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振動子集団のネットワーク構造と同期ダイナミクスの関係を統一的に記述する理論の構築

Research Project

Project/Area Number 11J11148
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 数理物理・物性基礎(理論)
Research InstitutionOchanomizu University
Research Fellow 森 史  お茶の水女子大学, 大学院人間文化創成科学研究科, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2011 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2013: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2012: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2011: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords同期現象 / 結合振動子 / 周期の揺らぎ / 複雑ネットワーク
Research Abstract

別々の固有振動数をもち、かつ、ノイズを受けながらも同期状態にある振動子の結合ネットワークにおいて、振動周期の揺らぎから結合強度やノイズ強度を推定する理論を構築した。振動子で記述される系は、生物系、機械系問わず、様々なところで見られる。例として、心筋細胞の集団や心臓ペースメーカー組織、体内時計、水晶振動子などが挙げられる。これらの系は、ノイズのある環境下でも、同期を示す。
我々は、これまでに、全結合ネットワークの位相振動子系において、周期の揺らぎを系の結合強度とノイズ強度を用いて書き下すことに成功し、これをもとに、周期揺らぎの計測から結合強度やノイズ強度を推定できる理論を構築していた。この理論は、同一の振動数をもつ振動子系に限り、有効であった。我々は、これを拡張し、別々の振動数をもつ振動子系においても、成立する理論を構築した。この方法は、同一振動数の系に限定されないので、実際の実験系への応用が期待される。例えば、心筋細胞の培養系において、拍動周期の揺らぎを観測することによって、細胞間の結合の大きさを推定することができる。
一方で、別々の固有振動数をもつ振動子のネットワーク結合系が、どの程度の結合強度で同期を示すかという問題は、一般には、そのネットワーク構造に依存する。我々は、振動数同期のためのネットワーク構造の条件に関する理論を発展させ、与えられた系の同期の結合強度を予測する理論を提案した。化学反応振動子の実験系において、その理論が有効であることが確かめられた。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(3 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report

Research Products

(8 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Period variability of coupled noisy oscillators2013

    • Author(s)
      Fumito Mori and Hiroshi Kori
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 87

    • DOI

      10.1103/physreve.87.030901

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Necessary Condition for Frequency Synchronization in Network Structures2013

    • Author(s)
      Fumito Mori
    • Organizer
      SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems (DS13)
    • Place of Presentation
      Snowbird Village(アメリカ)
    • Year and Date
      2013-05-22
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 周期揺らぎデータを用いた結合振動子系のノイズと結合強度の推定2013

    • Author(s)
      森史、郡宏
    • Organizer
      日本物理学会 第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      2013-03-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical Method to Infer Interaction and Noise in Coupled Oscillators through the Observation of Period Variability2013

    • Author(s)
      Fumito Mori and Hiroshi Kori
    • Organizer
      The First Annual Winter q-bio meeting
    • Place of Presentation
      Hilton Hawaiian Village in Waikiki (ハワイ)
    • Year and Date
      2013-02-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] ノイズのある位相振動子結合系の振動周期の揺らぎ2012

    • Author(s)
      森史、郡宏
    • Organizer
      日本物理学会 2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2012-09-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Checkpoint dependence of period variability in noisy phase oscillators2012

    • Author(s)
      Fumito Mori and Hiroshi Kori
    • Organizer
      European Conference on Complex Systems 2012
    • Place of Presentation
      ブリュッセル自由大学 (ベルギー)
    • Year and Date
      2012-09-07
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 体内時計の確かな時:結合振動子による理論II2011

    • Author(s)
      森史、郡宏
    • Organizer
      日本物理学会 2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-23
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Origin of Reliable Time in Biological Clocks : Theoretical Approach Using Coupled Phase Oscillators2011

    • Author(s)
      Fumito Mori, Hiroshi Kori
    • Organizer
      Engineering of Chemical Complexity Berlin
    • Place of Presentation
      Harnack House(ドイツ)
    • Year and Date
      2011-07-06
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-11   Modified: 2016-04-21  

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