーニング教材は,パワーポイントを用いた理論解説スライドと,簡単な確認テストであったが,アクティブラーニングに対応できるよう演習問題を追加した。また,理論解説スライドおよび確認テストも再編集し,充実させた。エネルギーマネジメントに関するシミュレーション教材は,火力発電所と風力発電および需要家(負荷)からなる電力網を想定し,風力発電出力を電力網に送る電力変換器を制御するものである。風速や負荷など,与えられた状況に対し,風車の最適動作点や送電損失を考慮して電力変換器を制御する必要があることを学習できる。電力設備や鉄道などのインフラ設備には,パワーエレクトロニクスの技術が必要不可欠であり,この分野の技術者の育成は重要なテーマとなっている。本研究では,パワーエレクトロニクス技術の応用例の一つである,スマートグリッドを題材とした学習支援システムを開発した。開発された学習支援システムは,eラーニング教材,実験教材,シミュレーション教材で構成される。学生は,太陽光発電シミュレータ,風力発電シミュレータおよび簡易型実験装置を用いた実験により,電力変換回路の原理を学習することができる。また,スマートグリッドのシミュレーションを通して,パワーエレクトロニクスの必要性を学習することができる。研究実施計画に従い,簡易型実験装置の開発および太陽光発電シミュレータの製作に取り組んだ。簡易型実験装置に関しては,装置の動作確認を行ったものの,これを用いた実験に関して検討が不十分であると判断した。また,太陽光発電シミュレータに関しては,ある特定の照射量について太陽電池のV-I特性を再現できたものの,使用したマイコンの制限により,数種類の照射量についてしか再現ができなかったため,今後,改良が必要であると判断した。平成28年度は,平成27年度にできなかったエネルギーマネジメントのシミュレーションプログラムの開発を行う。また,平成26年度に開発した太陽光発電シミュレータの改良と,平成27年度に開発した風力発電シミュレータとeラーニング教材の改良を行う。平成27年度の風力発電シミュレータは,回転部を持たない簡易型のものであったが,すでにモータを購入しているので,それを用いたシミュレータも開発する。実験装置に関しては,一通りの開発が終わるので,実際に使用できるよう実験内容を検討し,マニュアル等の整備を行う。
肺再生による急性肺傷害に対する治療法の開発:血管内皮前駆細胞の導入を中心とした治療

まず、ヒト末梢血からCD34抗体陽性細胞を免疫ビーズ法で単離し血管内皮特異的培地(EBM-2培地+VEGF+FBS+IGFなど)にて増殖させることにより血管内皮前駆細胞に分化・誘導することを示した。血管内皮前駆細胞は形態的観察及び内皮細胞の表面抗原(Flk-1,CD34,VEカドヘリン)の発現をフローサイトメトリーにて確認した。またARDSの病態における血管内皮前駆細胞の関与を明らかにするためにエンドトキシン及びブレオマイシンによるラット急性肺傷害モデルを用いて肺傷害の自然経過として血管内皮の傷害肺での動態を内皮細胞の表面抗原を免疫組織学的に検討して評価した。ブレオマイシンモデルでは血管の増殖が認められたがエンドトキシンモデルでは殆ど認められなかった。次に肺胞上皮修復治療の基礎実験としてラット培養肺胞II型上皮細胞を用いPDE-IV阻害薬であるロリプラム及びケタミン、リドカイン、プロポフォール、ミダゾラム(臨床血中濃度100倍濃度)の細胞増殖に与える影響をBrdU取り込み法とMTT改良法で評価したところ増殖因子(KGFやHGF)の存在下でも非存在下においてものロリプラムは肺胞II型上皮細胞の増殖を亢進した。ラット培養線維芽細胞に対するロリプラム、ケタミン、リドカイン、プロポフォール、ミダゾラムの影響を検討したところこれらの薬剤は増殖効果を示さなかった。また57BLマウスにロリプラムおよびKGFを投与し肺胞II型上皮細胞の増殖に対する効果(BrdU uptake)も検討した。このin vivo実験ではロリプラムの腹腔投与により肺胞II型上皮細胞におけるBrdUの取り込みが増加していた。分離肺胞II型上皮細胞を用いてアポプロテイン(SP-B)産生に対するロリプラムの影響を調べたところSP-B mRNAの発現を亢進した。さらにin vivo実験としてエンドトキシンによる肺胞II型上皮細胞のアポトーシスに対するロリプラム及びプロポフォール・リドカイン・ミダゾラム・ケタミンの影響を調べたところアポトーシスをロリプラムとプロポフォールが抑制した。本年度は基礎実験として成体から血管内皮前駆細胞を分離することを目標とした。ヒト末梢血からCD34抗体陽性細胞を免疫ビーズ法で単離し血管内皮特異的培地(EBM-2培地+VEGF+FBS+IGFなど)にて増殖させることにより血管内皮前駆細胞に分化・誘導することができた。血管内皮前駆細胞は形態的観察及ぴ内皮細胞の表面抗原(Flk-1,CD34,VEカドヘリン)の発現をフローサイトメトリーにて確認した。これらのデータは末梢血から血管内皮細胞を供給できる可能性を示している。肺胞上皮修復治療の基礎実験としてラット培養肺胞II型上皮細胞を用いフォスフォジエステラーゼIV阻害薬であるロリプラムの細胞増殖に与える影響をBrdU取り込み法とMTT改良法で評価したところ増殖因子(KGFやHGF)の存在下でも非存在下においても0.011.0mmol/Lのロリプラムは肺胞II型上皮細胞の増殖を亢進した。一方、線維芽細胞の増殖に対しては影響しなかった。

またARDSの病態における血管内皮前駆細胞の関与を明らかにするためにエンドトキシンによるラット急性肺傷害モデルとブレオマインン肺傷害モデルを用いて肺傷害の自然経過として血管内皮の傷害肺での動態を内皮細胞の表面抗原を免疫組織学的に検討して評価したところブレオマイシン肺傷害モデルでは血管の増殖が認められたがエンドトキシン肺傷害モデルではほとんどど認められなかった。今後、末梢血から得られた血管内皮前駆細胞をin vivo投与し肺における定着制御方法を検討したい。ラットより肺胞II型上皮細胞を分離し培養した。ケタミン、リドカイン、プロポフォール、ミダゾラム(臨床血中濃度及ぴ10倍、100倍濃度)、PDE-IV阻害薬のロリプラムの肺胞II型上皮細胞増殖に対する影響をMTT改良法及びBrdU取り込み法にてKGF(10ng/mL)またはHGF(20ng/mL)の存在下・非存在下で検討した。また57BLマウスにロリプラムおよびKGFを投与し肺胞II型上皮細胞の増殖に対する効果(BrdU uptake)を検討した。ラット培養線維芽細胞に対するロリプラム、ケタミン、リドカイン、プロポフォール、ミダゾラムの影響を検討したところロリプラムは増殖因子の存在下でも非存在下でも肺胞II型上皮細胞の増殖を亢進した。プロポフォール・リドカイン・ミダゾラム・ケタミンは増殖効果を示さなかった。ロリプラムの腹腔投与により肺胞II型上皮細胞におけるBrdUの取り込みが増加していた。ロリプラム・プロポフォール・リドカイン・ミダゾラム・ケタミンは培養線維芽細胞の増殖に影響を与えなかった。分離肺胞II型上皮細胞を用いてアポプロテイン(SP-B)産生に対するロリプラムの影響を調べたところSP-BmRNAの発現を亢進した。さらにin vivo実験としてエンドトキシンによる肺胞II型上皮細胞のアポトーシスに対するロリプラム及びプロポフォール・リドカイン・ミダゾラム・ケタミンの影響を調べたところアポトーシスをロリプラムとプロポフォールが抑制した。SDラットにブレオマイシン及びエンドトキシンを腹腔内投与し急性肺傷害モデルを作成このモデルに対しロリプラム、リドカイン、ケタミン、プロポフォール前投与の軽減効果を組織学的変化を比較し気管支肺胞洗浄液中のアルブミンを測定し検討したところ、これらすべての薬剤の前投与において組織学的及び生化学的に肺傷害が軽減されていた。急性肺傷害時の肺胞上皮の再生治療を目標にラット2型肺胞上皮細胞を培養し急性肺傷害ラットの気管内に投与し組織学的・生化学的に検討した。ブレオマイシンをラットに腹腔内投与し急性肺傷害モデルを作成した。これとは別に健康ラットの肺より2型肺胞上皮細胞を分離・培養し、ブレオマイシン投与7日後に治療群には50万個/0.5mLに調整した2型肺胞上皮細胞を気管内に投与した。この気管内投与を3回行なった。無治療コントロール群は生理食塩水を投与した。培養2型上皮細胞の最終外来投与の後、3日後にラットの肺を摘出し組織学的に検討したところ無治療群は多くの肺胞上皮が破壊され線維に置き換わっていた。一方、上皮細胞を外来投与した治療群では肺胞上皮細胞の破壊度が軽減しており線維化が抑制されている傾向にあった。TTF-1による免疫組織学的検討では陽性細胞が細胞外来投与した治療群で多く見られた。線維化の指標である摘出肺のコラーゲン量は外来投与治療群でコントロール(無治療)群に比べ少なかった。また、肺胞洗浄液中のリンパ球は治療群で少なかった。
α-fetoprotein産生悪性胚細胞腫に対する遺伝子治療の基礎的研究

本研究の目的は治療が困難な脳腫瘍の一つであるα-fetoprotein(AFP)産生悪性胚細胞腫に対する遺伝子治療の開発で、AFP promoterおよびその下流に前駆体型Diphtheriatoxin遺伝子を組み込んだレトロウイルスを作成し、SCID mouseに移植したAFP産生human embryonal carcinomaに選択的に不活性な前駆体型Diphtheriatoxinを発現させ、腫瘍細胞のprocessing enzyme furinでこれを活性化し、腫瘍細胞を選択的に傷害する予定であった。しかし、当初予定していた不活性型Diphtheria toxinを発現させると発現されたtoxinはfurinでprocessingを受けた後、細胞外に感染型toxinとして分泌され、周囲の細胞がむしろ傷害される危険性が高いことが判明した。そこで自殺遺伝子として広く用いられているherpesthymidine kinase遺伝子をAFP promoterの下流においた発現ユニットを用いて自殺遺伝子を腫瘍細胞に選択的に発現させ、傷害する方法を検討し、ベクターとして感染効率が高く、高濃度のウイルス液が作成可能な非増殖型adenovirusを用いることとした。adenovirusは東京大学医科学研究所、斉藤泉博士より供与されたadex 1 cwを用い、発現ユニットをadex 1 cwカセットコスミドに組み込んだ後、非増殖型adenovirusが増殖可能な293細胞に感染させ、目的とする非増殖型recombinant adenovirusが得られた。現在virus精製中で、今後in vivo実験に入る予定である。また、furin mRNAのnorthernblottingでは、まだ正常脳組織のcontrolが無く、験体が少ないため、現在のところ発現量に関して一定の知見は得られていない。
小学校における数学的モデリングの授業プログラム開発

本研究では数学の有用性や数学的問題解決能力を育成するために,小学校における数学的モデリングの授業プログラムの開発を試みた。とりわけ,学校における日常生活(例えば,学校給食)に注視し,具体的な授業プログラムを作成した。本授業プログラムをもとに公立小学校で実験授業を実施し,その実験授業を分析考察した。その結果,本授業プログラムは小学校における数学的モデリングに係わる有意義な授業プログラムの一つであることを明らかにした。【小学校算数科における教材開発及び授業プログラムの作成】平成24年度の本調査研究及びこれまでに開発した教材等を踏まえ,小学校5年及び6年における数学的モデリングの教材を開発し授業プログラム(各8時間程度)を作成した。本授業プログラム作成に際しては,小学校数学教員(山形大学大学院修了生4名)の研究アシスタントとしての協力を得ながら,研究アシスタントとの協議会を週1回定期的に開催し,本授業プログラムの問題点の発見と解消を図った。また,月1回定期開催される山形大学附属学校園共同研究数学部会において本研究の進捗状況を報告発表し,本研究の推進を図った。例えば,次のように数学的モデリングの教材開発を行った。公立小学校5年生1クラスを対象に,「単位量あたりの大きさ」の指導で「給食」を題材にPowerPointを利用しながら授業を実施し,対象児童の活動記録(VTR,児童のワークシート,授業者の省察記録)等をもとに分析・考察した。その結果,給食を題材にした本授業は,算数科における数学的モデリングの一教材として有効であることを明らかにした。【研究成果の中間発表(学会発表等)】本研究の学術的研究としての方向性や妥当性を評価するために,本研究で開発した数学的でもリング教材について,日本数学教育学会第46回秋季研究大会で口頭発表を行った。合わせて,本研究の中間発表として東北数学教育学会年報第45号へ投稿した。本研究(平成24年度平成27年度)の最終的な目的は,小学校算数における数学的モデリングの教材及び授業プログラムを具体的に開発し,その有効性を実践的に明らかにすることである。本年度は研究の1年目であり,小学校での数学的モデリングの授業に係る利点及び問題点の明確にすることを年度の目標として研究を推進した。本年度の研究内容としては,算数・数学教育における喫緊の課題の一つである児童・生徒の論理的思考力(論理を正確に解釈する力や論理を整理された形で記述する力など)の低下(日本数学会,2011他)に注視し,「背理法」に焦点をあてた小学校算数における数学的モデリングに係る教材開発の可能性を模索した。具体的には,小学校における数学的モデリングの授業実施上に係る利点と問題点や背理法の指導に関する先行研究(例えば,大澤,2006;池田,2011)などの文献調査・分析,及び国立大学附属Y小学校6年生を対象にした予備的な実験授業(題材:十字問題,4手ジャンケン問題,ペンローズの三角形問題など)の分析・考察を実施した。その結果,次の(1)(3)のことを明らかにした。(1)小学校における算数の各領域において,背理法的な説明や証明に係る教材が少なからず内在している。(2)現行の数学カリキュラム上の背理法の取り扱いは高等学校数Iに位置づけられているが,算数の授業において現実場面の問題解決を通した背理法の素地指導(一種のモデリング授業)が可能である。平成24年度の本研究においては,数学的モデリングに係わって小学校での授業実施に係る利点及び問題点の明確化するために,小学校における数学的モデリングの授業実現を念頭に実施上に係る利点と問題点を,国内外の先行研究の文献調査・分析により整理した。平成25年度の本研究においては,平成24年度の本調査研究や数学的モデリング係わる授業実践を参観するなど,数学的モデリング係わる資料の収集と整理を重ねた。それらを踏まえて,小学校5年及び6年における数学的モデリングの教材を開発し,各4時間に渡る授業プログラムを作成した。具体的には,小学校5年を対象にした授業プログラムとして,小学校での給食の場面に注視した授業プログラムを作成した。また,小学校6年生を対象とした授プログラムとして,背理法を背景としたオブジェ(立体図形)に係わる授業プログラムを作成した。平成26年度の本研究においては,平成25年度までに作成した授業プログラムを用いて,山形大学附属小学校及び山形県内の小学校において授業実践を行い,本プログラムの有効性や課題点を分析・考察した。その結果,給食を教材とした数学的モデリングの授業プログラムは,一つの授業モデルとして有効であるとの知見を得た。また,背理法を背景とした授業プログラムについても一定の有効性を確認できた。さらなる研究として,平成27年度からは小規模の小学校における複式学級での実践的研究へ着手する予定である。数学教育山形大学附属学校園共同研究数学部会員及び山形大学大学院生らの協力のもと,本研究を順調に進展することができた。国内における数学的モデリングに係る先行研究の分析・考察に留まらず,海外における先行研究も視野に入れた研究が望まれるため。【作成した授業プログラムの授業実践】

平成25年度に作成予定の数学的モデリングの授業プログラムを6月及び11月に山形大学附属小学校等で授業実践し,その有効性を検証する。なお,本授業実践に際し授業者は筆者が務め,山形大学附属小学校の算数科教員(3名)及び小学校数学教員(山形大学大学院修了生4名)が研究アシスタントとして,授業の観察者・記録者として協力する。実施した授業に関して,月1回定期開催される山形大学附属学校園共同研究数学部会において報告し,本授業プログラムの改善・修正を図る予定である。今後の研究課題として,本年度の研究を通して得た知見などをもとに,背理法の素地指導として適切な算数カリキュラムモデルの構築を図っていく所存である。平成24年度の本調査研究及びこれまでに開発した教材等を踏まえ,小学校5年及び6年における数学的モデリングの教材を開発し授業プログラム(各8時間程度)を作成する。本授業プログラム作成に際して,小学校数学教員(山形大学大学院修了生4名)が研究アシスタントとして本研究に協力する。研究アシスタントとの協議会を週1回定期的に開催し,本授業プログラムの問題点の発見と解消を図る。また,月1回定期開催される山形大学附属学校園共同研究数学部会において本研究の進捗状況を報告発表し,本研究の推進を図る。さらに,本研究の学術的研究としての方向性や妥当性を評価するために,日本数学教育学会や東北数学教育学会等で,本研究の中間発表をする。
カルニチンによる静注用脂肪乳剤の代謝促進

近年、教室では一連のエネルギー代謝実験の結果に基き、手術後、および糖尿病や慢性肝障害を伴う患者の栄養管理に脂肪乳剤を用い、耐糖能異常を伴うことの多いこのような病態下で好ましい結果を得ている。しかし、糖尿病,急性肝障害,敗血症などの特殊な代謝異常を伴う病態に対してはより慎重な脂肪乳剤の投与が必要と考えられ、本研究では脂肪の代謝に重要な役割を果すcarnitineの動態を中心に検討を試みた。糖尿病におけるcarnitineの動態の特徴はfreecarnitineの肝への著明な集積と筋におけるshort chain acylcarnitineの増加であり、肝における脂肪酸の酸低亢進と筋におけるケトン体利用の増加が示唆された。敗血症時には脂肪の利用が強く抑制されているとするO'pannel,Longらの見解に対し、著者の実験では、外因性脂肪の利用はある程度の抑制を受けるもののなおかなりよく維持されていることが示唆された。一方、筋,肝においてcarnitine濃度の低下を認め、これを敗血症時の脂肪利用の一部の低下の原因のひとつとして注目し、L-carnitineの大量投与による是正を試みたところ、筋組織中で低下していたcarnitine濃度を対照値まで回復させることができた。さらに敗血症ラットにL-carnitineを脂肪乳剤に併用してそのエネルギー代謝を検討した結果、敗血症で低下していた脂肪乳剤のエネルギー代謝は対照ラットの値近くまで回復することが認められた。急性肝障害時には肝、および筋でfree carnitine濃度の低下がみられた。このような病態に対してL-carnitineを投与して肝組織中のcarnitine濃度の増加、筋組織中濃度の回復を認めた。以上の実験成績は、糖尿病,敗血症,急性肝障害などの代謝異常を伴う病態における脂肪乳剤のエネルギー代謝という問題にいくつかの知見を加えるとともに、脂肪乳剤の利用促進にcarnitineの補充投与という新しい治療法が検討に値することを示している。