Tokyo Denki University Repository (TDU) / 学術リポジトリ

安藤, 毅

  Annual Report 
東京電機大学 The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 Tokyo Denki University   
課題番号 Q18T-07 
課題名（和文） 単結晶 ZnO半導体薄膜を用いた VOCセンサの高感度化とその病理診断応用 
課題名（英文） 
Deveroping high sensitive VOC sensor using single-crystalline ZnO semiconductor 
layer and applying to pathologic diagnosis 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部 電子システム工学科 助教 A 
氏名  安藤　毅
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
氏名 
研究成果の概要（和文） 
本研究は，癌などの内臓疾患をもった患者の呼気ガス（吐く息）にごく微量に含まれる VOC（揮発性有機化
合物）を検出し，病理診断を行うセンサの高感度化を目的としたものである。当初，単結晶 ZnO（酸化亜鉛）
半導体薄膜をセンサ材料として適用することを試み検討を進めたが，十分な感度が得られなかったため，途中
より SnO2（酸化スズ）をセンサ材料として採用し，0.5ppm (2万分 1%)濃度のアセトン，エタノールに対し
感度を得る事ができた。試験用ガスの都合上，この濃度までしか検討が行えていないが，呼気中に含まれるア
セトン濃度と同等のガスに対し感度を得られており，病理診断への応用が可能であると結論付けた。
研究成果の概要（英文） 
In this study, I aimed developing high sensitive VOC sensor and applying it to pathologic diagnosis. VOC 
is contained slightly in expiration of patients with internal organ such as cancers. At first, I had carried 
on the investigation applying single-crystalline zinc oxide semiconductor layer as a sensor material. 
However, the zinc oxide layer have not shown satisfied S/N ratio. Therefore, we employed tin oxide for a 
sensor material on the way. In the result, the tin oxide semiconductor layer showed sensitivity to 0.5 ppm 
acetone and ethanol gas. I could only study up to this concentration due to prepared sample gas, the sensor 
showed the sensitivity to the same concentration of acetone gas as in the expiration gas. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
 癌など内臓疾患を持つ患者の呼気内 VOC ガス
（揮発性有機化合物）濃度は健常者と異なり，こ
れを病理診断に利用しようと様々に試みられて
いるが，ppm（1万分の 1%）以下の極微小な変化
であるため，未だその実用的な検知手法は確立さ
れていない。本研究で着目した酸化物半導体型ガ
スセンサのガス検出原理は，酸素および検出対象
ガスの吸着脱離によって，半導体中の自由電子の
増減に伴う電流値の変化である。 
2.研究の目的 
 従来，酸化物半導体ガスセンサは，直径 1 μm前
後の粒子で構成されており，半導体としては均質
な薄膜ではなく，物理的，電気的特性に劣るもの
が利用されていた。本研究では，高感度な VOCガ
スセンサを得ることを目的として，その成膜条件
と感度の検討を行った。 
3.研究の方法 
 本研究では，スパッタ法を用いてサファイア（α-
Al2O3）基板上に単結晶酸化亜鉛（ZnO），もしくは
それに近い高品質な酸化スズ（SnO2）半導体層を
成膜して VOC ガスセンサを作成した。スパッタ
法による半導体薄膜成長時の基板温度がその薄
膜の特性に大きく影響を及ぼすため，ガスセンサ
に最適特性を得られる成長温度の検討を行った。
次に，水素および VOC の一種であるアセトン，
エタノールガスに対して感度の検討を行った。 
4.研究成果 
高感度なガスセンサが得られる酸化物半導体
薄膜の主な条件は，薄膜への大きなガス吸着量，
薄膜の大きな電子移動度，および，低い電子密度
である。欠陥の少ない均質な薄膜であるほど，大
きな電子移動度と低い電子密度が得られる傾向
にあるが，一方で薄膜表面へのガス吸着量が減少
すると考えられ，全てを満足することは困難であ
る。様々な成膜温度条件を検討したところ，この
3 条件がガスセンサとして最も適当であった条件
は，ZnOで 550℃，SnO2で 400℃であった。図 1
にそれぞれの XRD パターンおよび SEM による
表面観察像を示す。従来のガスセンサと比べ，い
ずれも高い配向性を示し，緻密な表面形態が得ら
れている。  
 
図 1 各薄膜のXRDパターンおよび表面 SEM像 
これらの薄膜を用いて，資料基板を 7mm 角に
切り出した両辺に電極を堆積させ，十分にアニー
ル処理を行ってガスセンサを作成した。ガス吸着
を促進するためのセンサ動作温度は事前の検討
の結果，ZnO で 400℃，SnO2で 550℃を最適値
として得ている。ZnOガスセンサは数 ppmのガ
ス濃度に対して応答するものの十分な感度では
なく，SnO2ガスセンサは，0.5 ppmのガスに対し
ても十分検出可能な応答を示した（図 2）。準備し
た資料ガスの濃度の都合上，これ以下の濃度では
検討が行えていないが，呼気中に含まれるアセト
ン濃度と同等のガスに対し感度を得られており，
病理診断応用が可能であると結論付けた。 
 
図 2 各センサ材料とガスの感度 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 1件） 
Properties of Highly c-axis Oriented Single-
crystalline ZnO Layers Grown by Sputter Epitaxy for 
Hydrogen Gas and UV Sensors, Sensors & 
Transducers Journal, Vol. 229, Issue 1, 32-38 (2019) 
〔学会発表〕（計 3件） 
10x10
6
8
6
4
2
0In
te
n
si
ty
 [
a.
u
.]
4240383634
2[degree]
10x10
5
8
6
4
2
0In
te
n
si
ty
 [
a.
u
.]
ZnO/c-plane Al2O3
SnO2/c-plane Al2O3
Al2O3 (0006)
SnO2 (200)
ZnO (0002)
1μm
1μm
0.01
2
4
6
8
0.1
2
4
6
8
1
S
en
si
ti
v
it
y
 (

I/
I a
ir
)
0.1
2 3 4 5 6
1
2 3 4 5 6
10
Gas concentration [ppm]
 ZnO  H2
 SnO2 H2
 SnO2 Acetone
 SnO2 Ethanol


English

Deveroping high sensitive VOC sensor using single single-crystalline ZnO semiconductor layer and applying to pathologic diagnosis

西川, 正

宇田, 祥平

大原, 憲

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q17K-01 
課題名（和文） デュアルコム分光による環境ガス計測システムの開発 
課題名（英文） Environmental gas monitoring system based on dual-comb spectroscopy 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位）  
工学部、電子システム工学科、教授 
氏名 西川 正 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究科、電気電子工学専攻 電子光情報コース、大学院生 
氏名 宇田 祥平 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究科、電気電子工学専攻 電子光情報コース、大学院生 
氏名 大原 憲 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
我々はデュアル電気光学変調コム分光における 25 GHzモード間隔の自動補間手法の実証に成功した。シア
ン化水素の 0.8 THz以上に渡る吸収線スペクトルを 250 MHzの分解能で、わずか 9.3 msのシングルショット
計測で測定する事が出来た。温室効果ガスの二酸化炭素の吸収線スペクトルの測定も行い、ガス種とその濃度
が検出可能な事も示した。本手法により、広スペクトル帯域、高分解能、高速なリアルタイム分光計測を実現
する為の実用的なシステムを提供する事が出来る。 
 
 
研究成果の概要（英文） 
We have demonstrated an automatic technique for interpolating a 25 GHz mode spacing in dual EOM 
comb spectroscopy. The absorption spectra of hydrogen cyanide with a resolution of 250 MHz for a full 
spectral band above 0.8 THz can be measured with a single-shot recording time of 9.3 ms. The absorption 
spectrum of carbon dioxide was also measured to show that the type of gas and its concentration could be 
detected. This method provides a practical platform for broadband, high-resolution, high-speed real-time 
spectroscopy. 
 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
図 1 H13C14Nガス吸収線スペクトル 
図 1 CO2ガス吸収線スペクトル 
1.研究開始当初の背景 
近年、繰返し周波数が僅かに異なる２台のモード 
ロックレーザーを用いたデュアルコム分光法が、広
いスペクトル領域にわたる高分解能分光を高速に行
う手段として注目され、環境ガス計測による環境モ
ニタリングへの適用等が期待されている。しかしな
がら、２台のレーザーを複雑な制御機構を用いて高
精度に同期する必要があり、レーザーの専門家は使
えても一般ユーザーの利用は難しく、本分光法を広
く普及させる為の障害となっていた。 
2.研究の目的 
筆者は、大学の海外研修制度を利用して、光周波
数コムでノーベル物理学賞を受けたドイツのマック
ス・プランク量子光学研究所(MPQ)の T. W. Hänsch
教授の研究室に滞在し、モードロックレーザーやそ
の位相制御を必要としない、電気光学変調器(EOM)
を用いた新たなデュアルコム分光手法の研究を実施
した。しかしながら、EOM 光周波数コムのモード
間隔が 25 GHzと大変広いために、その間の環境ガ
ス吸収線スペクトルを取得する為には、連続発振半
導体レーザーの周波数を 250MHz ずつシフトさせ
ながら測定した 100 個のスペクトルを重ね合わせ
る必要があり手間を要しリアルタイムモニタリング
を行う上で問題となっていた。そこでコムのモード
間隔を自動的に補間して分光スペクトルを一度に取
得する方法の開発を行いその問題点を克服する。 
3.研究の方法 
我々が提唱したデュアル EOM コム分光法では、
光周波数コムのモード中心となるシードレーザー光
波長をダウンコンバートした RF 領域スペクトルの
中心周波数は、AOM の駆動周波数と等しくなる。
従って、シード半導体レーザーの波長をシフトさせ
ながら、そのシフト量に同期させて AOM 駆動周波
数をスキャンして光周波数コム間の時間軸上の干渉
信号を高速フォトディテクターで受けて AD変換器
で記録することで、フーリエ変換後に得られるダウ
ンコンバートスペクトルは、光周波数コムのモード
間隔 25GHzの間を補間したスペクトルとなる。 
4.研究成果 
図 1に本手法を用いて、H13C14Nガスの吸収線ス
ペクトルを測定した結果を示す。ガスセル長は 16.5 
cmでガス圧力は 25 Torrであった。自動補間法の導
入により、0.8 THz以上のスペクトル帯域に渡る250 
MHz分解能の測定を、わずか 9.3 msのシングルシ
ョット計測で得る事が出来るようになった。 
 
 
 
 
 
 
また、図 2に温室効果ガスである二酸化炭素の吸収
線スペクトルの測定結果を示す。破線は HITARNデ
ーターベースを元にしたスペクトルの計算値である
が、測定結果とよく一致しており、吸収線の波長と
透過率からガスの種類と濃度の同定が可能となる。 
 
 
 
 
 
5.主な発表論文等〔学会発表〕（計３件） 
① T. Nishikawa, A. Oohara, S. Uda, A. 
Ishizawa, K. Hitachi, N. Picqué, and T. 
Hänsch, " Automatic Interpolation of 25 GHz 
Mode Spacing in Dual EOM Comb 
Spectroscopy,'' Conference on Lasers and 
Electro-optics (CLEO2019), San Jose (USA), 
5-10 May 2019, SF1I.3. 
② 大原憲，宇田祥平，石澤淳，日達研一，Nathalie 
Picqué，Theodor Hänsch，西川正、「デュアル 
EOMコム分光における25GHzモード間隔の自
動補間法」、レーザー学会第39回年次大会、2019
年 1月 12日、B-12pVII-5。 
③ 宇田祥平、大原憲、石澤淳、日達研一、西川正、
「デュアル電気光学変調コム分光法によるアセ
チレン吸収線スペクトル測定」、レーザー学会第
38回年次大会、2018年 1月 24日、E-24pIII-10。 


Environmental gas monitoring system based on dual-comb spectroscopy

東京電機大学博士（情報学）2018thesi

岡崎, 正一

オカザキ, ショウイチ

OKAZAKI, Syoichi

A Study on Behavior S ensing Method in Intelligent Space System Utilizing IoT

東京電機大学博士（工学）2018thesi

高見, 響

タカミ, ヒビキ

TAKAMI, Hibiki

Development of an optical motion capture for upper limb to evaluate shoulder joint motion

堂坂, 辰

ドウサカ, シン

DOSAKA, Shin

Third-party verification of product and prototype in the development of consumer product IoT Systems

日根, 恭子

  Annual Report 
東京電機大学 The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 Tokyo Denki University   
課題番号 Q18K-03 
課題名（和文） 短期間(Short-time)認知トレーニングのメカニズム解明と開発 
課題名（英文） The effect of short-time cognitive training 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学、情報環境学部、情報環境学科、助教 
氏名 日根恭子 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
氏名 
研究成果の概要（和文） 
認知機能の維持・向上のために，これまで多くの認知トレーニングが開発されているが，そのほとんどは数
週間から 1年程度のトレーニング期間を必要とする．より多くの人が認知トレーニングの効果を得るためには，
短期間（Short-time）で効果が得られる認知トレーニングの開発が必要である．そこで本研究では，短期間で
効果が得られる，Short-time認知トレーニングを開発することを目的とし，心理物理実験を実施した．その結
果，実施直後から認知機能の一つである向社会性行動の促進がみられ，トレーニングの効果が確認された． 
研究成果の概要（英文） 
Previous studies provide many kinds of cognitive training. However, such training requires a training 
period of several weeks to one year. Some people, especially elder people, cannot endure the training for a 
long period. Therefore, it is necessary to develop cognitive training that has affect in a short-time period. 
The aim of this study is to develop a short-time cognitive training. We conduct a series of psychological 
experiments and functional MRI experiments to explore the mechanism of enhancement of cognitive 
function by the training. The results showed that the prosocial behavior was enhanced after the training. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
認知機能の維持・向上を目的としたトレーニング
が数多く開発されている（e.g. Kueide et al., 2012）．
しかし，一般的な認知トレーニングは，4週間から 1
年以上の長期のトレーニング期間が必要であり（e.g. 
Ball et al., 2002; Nouchi et al., 2014），効果が得ら
れるまで多くの労力が必要とされることが問題点と
して指摘されている（Nouchi et al., 2016）．こうし
たトレーニングの中断率は 3 割以上との報告もあり
（細井ら, 2012），より多くの人が認知トレーニング
の効果を得るためには，短期間で効果が得られる認
知トレーニングの開発が重要であると考えられる．
短期間で効果が得られる認知トレーニングの開発の
ためには，認知トレーニングに必要な要因を明らか
にすることが重要であると考えられるが，これまで
の研究から，どのようなトレーニングを行うと，ど
の程度認知機能が向上するかが明らかとなる一方，
どのように認知機能が向上するか，そのメカニズム
に関しては不明な点が多い．短期間で効果が得られ
る認知トレーニングの開発のためには，どの程度に
加えて，どのように認知機能が向上するかを精査し，
認知機能向上に必要な要因を明らかにすることが必
要であると考えられる． 
 認知トレーニングに必要な要因が明らかになれ
ば，不要な要因をトレーニング過程から除外するこ
とができるため，より効果的・効率的なトレーニン
グを開発でき，短期間（Short-time）認知トレーニ
ングの開発に貢献できると考えられる．また，トレ
ーニングに必要な要因が明らかとなることで，様々
なシーンやデバイスで実施できる認知トレーニング
への展開が期待できる．例えば，Short-time認知ト
レーニングを物忘れをした時に行うことですぐに思
い出したり，自動車運転前に行うことで，アクセル
とブレーキの踏み間違えなど，認知機能低下による
交通事故を防ぐことが出来るかもしれない．これま
でに報告されている長期間を要する認知トレーニン
グに加え，こうした短期間で効果が得られる認知ト
レーニングを研究・開発することは，学術的に意義
があるだけではなく，社会的にも有用であると考え
られる． 
2.研究の目的 
本研究は，実施直後に効果が得られる Short-time
認知トレーニングを開発することを目的とする．こ
れらの目的を達成するため，認知トレーニングによ
る認知機能の向上について，心理物理実験を実施し
た． 
3.研究の方法 
参加者：24 名(女性 5 名, 男性 19 名, 平均年齢 22
歳, SD=0.9) 
方法：本研究では，認知トレーニング実施後に，認
知機能が必要とされる向社会的行動が向上するか検
討することとした．実験参加者は，トレーニング有
条件とトレーニングなし条件にランダムに振り分け
られた．向社会的行動を促進するトレーニングとし
て，本研究では解釈レベル理論（Trope & Liberman, 
2003）に着目し，想像課題をトレーニングとした．
トレーニング有条件は想像課題を 5 分間行った．ト
レーニングなし条件は，フィラー課題に従事した．
その後，向社会的行動を測定した． 
4.研究成果 
トレーニング有条件とトレーニングなし条件の向
社会的行動を比べた.向社会的行動指数は，トレーニ
ング有条件では 7500,トレーニングなし条件は 5083
であった. 2 つの平均値の間に有意な差が見られた
(t(22)=2.51, p<.01). このことより，解釈レベル理論
に基づいた認知トレーニングより，認知機能が求め
られる向社会的行動がトレーニング直後に促進され
ることが示唆された． 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 2 件） 
① Hine, K., & Itoh, Y. (2018). Warm-up 
cognitive activity enhances inhibitory 
function. PloS one, 13(10), e0206605. 
② Hine, K., & Itoh, Y. (2018). Reducing the 
Negative Effect of the Retention Interval on 
the Composite Face Recognition. The 
Journal of general psychology, 145(3), 
296-312. 


The effect of short-time cognitive training

石塚, 正英

イシヅカ, マサヒデ

ISHIZUKA, Masahide

＊理工学部情報システムデザイン学系教授 Professor, Division of Information System Design, School of Science and Engineering 
 
地域社会活性化促進型文化教育事業報告 
―NPO 法人頸城野郷土資料室(2008 年創立)を事例に― 
 
石 塚 正 英＊ 
 
Report on cultural education project promoting community revitalization 
 
 
ISHIZUKA Masahide＊ 
 
キーワード：郷土概念，地域文化，NPO， 
 
 
１． 事業企画から設立まで 
 
2008 年 4 月に特定非営利活動法人頸城野郷土資
料室を設立して理事長に就任した石塚正英は、本法
人設立に先立ち、平成初年頃から頸城野全域におい
て、仏教美術史の泰斗平野団三翁の導きにより民俗
学フィールド調査を開始した。その成果を『日本の
石仏』（日本石仏協会）、『髙志路』（新潟県民俗学会）、
『石仏ふぉーらむ』（新潟県石仏の会）、『頸城文化』
（上越郷土研究会）などに発表しつつ、同時に、地
域の生活にふかく根差した石造物を上越市指定文
化財に推挙してきた。その過程で、市民の市民によ
る市民のための郷土文化を調査研究し、その成果を
地域社会発展に役立てる方途を模索した。 こうし
て NPO 法人頸城野郷土資料室が構想され、2008 年
2 月に新潟県知事の認証をうけ、同年 4 月 1 日に創
立されたのである。法人を構成する事業部は以下の
諸部門でスタートした。 
①野外調査部（浦川原区石造物悉皆調査、頸城野木
彫狛犬調査、くびき野ストーン調査ほか） 
②学術研究部（協同研究「〔裏日本〕文化ルネッサ 
――――――――――――――――――――   
 
ンス」、「直江津プロジェクト」ほか） 
③教育事業部（NPO 学園くびき野カレッジ天地び
と運営） 
④出版事業部（機関誌『くびきのアーカイブ』『く
びき野文化事典』ほか編集発行） 
⑤町家文化部（「雁木ねっと」「町家三昧」「NPO 法
人街並フォーカス」ほか市民団体と連携） 
⑥地域創生部（くびきの水車発電プロジェクトによ
る中山間部でのエネルギー自立支援） 
⑦広報事業部（新潟日報、上越タイムス、エフエム
上越などメディア各社と連携） 
 
２． 活動の概要 
 
 上越市のホームページに掲載されている 2008 年
3 月当時の人口･世帯数統計をみると、前月に比べ、
人口にして 160 人減、世帯数にして 15 世帯の減少
をみせていた。上越市は 2005 年 1 月 1 日、隣接す
る 13 町村と合併したが、人口の面ではさほど発展
していない。けれども市の基本方針の一つである
「自主・自立のまちづくり」実現に向けた努力は確
実に成果を挙げている。ただ、先年のような大合併
の場合、政治的・経済的には利点が見られても、文
東京電機大学総合文化研究　第17号　2019年 105
化的には合理化のあおりをうけて地域切捨ての深
刻化する場合がある。地域に根ざした文化は往々に
して隣接市町村には価値をもたないかのような認
識がみられる。そうであってはならない。これまで
幾世紀にわたって最小の規模としては字単位で形
成されてきた頸城各地の郷土文化を、文字通りの意
味での上越後（かみえちご）地方における郷土文化
へと再編成する必要がある。そして、「文化におけ
る地域主権」（キーワード）を実現することをモデ
ル事業として提案する必要があった。 
 
３． 活動の内容 
 
 本ＮＰＯ法人「頸城野郷土資料室」は、後継者を
失いつつある民俗文化、遺失や損壊の著しい郷土の
文化財を保護し、それらに関する基礎資料・研究資
料を収集し整理する。それをもとに地域市民を主体
とする読書会、講演会、展示会、見学会、フィール
ド調査など、様々な文化運動を企画ないし支援する
方針をとった。主な部門としては、地域事業部・教
育事業部・民俗調査部・学術研究部がある。上記事
業のうち、コミュニティ創生支援モデル事業におい
て、最後の教育事業部に関係する活動として、郷土
文化に根ざした教育事業「くびき野カレッジ天地び
と」を実施した。当初は「くびき野文化コース」お
よび「ものつくり物語コース」をカレッジの２大事
業部門としたが、その後発展的に修正された。 
 本カレッジは学年をおかない単位従量制を目ざ
した。頸城野で研究し、あるいは頸城野を研究する
教育者・研究者・実業者（経営者・職業人）に講師
を依頼した。地元での就職希望者にはとくに有益と
なるようカリキュラムを編成していった。本カレッ
ジで学ぶことにより、郷土における就労や生活にお
いて＜明日からの目的意識が明確になる＞、そのよ
うな郷土人育成を目指したのである。 
本事業は、先進性、モデル性、地域の自立に繋が
る活動であって、文部科学省認定の学位取得を目的
とする現行の大学とは大きな差異がある。「くびき
野カレッジ天地びと」では全国共通の資格でなく頸
城野特選の権利を取得する。ここでの勉学を通じて、
地元人はもちろん、全国各地に散在する頸城野出身
者が郷土の社会や経済、文化と一体化する自覚を培
っていく。頸城野で生まれた産物を頸城野で流通さ
せ消費する＜地産地消＞の、いわば人間バージョン
といえる。地域で育成し教養をつんだ人びとが地域
で活動し地域に奉仕し、そして地域をリードするの
である。本事業は、その地域的サイクルにおいて動
力源となり潤滑油となる覚悟であった。 
 
４． 本事業の展望、波及効果 
 
 本事業は、対象地域である新潟県上越市が推進し
ている「都市再生整備計画・高田雁木通り地区」
（2006 年度～2010 年度）に対応していた。当時、
市は、同計画の目標として城下町高田の歴史的資源
を活かした地域活性化を掲げていた。それと呼応す
るように、本事業では事務所および教育施設を明治
時代の建造物に設定した。そのような活動は、上越
市が掲げる提案事業「まちづくりセミナー事業」に
ダイレクトに符合したのである。また、上越市に存
在する地場産業の中には、地域文化や郷土性を社員
教育の精神に掲げる事例もあったので、本事業は新
たな公共の方向をとった。また、上越市は「まちな
か回遊観光」を掲げ、本事業は「頸城人の郷土定住」
を掲げた。外発的な賑わいと内発的な活性化、双方
ともに相乗効果が期待されたのだった。 
 そのような構想を実現するための具体的な目標
として、本事業では以下の３点をたてた。①頸城野
における地域コミュニティの創成、②NPO ないし
非 NPO 諸団体、および地域住民との具体的な課題
を通じての連携、③上越市をこえて全県ないし全国
的な規模で妥当し採用されるモデル事業化。 
 まず①であるが、これまで官民いずれにせよ地域
づくりには合理的な縦割りの傾向がまま見られた。
産業振興は産業振興、福祉は福祉、観光は観光、と
いった具合である。それは合理的なのだからメリッ
トはある。これを企業形態にたとえてみると、最高
経営者のすぐ下に製品別あるいは地域別事業部な
どを設けた事業部制組織のようである。それらがも
つ縦割り的欠点を補強するのに、横断的な取り組み
であるプロジェクト・チーム制が登場した。これは、
たとえば新製品の開発のようにある特定のプロジ
ェクトを遂行するために、一時的に既存の各部門か
ら、それぞれの分野の専門家が集められて形成され
Bulletin of Tokyo Denki University, Arts and Sciences No.17 2019106
る組織構造をいう。本事業では、このような諸団体・
諸部門のプロジェクト・チーム的な参加をもって上
越市における地域コミュニティの創成に寄与する
こととした。 
 次に②であるが、教育事業である本事業は教室で
の授業を基本形態とする。その際、初年度は本町６
丁目の町家交流館「高田小町」（見事な町家づくり
の旧商家）、仲町 6 丁目の「大鋸町ますや」（慶應末
年～明治元年築の文化財）、そして御殿山町の「ア
トリウム御殿山」（名立から移築した古民家の一室）
を主な教室とする。同時に、上越市仲町６丁目、本
町６丁目、大町５丁目を取り囲む地域にコミュニテ
ィ創生支援モデル事業の基盤を構築する。とりわけ、
「高田小町」を会場に、各町内の役員・住民各位と
協議しつつ、いっそう規模とシステムを向上させた
地域文化教育事業を推進していったのである。 
 最後に③であるが、産物のみならず市民・住民の
地産地消を目標とする本教育事業は、講師として諸
大学の専門研究者のみならず地域の匠たちを招聘
する。諸大学ではいわゆる「ポスドク」（博士号は
あるが研究職の採用がない）問題が深刻化している。
あるいはまた、町工場のベテラン技術者や職人は、
深刻な産業空洞化によって、後継者になにも伝えら
れないまま職場を去っている。それは全国的な傾向
である。それに歯止めをかけるのが本事業の最大眼
目の一つである。さらには、地域の商店街活性化ま
で意図して立案された本事業は、全国いずこの＜郷
土＞にも適応できる普遍性を兼ね備えて、いわば＜
頸城野モデル＞として全国各地に応用されるだろ
うと期待された。 
 現在は未だ十分な成果を得ていないが、天地人
（天の恵み･地の利・人の知恵）が調和を保つ郷土
を実現するだろうし、「地域で楽しむ･地域を楽しむ」
市民が確実に数を増すことだろう。そして、上越市
は、全国の地方自治体に先駆けて、以下の課題を達
成するであろう。１．環境問題においては、域内に
おけるカーボンオフセット・カーボンニュートラル
を促進する。２．地域の産業に都市部の税金を投入
するというデカップリング政策で実をあげる。３．
文化における地域主権＝頸城野天地人社会が確立
する。４．住民発電とその自治体による買い上げに
よるグリーン電力が普及する。５．先に献立ありき
でなく、その日に採れた食材から食文化を築く頸城
野地産地消が進展する。 
 
５． もう一つの地域社会活性化促進型事業―山間
部での水車発電 
 
 なぜ「水車発電」なのか、ということだが、上越
市域は多くの山間部を含む。そこではマイクロ小水
力発電（ダムなどでなく自然の流れでの水車発電、
出力 100KW 以下）が有効である。かつての山村に
多くみられた水車の発電転用である。これは無尽蔵
の水資源を有効に利用し、環境を破壊することもな
い。また、過疎地での電力供給だけでなく、伝統技
術の継承にもつながる。こうしたエネルギー自立を
支援することで、ひいては過疎地域の人びとがそこ
に生きていく意志と希望とを再構築できるように
なれば、本NPOとしては望外の喜びとなるだろう。
水車発電によって達成・実現した事業成果は次のも
のである。 
第１、グリーン電力の地産地消にむけた設計がで
きた。日本では 1970 年代のオイルショックを機に
石油代替エネルギーを模索してきた。2009 年 7 月
に石油依存の脱却を図るための抜本的な見直しが
行われた。その結果、研究開発や導入を促進する対
象を「石油代替エネルギー」から再生可能エネルギ
ーや原子力を対象とした「非化石エネルギー」とす
ることを骨子とした石油代替エネルギー法の改正
が行われたのである。特に非化石エネルギーの中で
も、小水力発電などの「新エネルギー」について積
極的に普及を推進するようになってきた。2011 年
3 月の福島原子力発電所事故で原子力エネルギー
が不安定になったので、私たちのプロジェクトは、
ささやかながら新時代に貢献するところがある。そ
の一つとしてクリーン電力（環境汚染を伴わない電
力）の地産地消にむけた設計ができたことは大いな
る成果と思う。 
第２、地域資源を活用した伝統技術・文化の継承
や電力の自給自足を通したコミュニティ活動の活
性化を実現した。上越市内の山間部には、いわゆる
限界集落と称される地区がある。西山寺を含む桑取
地区はその一つとされる。しかし、そこに暮らす人
びとは、都市部の住民が想像するようには落ち込ん
東京電機大学総合文化研究　第17号　2019年 107
でいない。彼らは、何か契機があれば地域に持続可
能なシステムを構築したいと望んでいる。環境にや
さしい自然エネルギーの活用は、都市部よりも山間
部での方が適している。それを手段にして過疎地の
活性化を望む村人はたしかにいるのである。私たち
のプロジェクトが提案する活動は、地域の自然・伝
統文化資源を活用し、中山間地における地域づくり
や都市住民との交流を行うことにより、コミュニテ
ィの維持・活性化を行う点にあるが、この点も成果
を上げることができたと思える。 
最後に、実際に水車発電を開始するまでの経過を
補足的に記しておく。まず 2011 年 4 月 8 日、上越
市西山寺の桑取川沿いに水車発電候補地を調査し
た。落差６メートル、水量毎秒 30 リットル以上、
発電量 500～800W 程度と見積もり、まちがいなく
適地であることを確認した。 
12 月 4 日、西山寺の水車発電システム〔電大小
滝号〕現場で発電システム構築作業終了。50 ワッ
ト相当の発電をみた。水量からはさらに多くの値を
得られるが、今後、発電機のキャパシティなどいく
つかの課題を解決して、いっそうの効率を得るよう
実験を重ねることとした。 
 12 月 15 日、西山寺で水車発電の作業を行い、電
気を点灯させた。その電気は、とりあえず、小屋内
の証明に用いるほか、クリスマスのイルミネーショ
ンに使用することとした。発電量はわずか１キロワ
ット未満だったが、水量を調整すればいっそうのパ
ワーアップが望まれた。 
2012 年 4 月 13 日、西山寺の水車発電現場で、バ
ッテリーとチャージャーをセットした。これで発電
+充電が可能となったわけである。とりあえず、200
ワット、90 ボルトで常時安定させ、その後パワー
アップの実験を繰り返した。 
6 月 10 日、西山寺の水車発電現場で、東京電機
大学理工学部の２年生数名（サウジアラビアからの
留学生を含む）が、鈴木源治講師の指導の下、実習
を行った。その後夕刻より西山寺の町内会館で「竹
の子会」と称する村人の食事会があり、私たちプロ
ジェクトおよび東京電機大学関係者も参加し、和気
あいあいに、心ゆくまで交流した。（2014 年 8 月 
研究運用を終了し、安全確保のため水車発電シス
テム〔電大小滝号〕を撤去した。） 
６．地域＝郷土概念の創出 
 
まとめとして、地域＝郷土概念に言及しておく。
『頸城文化』創刊号（1952 年）には、以下の論文が
掲載された。伊東多三郎「 郷土史研究の態度につい
て」。当時、東京大学史料編纂所員だった伊東は、
その中で次の問題設定を行った。「郷土史とは何か。
一般史に対する特殊の地方史の意味か。その地方史
をそこに住む者の郷土的感情によって反映をさせ
たものであるか。郷土とは何か。」（１頁）この論考
は、郷土を中央に対する地方としてではなく、自立
した社会経済的環境と歴史文化的環境とを有する
圏域として主体的実践的に把握しなおすことを求
めている。「郷土、郷土生活なる概念が主体的に把
握されたものであることを理解するならば、郷土史
の本質はおのずから明らかとなるであろう。即ち父
祖の生活を受け継ぎ、更に之を発展させる自覚を以
て、郷土生活の由来を研究するものと云うことがで
きる。」（創刊号、２頁）
 この構えから議論を進めるならば、地方という概
念と違って、郷土という概念には中心もなければ辺
地もありえない。例えばくびき野を郷土とする我々
は、この地ですべてを受け止め、また、この地に立
ってすべてを見通してきたのである。くびき野に生
まれ育った者と、この地に根を張って生きるように
なった者は、くびき野を郷土とするのである。ここ
に生きる者たちは、環日本海を介して、否が応でも
世界史の現場とダイレクトに接触してきたのだ。
ＮＰＯ法人頸城野郷土資料室の設立趣旨書には、
「郷土」について以下のように記されている。「こ
れまで幾世紀にわたって、字(あざ)単位で形成され
てきた頸城各地の郷土文化を、文字通りの意味での
上越後地方における郷土文化へと連合する運動、す
なわち「頸城野文化運動（Kubikino Culture‐
Movement KCM）」を開始することが肝要と思われ
る。この運動は個性あふれる地域文化の連合・再編
成を目指すのであって、中央的な文化への統合では
あり得ないし、いわんや単一文化への融合（地域文
化の切捨て）ではあり得ない。具体的な活動として
は、民俗文化や歴史的建造物を文化財として保護し、
それらの基礎資料・研究資料を収集・整理し、後世
に引き継いでいくことに努めたい。」 
Bulletin of Tokyo Denki University, Arts and Sciences No.17 2019108


Japanese

Report on cultural education project promoting community revitalization

土肥, 紳一

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q17J-01 
課題名（和文） 教室内の空気の改善に着目したモチベーション向上のための教室空間の研究 
課題名（英文） A study of classroom space for improvement of students' motivation 
研究代表者 
所属（学部，学科・学系・系列，職位） 
システムデザイン工学部 デザイン工学科 教授 
氏名 土肥 紳一 
共同研究者 
所属（学部，学科・学系・系列，職位） 
 
氏名 
所属（学部，学科・学系・系列，職位） 
 
氏名 
所属（学部，学科・学系・系列，職位） 
 
氏名 
所属（学部，学科・学系・系列，職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
学習意欲(モチベーション)の喚起が教育機関で重要な問題となっている．これを解決するために，プログラミ
ング入門教育を対象とした教授法 SIEM(ジーム)とその尺度を開発した．先行研究を進める中で，二酸化炭素
(CO2)濃度が厚生労働省の基準を上回る教室の存在が明らかになった．本研究は，教室内の CO2 濃度，温度，
湿度の分布を明確にする．さらに教室内の CO2濃度，温度，湿度に着目し，適切に制御することでモチベーシ
ョンを一層向上する事を目指す． 
 
研究成果の概要（英文） 
Improvement of students' motivation in schools has been important problem in recently.  In order to 
solve this problem, we have developed SIEM which is educational method for introductory computer 
programming education, and we have developed its assessment.  The existence of the classroom that the 
carbon dioxide concentration exceeds the standard of Ministry of Health, Labour and Welfare was clarified 
in previous research.  This research clarifies the distribution of carbon dioxide concentration, temperature 
and humidity in the classroom.  This research focuses on the carbon dioxide, temperature and humidity, I 
develop further improvement of students' motivation by controlling these parameters appropriately. 
 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
東京電機大学情報環境学部は，学内の改組によっ
て，システムデザイン工学部に変わり，千葉ニュー
タウンキャンパスから東京千住キャンパスへ移転し
た．これに伴いプログラミング入門教育で使用して
いた教室は，グループ学習形式から縦長の講義形式
に変わり，教室内の空気(CO2，気温，湿度)の状況も
変わった．プログラミング入門教育を対象に，受講
者 の モ チ ベ ー シ ョ ン を 向 上 す る 教 授 法
SIEM(Systematical Information Education 
Method : ジーム)を開発し実践する中で，教室空間
と受講者のモチベーションとの関係を探っている． 
2.研究の目的 
教室内のCO2濃度と受講者のモチベーションとの
関係を明らかにするため，東京千住キャンパスの教
室において，授業中の CO2濃度，温度，湿度を測定
する．授業開始に合わせて，厚生労働省が定めた基
準値である 1000ppm を容易に超えることが確認さ
れており，教室内の空間分布の時間的変化を分析し，
空調が適切に機能しているかを明らかにする． 
3.研究の方法 
測定装置は，図 1 に示すワイヤレスデータロガー
である．右側の 2 台が子機(RTR-576-H)である．左
側の 1 台が親機(RTR-500C)である．親機はノート
PC と USB ケーブルで接続する．親機と子機の間は
無線で接続されており，ノート PC から記録開始，
測定結果の取り出し等の操作が行える．1 台の親機
で最大 32 台の子機を制御できる．子機を教室内に分
散配置した様子を図 2 に示す． 
 
図 1 ワイヤレスデータロガー(RTR-576-H) 
 
図 2 測定対象の教室の様子(5401 教室) 
 
図 3 測定対象の教室のレイアウト(5401 教室) 
 
図 3 は，測定した教室のレイアウトである．図の
左下が教卓になる．3 人掛けの机が縦に 17 列，横に
3 列，計 51 個並んでいる．受講者は○の位置に着席
する．教室はスクリーンが 2 面付いており，左下の
教卓の位置に教授者が着席する．教室内のCO2濃度，
気温，湿度は，1 分単位で計測する．測定装置の台
数の都合で，教室の縦方向は 1 列毎に設置した． 
4.研究成果 
（１）教室内の CO2濃度，気温，湿度の空間分布 
図 4 から図 6 は，CO2濃度，気温，湿度の空間分
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
布を示したものである．  CO2 濃度の分布は
1500ppm でクリップするように表示し，CO2濃度の
高い領域を強調するようにした．その結果，教室内
の CO2濃度は一様でなく，特定の領域に偏りがある
ことが明らかになった．また気温と湿度の分布は，
逆位相の関係になっていることが，図 5 と図 6 から
明らかになった．なお，教室の形状は長方形である
が，図 4 から図 6 では正方形に写像していることを
補足する． 
 
図 4 CO2濃度の様子(2018 年 1 月 19 日) 
 
図 5 気温の様子(2018 年 1 月 19 日) 
 
図 6 湿度の様子(2018 年 1 月 19 日) 
各図の左下の●は，教卓の位置を示している．空
調の吹き出し口から出た空気は対流によって，図 4
の楕円で囲った領域に溜まっていることが明らかに
なった．各教室には，空調と連動する CO2センサが
取り付けられており，1000ppm を超えると換気の機
能が働く仕組みになっているそうである．しかし，
机上では 1500ppm を超える領域があり，換気が十
分に機能していないことが明らかになった． 
（２）CO2濃度とモチベーションの関係 
東京電機大学情報環境学部で開発したSIEM(ジー
ム)を使い，受講者のモチベーションの測定およびそ
の要因分析を行った．教室内の学生のモチベーショ
ンと CO2濃度の測定結果から，CO2濃度の高い領域
とモチベーション分布との関係を可視化した．受講
者のモチベーションの様子を図 7 に示す．モチベー
ションは 1 から 25 に定量化でき，受講者の位置とモ
チベーションの値を基に 3 次元表示した．図 7 の山
が高い部分は，モチベーションが高いことを示して
いる．前述した通り，教室内は 3 人掛けの机が縦に 
 
図 7 モチベーションの様子(2017 年 11 月 10 日) 
 
図 8 CO2濃度の高い領域(2017 年 11 月 10 日) 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
17 列並んでいる．これを 1つのグループと捉え，各
グループのモチベーションの平均値を示した． 
さらに CO2 濃度の高い領域を図 8 に示す．
1500ppm を超えた領域がクリップしており，図 8 の
右側(楕円で囲んだ領域）に位置していることが分か
った．教室の空調の関係で，この領域に空気が溜ま
る傾向がうかがえる．図 7 のモチベーションとの関
係を探ると，モチベーションの比較的低い領域(17.3
の領域)は，図 8 の CO2 濃度の高い領域と一致して
いる．逆に，モチベーションの比較的高い領域(20.3
の領域)は，図 8 の CO2 濃度の低い領域と一致して
おり，相関関係があることが明らかになった．図 7
の中央のグループ(15.0 の領域)は，ACコンセントが
無いため，受講者が極めて少ない領域となっており，
モチベーションと CO2濃度の比較対象から外した． 
（３）建屋の違いによる空調性能の差 
建物の外観はほぼ同じに見えても，空調性能に差
があることが明らかになった．図 9 と図 10 は，異な
る棟の 2 つの教室について，CO2濃度，気温，湿度
を教卓の机上で測定した結果である．この時に使用
した測定装置は，データロガー(ST-501N)である． 
 
図 9 PC 教室 3(2018 年 1 月 16 日) 
 
図 10 5401 教室(2018 年 1月 19 日) 
PC 教室 3 の CO2濃度は，授業中に 1000ppm を
超えることなく，換気の機能が十分に働いている．
一方，5401 教室は授業中，1000ppm を超えている
ことが分かる．PC 教室 3 は情報端末を設置したコ
ンピュータ教室であり，竣工後，7 年が経過してい
る．5401 教室は，無線 LAN と ACコンセントが利
用できる講義室である．こちらは竣工後，2 年が経
過した建物である．建物が新しいから空調の性能が
良いわけでなく，空調性能に差があることが明らか
になった． 
スープラスペースは，他者との居合わせを成立さ
せながら，時々の体調や心理状態に応じて異なる環
境ニーズを充足することができるパーソナルにカス
タマイズされた環境を提供するものである．受講者
が教室内で感じる，暑い，寒い等がこれに該当し，
多くの人が快適に感じる教室環境づくりが注目され
ている．本研究成果は，スープラスペースを実現す
るための基礎データとして活用できるであろう． 
5.主な発表論文等 
（研究代表者，共同研究者には下線） 
〔雑誌論文〕（計 2件） 
① 土肥紳一，プログラミング教育における教室内
の空気の調査，情報処理学会，情報教育シンポ
ジウム SSS2017 論文集，査読有，2017，
Vol.2017，pp271-276 
② 土肥紳一，プログラミング教育における春から
夏にかけての空気の調査，大学 ICT推進協議会，
2017 年度年次大会講演会講演論文集，査読無，
2017，WA1-2，pp1-8 
〔学会発表〕（計 3件） 
① 土肥紳一，プログラミング入門教育の教室環境
の調査，情報処理学会，2017.3.17，名古屋大学
東山キャンパス 
② 土肥紳一，プログラミング教育における夏から
冬にかけての空気の調査，情報処理学会，
2018.3.14，早稲田大学西早稲田キャンパス 
③ 土肥紳一，教室内の空気の改善に着目したモチ
ベーション向上のための教室空間の研究，情報
処理学会，2019.3.14，福岡大学七隈キャンパス 
CO2 
湿度 
気温 
1000ppm 
CO2 
1000ppm 
湿度 
気温 


A study of classroom space for improvement of students' motivation

長原, 礼宗

	 	     Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                 	 	 	  
 
課題番号	 Q18P-01 
課題名（和文）	 カスパーゼ 14 発現増強を介した皮膚保湿改善機構の開発 
課題名（英文）	
Investigation	 for	 novel	 skin	 moisturizer,	 activating	 Caspase	 14	
expression	
研究代表者	
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学理工学部、生命理工学系、教授 
氏名	 長原	 礼宗 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文）	
細胞死の一種、アポトーシス時に活性化するタンパク質分解酵素、カスパーゼの中でもカスパーゼ 14 は哺乳類
の角化細胞に豊富に存在し、アポトーシスとは無関係にタンパク質であるフィラグリンを分解して NMF を生
成することが明らかになった。つまり、カスパーゼ 14 を効果的に発現誘導、活性化させる化合物は、皮膚保湿
機能の改善につながる。我々は、カスパーゼ 14 の発現上昇を引き起こすフィトスフィンゴシンが、実際に動物
やヒトにおいて、皮膚塗布によって保湿効果が生じるかどうか、非侵襲的な手法で検討した結果、フィトスフ
ィンゴシン塗布により経皮水分蒸散量が減少しており、保湿能が向上したことを明らかにした。 
 
研究成果の概要（英文）	
Caspase-14 was reported to be responsible for degrading profilaggrin, resulting in a substantial increase of 
the amount of NMFs. Caspase-14 is expressed predominantly in cornifying epithelia, and unlike other 
caspases, caspase-14 is not involved in apoptosis. That is, compound activating or inducing high amounts 
of Caspase-14 may lead to improving moisturizing function. We revealed that phytosphingosine 
upregulated caspase-14 expression. In the present study, we made phytosphingosine-containing cream and 
topically treated to mice and human skin and revealed the skin moisturization effect of phytosphingosine 
by non-invasive transepidermal water loss measurement. 
	 	     Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                 	 	 	  
 
1.研究開始当初の背景	
細胞死の一種である、アポトーシス時に活性化するタ
ンパク質分解酵素として、カスパーゼが存在する。カス
パーゼは、これまでに 14 種類存在することが明らかに
なっている。しかし、最近になって、その中でもカスパ
ーゼ 14 は皮膚に豊富に存在すること、またアポトーシ
スとは無関係に、フィラグリンを分解して天然保湿因子
(NMF)をつくり、角質層のバリア機能、水分保持機能の
維持に関与することが明らかになってきた。つまり、カ
スパーゼ 14 を効果的に発現誘導、活性化させる化合物
は、皮膚機能の改善につながる。しかしながら、これま
でに数少ない化合物しかカスパーゼ 14 発現促進能を有
することが報告されていなかった。 
	 これまでに、我々は皮膚や白血球など、細胞の交替が
激しい細胞に多く存在するスフィンゴイド塩基類、特に
フィトスフィンゴシンが、カスパーゼ 14 の合成促進効
果を有することを見出してきた。また、マウスの皮膚に
フィトスフィンゴシンを塗布したところ、0.1 µM という
低濃度で顕著なカスパーゼ 14 量を発現上昇させること
を明らかにした。また、フィトスフィンゴシンは 3 µM
までの濃度では、マウス皮膚組織に炎症を引き起こさな
いことを確認していることもあり、安全性が高い化合物
であるといえる。よって、スフィンゴイド塩基は、化粧
品材料としての応用利用が考えられ、現在スフィンゴイ
ド塩基の中でも最もカスパーゼ 14 発現上昇効果の高い、
フィトスフィンゴシンの化粧品用途への応用を検討し
ている。 
	 今回は、フィトスフィンゴシンをマウスやヒトの皮膚
に塗布した結果、実際に皮膚保湿を向上させるかどうか
について検証した。 
2.研究の目的	
	 以上の背景下、本研究ではフィトスフィンゴシンをマ
ウスやヒトに塗布し、実際に皮膚保湿向上が起きるかど
うか、角質層のバリア機能喪失の指標となる、経皮水分
蒸散量 (TEWL)を非侵襲的手法で測定することにより
検証した。 
3.研究の方法	
(1)	マウスへのフィトスフィンゴシン塗布	
ICR マウス(6~12 週齢 ♂、東京実験動物)の背中を麻
酔下バリカンで剃毛して実験に供した。毎日 0.5 g のク
リーム（終濃度 3 µM のフィトスフィンゴシンを親水ワ
セリン基剤に混ぜたもの）を塗布した。対照実験として
フィトスフィンゴシンを溶解する時に使用した溶剤（メ
タノール）を親水ワセリン基剤に混ぜたクリームを背部
に塗布したマウスも用意した。 
全ての動物実験は東京電機大学動物実験管理運用委
員会において審査の上、行われた。 
(2)	ヒトへのフィトスフィンゴシン塗布	
	 ヒトボランティアに対して毎日 0.5 g のクリーム（フ
ィトスフィンゴシンを親水ワセリン基剤に混ぜたもの）
を前腕内側に塗布した。 
全ての実験は東京電機大学ヒト生命倫理審査委員会
において審査の上、行われた。 
(3)皮膚水分蒸散量の測定	
	 マウス、およびヒトの皮膚に TEWL を検出するプロ
ーブ、Tewameter TM300（インテグラル）を用いて、
TEWL の測定を行った。 
(4)皮膚の状態に関するアンケート実施	
	 ヒトボランティアに対してアンケート形式での設問
を実施し、安全性について検討した。塗布後にかゆみを
生じたかどうか、肌荒れを生じたかどうか、発疹や赤み
を生じたかどうか、その他皮膚の異常があったかどうか
を聞いた。	
4.研究成果	
(1)マウス皮膚におけるフィトスフィンゴシン塗布によ
る TEWL の減少	
	 5 日間、2 週間フィトスフィンゴシンを塗布したマウ
ス皮膚の TEWL を、それぞれのコントロールクリーム
を塗布したマウス皮膚の TEWL と比較した結果、フィ
トスフィンゴシンを塗布したマウス皮膚の TEWL は、
コントロールのマウス皮膚の TEWL に比べ減少してい
る傾向が見られた。コントロールおよびフィトスフィン
ゴシンを塗布したマウスの TEWL（ｇ/hm2）の 5 日間
の推移を図 1、 2 週間の推移を図 2 に示した。 
 
 
 
 
	 	     Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                 	 	 	  
 
 
図 1. ICR マウスにおける TEWL (5 日間の推移) 
 
 
図 2. ICR マウスにおける TEWL (2 週間の推移) 
(2)ヒト皮膚におけるフィトスフィンゴシン塗布による
TEWL の減少	
	 ヒトボランティアの前腕内側に 3 日間フィトスフィン
ゴシンを塗布し、TEWL を測定した。 
	 図 3 に示す通り、フィトスフィンゴシンを 3 日間作用
させることによって、塗布した箇所の TEWL は減少し
ている傾向が見られた。また、塗布した皮膚の状態を観
察した結果、肌に異常は見られず、アンケート回答結果
でも、肌の異常を訴える人もいなかった。 
 
図 3. ヒトでの TEWL (3 日間の推移) 
(3)まとめ・今後の展望	
	 TEWL は、皮膚保湿機能と大きく関係している。カス
パーゼ 14 は NMF の増加を促進させ、結果として体内
の水分を外部に逃がさないようにし、含水率を上昇させ
るとともに細胞体積が増加し、細胞間の結合を密にする
ことでバリア機能を保持させて TEWL を減少させる。
本研究では実際にマウスおよびヒト皮膚にフィトスフ
ィンゴシンを塗布し、TEWL を測定することにより、フ
ィトスフィンゴシンの保湿への影響を検討した。結果よ
り、マウス皮膚やヒト皮膚においてフィトスフィンゴシ
ンを塗布した箇所の TEWL は減少した。このことから、
フィトスフィンゴシンは肌の保湿力を向上させたと推
察できる。ヒトでの結果の方がより TEWL 減少度が大
きかったことについては、マウスの場合は動き回ること
でフィトスフィンゴシンを塗布したクリームが剥離し
て効果が減弱するのに対し、ヒトではそのようなことは
起きづらく、効果が持続したためではないかと推察され
る。以上のことから、フィトスフィンゴシンは皮膚に塗
布することで、カスパーゼ 14 を増加させることにより
0
2
4
6
8
10
12
14
1 2 3 4 5
TE
W
L（
g/
hm
2 ）
	
塗布日数	
コントロール	
フィトスフィンゴシン	
0
2
4
6
8
10
12
14
1 3 5 7 9 11 13
TE
W
L（
g/
hm
2 ）
	
塗布日数 
コントロール	
フィトスフィンゴシン	
0
2
4
6
8
10
12
14
1 2 3
TE
W
L（
g/
hm
2 ）
	
	
塗布日数	
	 	     Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                 	 	 	  
 
皮膚の保湿力を向上させるものと考えられた。 
	 また、本研究に参加したボランティア全員が塗布した
箇所に何も炎症が起きなかったことから、フィトスフィ
ンゴシンのヒト皮膚への安全性は高いと考えられた。 
	 今後は、フィトスフィンゴシン塗布により含水率を上
昇したのか、より NMF の増加と密接に関与する現象に
ついて検討し、フィトスフィンゴシンによる皮膚保湿へ
の効果を探ることが望ましいと考える。	
5.主な発表論文等	
〔雑誌論文〕（計 1 件） 
① Y. Nagahara, K. Kawakami, A. Sikandan, D. 
Yagi, R. Nishikawa, and T. Shinomiya．Sphingoid 
base-upregulated caspase-14 expression involves 
MAPK．Biol. Pharm. Bull., 41 (5), 2018, 査読有. 
 
 


Investigation for novel skin moisturizer, activating Caspase 14 expression

Prabakaran, Veerajagadheswar

パラバカラン, ビィーラヤガデェスワー

Towards Developing Efficient Area Coverage Approach in Domestic Robots

Not a member yet