Prediction and Control of Biological Rhythms by Generalized Phase Reduction Theory

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K16125
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Soft computing
• Research Institution: Shiga University (2018); Aomori University (2016-2017)
• Principal Investigator: Kurebayashi Wataru 滋賀大学, データサイエンス教育研究センター, 助教 (70761211)
• Research Collaborator: Shirasaka Sho
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 非線形力学系 / リミットサイクル振動子 / 同期現象 / システム同定 / 最適制御 / 位相縮約

Outline of Final Research Achievements

The aim of this project is to theoretically extend the generalized phase reduction theory and to promote the applied studies of this theory. The generalized phase reduction theory is a theoretical method that extends the conventional phase reduction theory by which we can reduce a limit-cycle oscillator to a one-dimensional phase equation, which enables us to apply this method to limit-cycle oscillators under largely varying external force. By using this new theory, we established a new phase reduction theory for strongly coupled limit-cycle oscillators. In addition, in order to promote the applied studies of this theory, we developed a system identification method for estimating the system's response property characterized by response functions from input-output data.

Free Research Field

非線形動力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本計画において確立した強く結合した系における位相縮約理論は、これまで理論的な解析が難しかった多くの系においてこれを可能にし、同期特性やそのパラメータとの関連がより容易に包括的に解析できるようになると期待される。こうした系は、例えば同期を必要とする電気電子回路の設計などに直ちに応用することができると考えられる。また、本計画では、システムへの入出力データからシステム同定を行う手法の開発も行った。この手法は、リズムを持つ未知のシステムについて、簡便なシステム同定を可能にし、それによって対象を最適制御するなどの応用が可能になると期待される。