2022 Fiscal Year Annual Research 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った．昨年度までの研究により，1. と 2. については概ね予定通り計画を遂行するができた．2. のモデル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であるが，このモデルは変形体の栄養状態並びに忌避物質の濃度を入力とし，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．昨年度の研究により，このモデルはその出力において弱い二峰性を示し，かつその二峰性の出現には通常の双安定性ではなく入力のゆらぎ自身が本質的な部分で寄与していることが明らかとなった．
一方，モデルは実験結果を再現するものではあったが，より一般的なパラメータ領域において，ゆらぎが出力に対しどのような影響を与えているかについては不明であった．そのため，計画 3. における AI 実装を実施するために，2. で形式化されたモデルに関し，理論的な理解を深める必要が発生した．そこで今年度については計画を一部変更し，2. のモデルに関する理論的研究を実施した．具体的には，2. のモデルをより一般的に，外部信号に対する応答が緩やかに変動する，2 変数の相互抑制系モデルとして再構築し，ノイズに由来する双安定性をより一般的に研究した．結果，入力変数の周辺定常確率密度に関して，それが一峰性から二峰性への遷移をもたらすための一般的条件を明らかにすることができた．現在この結果に関する論文を投稿中であり，また，この結果に基づく AI の開発が進行中である．
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