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Elucidation of the mechanism of autonomous behavioral choice by Physarum plasmodium and its application to AI

Research Project

Project/Area Number 20K11948
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 61030:Intelligent informatics-related
Research InstitutionNagaoka University of Technology (2021-2022)
防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) (2020)

Principal Investigator

Shirakawa Tomohiro  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (60582905)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 春名 太一  東京女子大学, 現代教養学部, 准教授 (20518659)
太田 宏之  防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 薬理学, 講師 (20535190)
佐藤 浩  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 准教授 (30295737)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords真性粘菌変形体 / 生物物理学 / 生物計算 / 意思決定 / 人工知能
Outline of Research at the Start

本研究は,1. 真性粘菌変形体の自律的な行動選択のメカニズム(閉所に閉じ込められた粘菌の行動が「閉所内部の探索」から「脱出」へと自律的に切り替わることを可能とするメカニズム)を実験によって解明し,2. 現象をモデル化することにより工学的に応用可能な形式として表現し,3. それを AI に応用し,変形体の自律性を AI に実装することを目的とする.

Outline of Final Research Achievements

In this research project, a three-stage plan was implemented in each year of the three-year research period: 1) to elucidate the mechanism of autonomous behavior selection of Physarum plasmodium, 2) to express the phenomenon in an engineeringly applicable form by modeling it, and 3) to apply it to AI and implement the autonomy of the organism in AI. The results showed that the slime molds are able to control their behavior. As a result, we succeeded in observing the phenomena that occur when slime molds change their behavioral rules, modeling them as a gene regulatory network, and conducting a theoretical analysis. Although we were not able to implement AI because we changed some of our plans and focused on theoretical analysis, we are well prepared for future implementation, and the amount of achievement we have obtained in this project is equal to or greater than that of our original plans.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生物の情報処理に学びそれをコンピューティングに応用しようとする Bio-inspired Computing の分野ではこれまで様々な研究が行われているが,生物の生物らしい特徴を直接的に計算に応用した例,もしくはそれを AI 実装した例はほとんど存在していない.一方,本研究は生物の情報処理メカニズムに関する実験的観察から直接的に AI 実装に至るまでの道筋を付けたという点で,今後の同分野の発展に資するところが大きいと思われる.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (12 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Observation of Autonomous Behavioral Selection in Physarum Plasmodium2022

    • Author(s)
      Tomohiro Shirakawa, Hiroshi Sato, Kazuki Ishimaru
    • Journal Title

      Logica Universalis

      Volume: -

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Concept Formation and Quantum-like Probability from Nonlocality in Cognition2022

    • Author(s)
      Gunji Yukio-Pegio、Haruna Taichi
    • Journal Title

      Cognitive Computation

      Volume: - Issue: 4 Pages: 1328-1349

    • DOI

      10.1007/s12559-022-09995-1

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The asymmetric learning rates of murine exploratory behavior in sparse reward environments2021

    • Author(s)
      Ohta Hiroyuki、Satori Kuniaki、Takarada Yu、Arake Masashi、Ishizuka Toshiaki、Morimoto Yuji、Takahashi Tatsuji
    • Journal Title

      Neural Networks

      Volume: 143 Pages: 218-229

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2021.05.030

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Magnetotaxis of the Physarum Plasmodium and Construction of a Magnetically Controlled Physarum Logic Gate2020

    • Author(s)
      Tomohiro Shirakawa, Hiroshi Sato, Michinori Muro, Ryusuke Konagano, Ryota Ohno and Keita Inoue
    • Journal Title

      International Journal of Unconventional Computing

      Volume: 15 Pages: 245-258

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Diversity in the Chemotactic Behavior of Physarum Plasmodium Induced by Bi-modal Stimuli2020

    • Author(s)
      Tomohiro Shirakawa, Yukio-Pegio Gunji, Hiroshi Sato and Hiroto Tsubakino
    • Journal Title

      International Journal of Unconventional Computing

      Volume: 15 Pages: 275-285

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      計測自動制御学会システム・情報部門講演会 2022
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      太田 宏之, 荒毛 将史, 佐鳥 玖仁朗, 宝田 悠, 高橋 達二, 佐藤 泰司, 守本 祐司,石塚 俊晶
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      佐鳥玖仁朗,吉田 豊,神谷 匠,太田宏之,高橋達二
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  • [Presentation] マウスの行動探索における報酬分布に依存した学習率の調整2020

    • Author(s)
      太田 宏之, 佐鳥 玖仁朗, 宝田 悠, 荒毛 将史, 守本 祐司, 石塚 俊晶, 高橋 達二
    • Organizer
      人工知能学会第 34 回全国大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 非対称な学習からのリスク態度の反射効果2020

    • Author(s)
      佐鳥 玖仁朗, 太田 宏之, 宝田 悠, 荒毛 将史, 守本 祐司, 石塚 俊晶, 高橋 達二
    • Organizer
      2020 年度日本認知科学会第37回大会
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  • [Book] Systems Design Based on the Benefits of Inconvenience2023

    • Author(s)
      Hiroshi Kawakami, Yasuo Nosaka, Manabu Sawaguchi, Kazushi Nishimoto, Michio Okada, Tomoko Izumi, Tomohiro Shirakawa, Tomoaki Kageyama
    • Total Pages
      100
    • Publisher
      Springer Singapore
    • ISBN
      9789811995880
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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