2014 Fiscal Year Research-status Report
生物を模倣した時空間秩序変数を持つネットワーク構造の理解と応用
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25400390
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
櫻井 建成 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60353322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻川 亨 宮崎大学, 工学部, 教授 (10258288)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 非平衡開放系 / 非線形科学 / 結合振動子系 / 数理物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、真正粘菌というモデル生物を例に、ニューラルネットワークと脳内血管網との相互作用によるエネルギー供給の最適化とそのメカニズムにアプローチすることを目的としている。真正粘菌は管中の原形質流動を用いることにより情報処理を行っている。平成２５年度は、単一振動子と見なせる微小な真正粘菌を用いて振動光に対する感受性の実験を行った。本年度は、モデル生物である真正粘菌に対して周期的振動光照射時の真正粘菌の管形成について、機能の創成と周波数依存性に関して実験的研究を行った。そこでは、
1．従来、負の走性として知られていた忌避行動の他に、正の走性として考えられる誘引行動、および餌間の最短距離を結ぶ行動を見いだした。
2．それぞれの行動（忌避、誘引、最短）に関して、周期的光刺激の周波数依存を明らかにした。
忌避行動に関しては実験を行った全周波数帯で観測され、また、誘引行動時には光刺激に対する引き込みは観測されない。また粘菌の原形質往復流動の周期と周期的光刺激の周期が同じぐらいの場合には、粘菌が積極的にリスクを取り、二つの餌を結ぶ最短経路を選択するという事実を見いだした。真正粘菌ネットワークのこれらの振舞いは、外部刺激に依存して血流量を変化させる脳内血流の１つもモデルになりうる。来年度は、これらの知見を使い複数ネットワーク間の最適化問題や外部刺激（ここでは、ニューロンの発火など）と脳内血流量を示す数理モデルの構築を行う予定です。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成２５年は、度微小領域での真正粘菌の外部刺激に対する振舞いと電気回路網製作を用いた実験を行った。本年度は、それらを拡張しネットワーク上の一部に外部刺激を与えた場合の振舞いの観測を行い、定量的な実験結果を得ることができた。本年度の計画では、真正粘菌ネットワークに光フィードバック機構を加えた実験系による実験結果を基に、２層構造脳内血流量モデルを提案する予定であったが、上記実験に集中したため、現象論的な層構造脳内血流量モデルには至らなかった。しかしながら、真正粘菌ネットワークの外部刺激に対する新しい振舞いを発見するなど血流量モデル構築に活かすこことの可能な実験結果を得ることができている。来年度はそれらの知見を基に血流量モデルの構築を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２５年度に作成した非線形素子を用いた、多接点系の電気回路網の構築を行う。それらと真正粘菌ネットワークの振舞いとの比較検討を行う。それらの実験結果を参考に、ネットワーク網の節点において相互作用項を入れたニューラルネットワークと血流量が相互作用した２層構造脳内血流量モデルの構築を行う。
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| Causes of Carryover |
本年度は実験実施と基礎モデルの構築に集中したため、学会発表等の成果発表は控えた。そのため旅費等が少なくなっている。来年度は積極的に成果の報告をする予定である。また、今後電気回路を使った実験と生物（真正粘菌）を使った実験に対して補助者が必要になると考えられる。そのための謝金も計上する予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
国際会議での成果報告も含めて旅費として、800,095円を使用予定です。また謝金として、335,000円を使用予定です。
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