2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of model generation algorithms for understanding the locomotion mechanism
Publicly Offered Research
| Project Area | Advanced mechanics of cell behavior shapes formal algorithm of protozoan smartness awoken in giorama conditions. |
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| Project/Area Number |
22H05675
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
上田 肇一 富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (00378960)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Keywords | 自律分散システム / 細胞運動 / 数理モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物は種の違いによって多様な行動様式を示す一方で環境適応性など普遍的な機能を持つ。本研究では，行動様式の多様性を動力学モデルのアトラクターの多彩さとして，普遍性を動力学モデルに課す拘束条件として表現することにより，生物の環境適応性に潜む数理機構の解明を試みる。そのために，自律分散制御による環境適応行動を実現する上で主要な役割を果たす支配変数を発見する。この研究の推進により，細胞運動，及び生物集団運動で観察される環境適応行動を再現する低次元モデルを効率的に導出する手法を確立し，複雑環境による適応行動機構の理解に貢献する。
真正粘菌の管形成過程における流量強化則が発見されたことにより，管を流れる原形質の流量と管半径の関係という局所的な制御によって採餌行動などシステム全体の機能が最適化されていることが明らかになっている。今年度は，真正粘菌が有する自律分散的な機能制御を理解するために，真正粘菌モデルのパラメーターが自動的に調整される数理モデルを作成することを試みた。提案モデルにおいては，粒子群の淘汰によるアルゴリズムを用いて分散的にパラメーターを制御することで一方向の安定した流動が自発的に生成することを確認した。この結果は，パラメーター探索とシステム全体の機能創発が自己組織化現象（アトラクター）として表現可能であることを意味する。また，粒子群の淘汰アルゴリズムを反応拡散系で記述することを試みた。
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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
パラメーターが定数として与えられる通常の数理モデルを改変することで，パラメーターの時間発展を組み込んだ数理モデルの作成を目標としている。そのためには，「通常，単一変数で記述される化学物質濃度を集団ダイナミクスで記述する」，「各変数は異なるパラメーター値を持ち，一定時間間隔で行われる淘汰によって集団としてのパラメーター値が更新される」という特徴を持った数理モデルを導出する必要がある。今年度は，真正粘菌の原形質流動の数理モデルにおいて目標とする特徴を有するモデルを提案した。
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| Strategy for Future Research Activity |
生物の集団ダイナミクスなど真正粘菌の原形質流動以外の現象に対しても今年度提案したモデルを適用し，生命システムに見られる行動様式の多様性を動力学モデルのアトラクターとして表現することを試みる。
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Research Products
(1 results)
