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Construction of mathematics to express three-dimensional morphogenesis

Planned Research

Project AreaDiscovery of the logic that establishes the 3D structure of organisms
Project/Area Number 15H05857
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionMeiji University (2019-2020)
Hokkaido University (2015-2018)

Principal Investigator

Akiyama Masakazu  明治大学, 研究・知財戦略機構(中野), 特任准教授 (10583908)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 須志田 隆道  サレジオ工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (00751158)
Project Period (FY) 2015-06-29 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥56,810,000 (Direct Cost: ¥43,700,000、Indirect Cost: ¥13,110,000)
Fiscal Year 2019: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2018: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2017: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2016: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2015: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000)
Keywords現象の数理モデル / 形態形成 / 数値計算 / test / 数理モデル / 応用数学 / シミューレーション / 集団細胞遊走 / 細胞極性 / 数理モデリング / 三次元バーテックスダイナミクスモデル / 数値シミュレーション / フェーズフィールド
Outline of Final Research Achievements

Morphogenesis with spatiotemporal changes in 3D is very complicated, and it was essential to express the phenomenon with a simple mathematical model for understanding. In this study, as a result, a mathematical model of cell movement in which cells are represented by particles, a mathematical study on the morphogenesis of beetle horns, a Phase Field type multi-cell morphogenesis model, a mathematical model on the pattern formation of epithelial sheets, and the midgut of Drosophila experimental and mathematical studies on the mechanism of left-right asymmetry have been published as papers.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究における最大の成果は,生物学の問題を数学の問題として定式化し,問題解決の糸口を生物学からではなく,数学から示唆できたことにある.また,生物の形態形成の正しい仕組みを理解できたことで,その仕組みの破綻として生ずる病気の発生メカニズムも同時に知ることができたことである.また,分野横断的かつ,多数の対象に対する共同研究が生まれ,研究コミュニティが生物学と数学の両方にできたことも大きい.

Report

(6 results)
  • 2020 Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (66 results)

All 2021 2020 2019 2018 2017 2016 2015

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (59 results) (of which Int'l Joint Research: 18 results,  Invited: 22 results)

  • [Journal Article] Collective nuclear behavior shapes bilateral nuclear symmetry for subsequent left-right asymmetric morphogenesis in Drosophila2021

    • Author(s)
      Shin Dongsun、Nakamura Mitsutoshi、Morishita Yoshitaka、Eiraku Mototsugu、Yamakawa Tomoko、Sasamura Takeshi、Akiyama Masakazu、Inaki Mikiko、Matsuno Kenji
    • Journal Title

      DEVELOPMENT

      Volume: in press

    • DOI

      10.1101/2020.10.15.340521

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Osmotic gradients induce stable dome morphogenesis on extracellular matrix2020

    • Author(s)
      Ishida-Ishihara Sumire、Akiyama Masakazu、Furusawa Kazuya、Naguro Isao、Ryuno Hiroki、Sushida Takamichi、Ishihara Seiichiro、Haga Hisashi
    • Journal Title

      Journal of Cell Science

      Volume: 133 Issue: 14 Pages: 243865-243865

    • DOI

      10.1242/jcs.243865

    • NAID

      120007124455

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Numerical study on spindle positioning using phase field method2019

    • Author(s)
      Akiyama, M. Nonomura, M. Tero, A. Kobayashi, R.
    • Journal Title

      Physical Biology

      Volume: 16 Issue: 1 Pages: 016005-016005

    • DOI

      10.1088/1478-3975/aaee45

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Complex furrows in a 2D epithelial sheet code the 3D structure of a beetle horn2017

    • Author(s)
      Matsuda Keisuke、Gotoh Hiroki、Tajika Yuki、Sushida Takamichi、Aonuma Hitoshi、Niimi Teruyuki、Akiyama Masakazu、Inoue Yasuhiro、Kondo Shigeru
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 13939-13939

    • DOI

      10.1038/s41598-017-14170-w

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mathematical Model of Collective Cell Migrations Based on Cell Polarity2017

    • Author(s)
      M. Akiyama, T. Sushida, S. Ishida, H. Haga
    • Journal Title

      Dev. Growth Differ

      Volume: 59 Issue: 5 Pages: 471-490

    • DOI

      10.1111/dgd.12381

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Theta-alpha EEG phase distributions in the frontal area for dissociation of visual and auditory working memory2017

    • Author(s)
      Masakazu Akiyama, Atsuchi Tero, Masahiro Kawasaki, Yasumasa Nishiura, Yoko Yamaguchi
    • Journal Title

      Scientific Report

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1038/srep42776

    • NAID

      120007134960

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  • [Journal Article] 細胞極性に着目した細胞群の運動モデル2017

    • Author(s)
      秋山正和,須志田隆道
    • Journal Title

      計算工学講演会論文集

      Volume: -

    • NAID

      40021223433

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  • [Presentation] ゲル基質上の上皮細胞シー卜が引き起こす浸透圧勾配依存的なドーム形成とその数理モデル2020

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      秋山正和,石原(石田)すみれ,須志田隆道,芳賀永
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      秋山正和,須志田隆道,稲木美紀子,松野健治
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      秋山正和,石原(石田)すみれ,須志田隆道,芳賀永
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      2020年度(第30回)日本数理生物学会年会
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      小沼健,秋山正和,山崎慎太郎,近藤滋,西田宏記
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      第43回日本分子生物学会年会
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  • [Presentation] The tiling mechanism of the compound eye2019

    • Author(s)
      M. Sato,T. Hayashi,Masakazu Akiyama,S. Ei,Takamichi Sushida M. Sato,T. Hayashi,M. Akiyama,S. Ei,T. Sushida
    • Organizer
      ICIAM2019 (The 9th International Congress on Industrial and Applied Mathematics)
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  • [Presentation] Shape representation of cells and phase field method2019

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      Masakazu Akiyama,Takamichi Sushida,Yue Tong,Harunobu Kametani,Atsuko Shimada M. Akiyama,T. Sushida,Y.Tong,H. Kametani,A. Shimada
    • Organizer
      ICIAM2019 (The 9th International Congress on Industrial and Applied Mathematics)
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  • [Presentation] 細胞の集団運動と3次元形態形成に対する数理的アプローチ2019

    • Author(s)
      秋山正和,石原(石田)すみれ,須志田隆道,芳賀永
    • Organizer
      第92回日本生化学会大会
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  • [Presentation] 細胞の集団運動と形態形成に関する数理モデル2019

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      秋山正和,石原(石田)すみれ,須志田隆道,芳賀永
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      第42回日本分子生物学会年会
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  • [Presentation] Shape representation of cells and phase field method2019

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      Masakazu Akiyama,Takamichi Sushida,Yue Tong,Atsuko Shimada,Hiroyuki Takeda
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      International Conference on Spatio-temporal patterns on various levels of the hierarchy of life
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  • [Presentation] ショウジョウバエ後腸の捻転メカニズム解明に向けた数理的・実験的アプローチ2019

    • Author(s)
      秋山正和,須志田隆道,稲木美紀子,松野健治
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      京都大学,RIMS研究集会,第16回生物数学の理論とその応用 シンポジウム「発生・パターン形成に対する数理モデリングと数値解析」
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  • [Presentation] ゲル基質上の上皮細胞シートが引き起こす浸透圧勾配依存的なドーム形成とその数理モデル2019

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      秋山正和,石田すみれ,須志田隆道,古澤和也,芳賀永
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      日本応用数理学会2019年年会
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  • [Presentation] Tiling mechanism of the compound eye2019

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      T. Hayashi,M. Akiyama,S. Ei,T. Sushida,M. Sato
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      2019年度(第29回)日本数理生物学会大会
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      鮎川友紀,秋山正和,八月朔日泰和,山崎正和
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  • [Presentation] 体毛の配向パターンを司る新奇制御機構の解析2019

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      鮎川友紀,秋山正和,八月朔日泰和,山崎 正和
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      第42回日本分子生物学会年会
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  • [Presentation] 上皮組織の三次元シミュレーションを用いた消化管 の左右非対称な捻転を引き起こす細胞変形の素過程 の同定2019

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      稲木美紀子,須志田 隆道,秋山正和,井上 康博,松野健治
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  • [Presentation] A mathematical model of 3D collective cell igrations using phase-field model2018

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      秋山正和,須志田隆道,森瞳,石田すみれ,芳賀永
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      秋山正和,須志田隆道(北海道大学),井上康博(京都大学),大久保明野(大阪大学),稲木美紀子(大阪大学),松野健治(大阪大学)
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      2018年度応用数学合同研究集会
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      NCBS(National center for Biological Sciences)
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  • [Presentation] 細胞極性と細胞移動の数理モデル2017

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      秋山正和
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      数理生物研究会2017
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      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2017-03-09
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      秋山正和
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      第69回日本細胞生物学会大会
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  • [Presentation] A mathematical model of cell polarity and cell migration2017

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      T. Sushida, M. Akiyama
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      秋山正和,須志田隆道,石田すみれ,芳賀永
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      「生物の3D形態を構築するロジック」2017年度 班会議
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      M.Akiyama,T.Sushida
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      Equadiff 2017
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  • [Presentation] 細胞極性と細胞移動の数理モデル2017

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      秋山正和,須志田隆道,石田すみれ,芳賀永
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      第27回 日本数理生物学会
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      M.Akiyama,T.Sushida,S.Ishida,H.Haga
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      2017年度 人・環境と物質をつなぐイノベーション創出 ダイナミックイナミックアライアンスG3若手研究者交流会
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      須志田隆道,森瞳,石田すみれ,古澤和也,芳賀永,秋山正和
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      2017年度応用数学合同研究集会
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      T.Sushida,A.Ookubo,M.Inaki,Y.Inoue,K.Matsuno,M.Akiyama
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      第18回電子研国際シンポジウム(The 18th RIES-HOKUDAI International Symposium )
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      M.Akiyama,T.Sushida,S.Ishida,H.Haga
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  • [Presentation] A Mathematical Model of Cell Polarity and Cell Migration2017

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      M.Akiyama,T.Sushida,S.Ishida, H.Haga
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      北海道大学電子科学研究所 平成29年度 研究交流会
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  • [Presentation] 細胞極性と細胞移動の数理モデル2016

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      2016年度応用数学合同研究集会
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      龍谷大学瀬田キャンパス(滋賀県大津市)
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      2016-12-15
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      M.Akiyama, T.Ayukawa, M.Yamazaki
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      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-12-13
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      H27年度電子科学研究所国際シンポジウム
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      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-12-13
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      M.Akiyama, T.Sushida
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      Japan -Austria joint meeting 「Understanding the logic behind developmental dynamics」
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      Vienna(Austria)
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      2016-11-28
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      RIMS研究集会 第13回「生物数学の理論とその応用」-連続および離散モデルのモデリングと解析-」
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    • Year and Date
      2016-11-14
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      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-11-09
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      秋山正和、須志田隆道
    • Organizer
      第4回アライアンス若手研究交流会
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      北海道大学(北海道札幌市)
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      2016-11-09
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      秋山正和、須志田隆道
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      RIMS研究集会「集団ダイナミクスに現れる時空間パターンの数理」
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      京都大学数理解析研究所(京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-10-12
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      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 3次元形態を表現する数学的基盤の構築2016

    • Author(s)
      須志田隆道、秋山正和
    • Organizer
      RIMS研究集会「集団ダイナミクスに現れる時空間パターンの数理」
    • Place of Presentation
      京都大学数理解析研究所(京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-10-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 樟脳の自律運動に対する対流の影響2016

    • Author(s)
      岡本守、長山雅晴、秋山正和
    • Organizer
      RIMS研究集会「現象解明に向けた数値解析学の新展開Ⅱ」
    • Place of Presentation
      京都大学数理解析研究所(京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-10-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Tetragonal versus hexagonal tiling of the Drosophila eye2016

    • Author(s)
      林貴史、秋山正和、佐藤純
    • Organizer
      12th Japanese Drosophila Research Conference(第12回 日本ショウジョウバエ研究会)
    • Place of Presentation
      立教大学(東京都豊島区)
    • Year and Date
      2016-09-09
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 平面内細胞極性の数理モデル2016

    • Author(s)
      秋山正和、鮎川友紀、山崎正和
    • Organizer
      数理で解き明かす森羅万象
    • Place of Presentation
      広島大学(広島県東広島市)
    • Year and Date
      2016-08-20
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] A Mathematical Model of Planar Cell Polarity2016

    • Author(s)
      M.Akiyama, T.Ayukawa, M.Yamazaki
    • Organizer
      International Conference: Patterns and Waves 2016
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-08-01
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Mathematical Model of Planar Cell Polarity2016

    • Author(s)
      M.Akiyama,T.Ayukawa, M.Yamazaki
    • Organizer
      E.C.M.T.B.2016(ヨーロッパ数理生物学会)
    • Place of Presentation
      Nottingham(U.K.)
    • Year and Date
      2016-07-11
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 平面内細胞極性の数理モデル2016

    • Author(s)
      秋山正和、鮎川友紀、山崎正和
    • Organizer
      基生研研究会「物理学は生物現象の謎を解けるか」
    • Place of Presentation
      基礎生物学研究所(愛知県岡崎市)
    • Year and Date
      2016-01-05
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 3次元形態を表現する数学的基盤の構築2016

    • Author(s)
      須志田隆道、秋山正和
    • Organizer
      日本数学会 異分野・異業種研究交流会2016
    • Place of Presentation
      明治大学中野キャンパス(東京都中野区)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 平面内細胞極性の数理モデル2015

    • Author(s)
      秋山正和、鮎川友紀、山崎正和
    • Organizer
      応用数学合同研究集会
    • Place of Presentation
      龍谷大学瀬田キャンパス(滋賀県大津市)
    • Year and Date
      2015-12-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 平面内細胞極性の数理モデル2015

    • Author(s)
      秋山正和、鮎川友紀、山崎正和
    • Organizer
      アライアンス第三回若手研究会
    • Place of Presentation
      九州大学 先導物質化学研究所(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2015-11-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] A Mathematical Model of Planar Cell Polarity2015

    • Author(s)
      M.Akiyama, T.Ayukawa, M.Yamazaki
    • Organizer
      H27年度電子科学研究所国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      シャトレーゼ・がトーキングダムサッポロ(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-11-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 平面内細胞極性の数理モデル2015

    • Author(s)
      秋山正和、鮎川友紀、山崎正和
    • Organizer
      共同利用・共同研究拠点 MIMS 現象数理学拠点 共同研究集会「自然、社会に現れる複雑現象の数理」
    • Place of Presentation
      明治大学(東京都中野区)
    • Year and Date
      2015-10-05
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] A Mathematical Model of Planar Cell Polarity2015

    • Author(s)
      M.Akiyama, T.Ayukawa, M.Yamazaki
    • Organizer
      Mini-workshop on Collaborative study with mathematics and biology for dermatology
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-09-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 平面内細胞極性の数理モデル2015

    • Author(s)
      秋山正和、鮎川友紀、山崎正和
    • Organizer
      応用数理学会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-09-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] A Mathematical Model of Planar Cell Polarity2015

    • Author(s)
      M.Akiyama, T.Ayukawa, M. Yamazaki
    • Organizer
      国際学会ICIAM 2015
    • Place of Presentation
      Beijing(China)
    • Year and Date
      2015-08-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 卵割の数理モデル2015

    • Author(s)
      秋山正和、手老篤史、小林亮
    • Organizer
      細胞運動系研究交流セミナー
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-07-04
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2015-07-02   Modified: 2022-11-04  

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