2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of the mechanism of autonomous behavioral choice by Physarum plasmodium and its application to AI
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20K11948
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
白川 智弘 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (60582905)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，1. 真性粘菌変形体の自律的な行動選択の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 に実装するという３段階の計画を，３年間の研究期間の各年度に実施する予定である．今年度は予定した通り 2. のモデル化に取り組み，概ね計画通りの成果を得た．
今年度の成果として，まず，前年度の 1. の実験結果に基づく学術論文を投稿し，採択に至った（”Observation of Autonomous Behavioral Selection in Physarum Plasmodium”, Logica Universalis, in press）．
続いて，1. の結果を基礎として，2. のモデル化を計画通り実施した．1. の実験では，変形体をプラスティックフィルム（忌避物質）内の閉空間に閉じ込め，脱出という行動選択に至るまでの過程を観察する実験を実施したが，この実験を踏まえ，2. のモデル化では，実験における変形体の忌避物質に対する応答性を再現するためのシンプルな遺伝子制御ネットワークモデルを構築した．このモデルは変形体の栄養状態（実験系に長期に渡り閉じ込められることによる飢餓）並びに忌避物質の濃度（実験系内に蓄積される，自らの分泌物に対する忌避性）を入力とし，移動の有無，即ちその場に留まるか脱出するかを出力とする．このモデルはその出力において弱い二峰性を示し，かつその二峰性は通常の双安定性ではなく入力のゆらぎ自身が二峰的構造に対し本質的な寄与を為しているということが明らかとなった．このモデルにより変形体の行動選択を少なくとも部分的には説明することができたと言える．以上の成果について，現在論文投稿の準備を進めると共に，3. の AI 実装に向けた準備も進めている．
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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
研究実績の概要で示した通り，２年目となる今年度は３年間，３段階の研究計画のうち２段階目を実施し，概ね予定通りの結果を得た．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究実績の概要で示した計画の通り，次年度においてはモデル化により工学的に応用可能な形式として表現された事項を AI 実装することを目標とする．そのために，そのために，まずは今年度の成果を論文としてまとめ公表した後，AI の作成に着手する．
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| Causes of Carryover |
コロナウイルス流行の影響により，今年度参加した全ての学会がオンラインでの開催となり，確保していた旅費を使用する必要がなくなったため．
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