2014 Fiscal Year Annual Research Report
数理科学と生体生命情報科学との連携による生命知の基本アルゴリズムの探求
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26310202
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
中垣 俊之 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (70300887)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上田 肇一 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 准教授 (00378960)
手老 篤史 九州大学, マス・フォア・インダストリ研究所, 准教授 (60431326)
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| Project Period (FY) |
2014-07-18 – 2017-03-31
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| Keywords | 生体生命情報処理 / アルゴリズム / 単細胞生物 / 数理モデリング / 行動 / 繊毛虫 / 粘菌 / 反応拡散方程式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、単細胞レベルで実現される生命知のパフォーマンスを物質レベルの物理的な運動方程式により数理モデル化し、そこから高等動物に至る生命情報処理の共通則を探索する。単細胞生物には神経系という情報処理器官がないので、体の運動方程式を書き下せば、そこには情報処理のアルゴリズムが自ずと付いてくる。これまでの数年間にわたり研究分担者（数理科学者）らと共同で押し進めてきた単細胞生物粘菌の情報処理アルゴリズム（ネットワーク最適化、時間学習、行動選択）から、アメーバからヒトにいたる広い生物種に共通する情報処理アルゴリズムの存在を予見した。この着想を本研究助成により展開する。
本年度では以下の二つの項目について取り組んだ。
1、細胞レベルの迷いと意思決定における個性の検証と人との比較：人間の行動を思い返してみると、いくつかの選択肢の中から迷ったあげくに一つを選び取るような時、知的であるとか心理的であると見なすことが多い。粘菌は、弱い忌避物質（低濃度のキニーネ）に出会った時、同じ条件であっても個体により、乗り越えたり引き返したりする。さらに光刺激を加えると、乗り越える場合により早く乗り越えるグループとよりもたつくグループとにあたかも両極分解した。また、より詳細に行動パタンを観察すると、さらに多様に類型化できることがわかった。環境が行動パタンの多様性を生み出すと思われた。このしくみを解明するために、細胞運動の力学模型を構成した。
２、細胞の空間認知と記憶：繊毛虫が狭い空間でしばらく遊泳すると、より広い空間に出ても以前の狭い空間の形に似た軌跡で自由遊泳することを実験的に示し得た。このしくみを、繊毛運動を支配する膜電位方程式の立場から提案した。
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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
年度計画にあげた重点研究項目２つ（(1)細胞レベルの迷いと意思決定における個性の検証と（２）細胞の空間認知と記憶）に関して概ね予定通りの進捗が見られ、それぞれ個別の論文として投稿準備中にまでこぎつけられたから。
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| Strategy for Future Research Activity |
頭初計画に掲げた５つの研究項目のうち２つについて成果を得ることができたので、残りの３項目について取り組む予定である。計画では、博士研究員を雇用する予定であったが予算減額の都合により、それがかなわなくなったので、あらたに研究分担者２名（エフォート５％）を追加し、さらにリサーチアシスタントと研究補助員を雇用して、研究のテコ入れを行う。このような新体制で残りの研究計画を完遂する予定である。
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| Causes of Carryover |
博士研究員雇用の予定であったが計画予算より減額しての交付決定であったため、人員計画を練り直し次年度に繰り越して研究補助者等を増員することにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究補助者２名の雇用、かつ新たに追加した研究分担者２名の旅費等にあてる。
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