2018 Fiscal Year Research-status Report
Modeling and Experimental Validation of CO2 Uptake of Multi-Cells in Crassulacean Acid Metabolism
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18K04208
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
末光 治雄 大分大学, 理工学部, 助教 (50162839)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小西 忠司 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (00225468)
星野 修 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (00303016)
松尾 孝美 大分大学, 理工学部, 教授 (90181700)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光合成 / 概日リズム / 信号分離 / マルチカーネル線形予測モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々のグループでは，これを非線形システムのリズム制御問題として，Blasiusらの単細胞モデルを用いて周波数制御系と位相シフト制御系を構成し，その制御性能を数値シミュレーションにより確認した．さらに，複数細胞の同期状態は光強度のパルス信号によりリセット可能であることをシミュレーションにより示している．ただし，実際の植物では，本研究では，数理モデルベースの実用的計測法として，比較的リアルタイム測定の容易な植物全体の二酸化炭素取り込み量を計測値とし，このデータは単一細胞の時間遅れ信号の線形和として植物全体の二酸化炭素取り込み量が合成されるという数理モデルから各細胞の状態を推定するソフトセンサ手法を提案する．このため，提案した数理モデルを，単一細胞振動子をカーネルとした周期カーネルモデルと見なし，植物全体の二酸化炭素取り込み量から単一細胞の二酸化炭素取り込み量への信号分離法をシステム同定法から提案する．脳波の場合には，各々のニューロン信号を確率的に独立な信号を見なした独立成分分析法が提案されている．しかし，植物の概日リズムは連続信号であり，確率信号と見なすことには無理があるため，独立成分分析法は用いることができない．推定誤差を目的関数として最適化計算を行うことにより，パラメータである線形結合の係数と信号の時間遅れ列を推定する．これはマルチカーネル線形予測モデル推定の一種となるが，カーネルが4次元微分方程式から構成される細胞振動子であるため，カーネル勾配を解析的に導出することができない．そこで，我々が提案してきた適応微分推定器を応用した勾配推定則を最適化計算に応用する．この手法の有効性は，実験データが必要不可欠なため，二酸化炭素取り込み量を測定する実験システムを構築する．ついで，推定されたパラメータから同期状態を評価する指標を提案することを試みている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度である本年は，実験装置の製作と細胞間同期のためのショ糖ホメオスタシスモデルについての調査研究を行った．実験装置は，次年度に購入予定のCO2アナライザにより完成する見込みである．ショ糖ホメオスタシスモデルは，細胞間のデンプンの流れの時間遅れを考慮する際に，有効となる見込みである．
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| Strategy for Future Research Activity |
実験装置を完成させ，実験データの取得作業を開始し，取得データの妥当性を検証する．また，マルチカーネル線形予測モデルのパラメータ推定法の導出を行う．さらに，ショ糖ホメオスタシスモデルを利用した信号分離法の検討も開始する．ついで，デンプンの細胞間のやりとりを結合要素として，結合の強さにより，多細胞間の同期現象がまだら模様の同期をするメカニズムを非線形解析手法を用いて明らかにする．
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| Causes of Carryover |
今年度発表予定の学会に発表が間に合わなかったため，次年度開催の学会旅費の一部に充当するため
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