適応過程の情報物理学的理解

• 研究領域: 情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理
• 研究課題/領域番号: 19H05799
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小林 徹也 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90513359)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 64,610千円 (直接経費: 49,700千円、間接経費: 14,910千円); 2023年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円); 2022年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円); 2021年度: 14,430千円 (直接経費: 11,100千円、間接経費: 3,330千円); 2020年度: 13,780千円 (直接経費: 10,600千円、間接経費: 3,180千円); 2019年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
• キーワード: 適応現象 / 理論生物学 / 学習理論 / 化学熱力学 / 非平衡熱力学 / 強化学習 / 最適制御 / 生物物理学 / 定量生物学 / 分散部分観測制御 / 非平衡化学熱力学 / 情報幾何学 / 化学走性 / エントロピー正則化 / Fisherの基本定理 / 最適フィルター / 受容体応答 / 確率モデリング / 部分観測制御 / 完全適応

研究開始時の研究の概要

細胞をはじめとする生物は、環境からの入力を受け取り、それに応じて自分の状態や運動など多様な出力を変化させることで環境に働きかけ、様々な生体機能を実現します。このような機能が物理的に見てどれくらい効率的にできているのか、できているとすればその原理はなんなのか、を明らかにするために、情報熱力学を生命現象へとつなげた理論を新たに構築します。
特に細胞内の反応の機能、それを組み合わせた1細胞の機能、そして細胞が集団になった集団としての機能の階層性に着目します。熱統計力学・情報理論・学習理論・進化理論に共通する熱力学的変分構造を媒介にすることで、これらの階層間の関係つなぎうる理論を探求します。

研究成果の概要

化学反応系・細胞情報処理・学習・進化などの生体の高次機能を情報熱力学と連結する理論の構築を行った。反応レベルでは、平衡・非平衡化学熱力学のヘッセ幾何学に基づく体系的な理論を構築し、非平衡性に伴う散逸の分解などを明らかにした。1細胞レベルでは細胞の化学感知を最適フィルター・最適制御の理論を用いて定式化し、大腸菌化学走性の最適性を明らかにした。多細胞レベルでは、細胞集団による情報処理や獲得免疫系の機械学習理論、そして学習と進化の統合的理論などの構築に成功した。
これら反応から進化にまたがる結果は共通の変分構造を共有しており、階層を超えた多様な生命適応現象を捉える情報物理理論の確立に大きく貢献した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生命は工学では未だ実現できない多様な機能や情報処理を実現する。その機能的な最適性や熱力学的な効率を理解するためには、反応レベルから多細胞レベルまで多様な生命機能を階層を超えて捉える理論が必要になる。本研究では特に、細胞内の非平衡反応、1細胞の化学情報処理、そして多細胞の集団情報処理や進化の過程を包括的に捉える情報物理学理論の構築に成功した。このような理論を活用そして発展させることにより、生命の設計原理を物理と情報の観点から理解するだけでなく、確率環境下でも頑健に機能するシステムの設計、熱力学的に高効率なシステムの実現、生命に学ぶ新たな情報処理原理の発見などにつながることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Decentralized Stochastic Control with Finite-Dimensional Memories: A Memory Limitation Approach (2023)
  • 著者名/発表者名: Tottori Takehiro、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Entropy 巻: 25 号: 5 ページ: 791-791
  • DOI: 10.3390/e25050791
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cellular gradient flow structure linking single-cell-level rules and population-level dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: Horiguchi Shuhei A.、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 5 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.5.l022052
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Population dynamics models for various forms of adaptation (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakashima So、J. Kobayashi Tetsuya
  • 雑誌名: Biophysics and Physicobiology 巻: 20 号: 3 ページ: n/a
  • DOI: 10.2142/biophysico.bppb-v20.0034
  • ISSN: 2189-4779
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Information geometry of dynamics on graphs and hypergraphs (2023)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Tetsuya J.、Loutchko Dimitri、Kamimura Atsushi、Horiguchi Shuhei A.、Sughiyama Yuki
  • 雑誌名: Information Geometry 巻: - 号: 1 ページ: 97-166
  • DOI: 10.1007/s41884-023-00125-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Forward-Backward Sweep Method for the System of HJB-FP Equations in Memory-Limited Partially Observable Stochastic Control (2023)
  • 著者名/発表者名: Tottori Takehiro、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Entropy 巻: 25 号: 2 ページ: 208-208
  • DOI: 10.3390/e25020208
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Asynchronous division at 4-8-cell stage of preimplantation embryos affects live birth through ICM/TE differentiation (2022)
  • 著者名/発表者名: Mashiko Daisuke、Ikeda Zenki、Tokoro Mikiko、Hatano Yu、Yao Tatsuma、Kobayashi Tetsuya J.、Fukunaga Noritaka、Asada Yoshimasa、Yamagata Kazuo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 9411-9411
  • DOI: 10.1038/s41598-022-13646-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Machine Learning Approaches to TCR Repertoire Analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Katayama Yotaro、Yokota Ryo、Akiyama Taishin、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 13 ページ: 858057-858057
  • DOI: 10.3389/fimmu.2022.858057
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparative Study of Repertoire Classification Methods Reveals Data Efficiency of k-mer Feature Extraction (2022)
  • 著者名/発表者名: Katayama Yotaro、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 13
  • DOI: 10.3389/fimmu.2022.797640
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hessian geometric structure of chemical thermodynamic systems with stoichiometric constraints (2022)
  • 著者名/発表者名: Sughiyama Yuki、Loutchko Dimitri、Kamimura Atsushi、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 号: 3 ページ: 033065-033065
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.033065
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Kinetic derivation of the Hessian geometric structure in chemical reaction networks (2022)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Tetsuya J.、Loutchko Dimitri、Kamimura Atsushi、Sughiyama Yuki
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 号: 3 ページ: 033066-033066
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.033066
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemical thermodynamics for growing systems (2022)
  • 著者名/発表者名: Sughiyama Yuki、Kamimura Atsushi、Loutchko Dimitri、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 号: 3 ページ: 033191-033191
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.033191
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hessian geometry of nonequilibrium chemical reaction networks and entropy production decompositions (2022)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Tetsuya J.、Loutchko Dimitri、Kamimura Atsushi、Sughiyama Yuki
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 号: 3 ページ: 033208-033208
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.033208
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Riemannian geometry of optimal driving and thermodynamic length and its application to chemical reaction networks (2022)
  • 著者名/発表者名: Loutchko Dimitri、Sughiyama Yuki、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 号: 4 ページ: 043049-043049
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.043049
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An explainable deep learning-based algorithm with an attention mechanism for predicting the live birth potential of mouse embryos (2022)
  • 著者名/発表者名: Tokuoka Yuta、Yamada Takahiro G.、Mashiko Daisuke、Ikeda Zenki、Kobayashi Tetsuya J.、Yamagata Kazuo、Funahashi Akira
  • 雑誌名: Artificial Intelligence in Medicine 巻: 134 ページ: 102432-102432
  • DOI: 10.1016/j.artmed.2022.102432
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Memory-Limited Partially Observable Stochastic Control and Its Mean-Field Control Approach (2022)
  • 著者名/発表者名: Tottori Takehiro、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Entropy 巻: 24 号: 11 ページ: 1599-1599
  • DOI: 10.3390/e24111599
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acceleration of evolutionary processes by learning and extended Fisher's fundamental theorem (2022)
  • 著者名/発表者名: So Nakashima, Tetsuya J. Kobayashi
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 号: 1 ページ: 013069-013069
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.013069
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optimal sensing and control of run-and-tumble chemotaxis (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Kento、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 号: 1 ページ: 013120-013120
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.013120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Forward and Backward Bellman Equations Improve the Efficiency of the EM Algorithm for DEC-POMDP (2021)
  • 著者名/発表者名: Tottori Takehiro、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Entropy 巻: 23 号: 5 ページ: 551-551
  • DOI: 10.3390/e23050551
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Representation and inference of size control laws by neural-network-aided point processes (2021)
  • 著者名/発表者名: Kamimura Atsushi、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 3 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.3.033032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 大腸菌走化性における感知・応答の情報論的な最適性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村絢斗、小林徹也
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 3 ページ: 239-244
• [雑誌論文] Understanding adaptive immune system as reinforcement learning (2021)
  • 著者名/発表者名: Kato Takuya、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 3 号: 1 ページ: 013222-013222
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.3.013222
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Connection between the Bacterial Chemotactic Network and Optimal Filtering (2021)
  • 著者名/発表者名: Kento Nakamura, Tetsuya J. Kobayashi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 126 号: 12 ページ: 128102-128102
  • DOI: 10.1103/physrevlett.126.128102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bayesian gates for reliable logical operations under noisy conditions (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Tetsuya J
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW E 巻: 101 号: 4 ページ: 042205-042205
  • DOI: 10.1103/physreve.101.042205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lineage EM algorithm for inferring latent states from cellular lineage trees (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakashima So、Sughiyama Yuki、Kobayashi Tetsuya J
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 36 号: 9 ページ: 2829-2838
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btaa040
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生命科学における機械学習の応用とその課題 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也
  • 雑誌名: 数理科学 巻: 58 ページ: 43-49
• [雑誌論文] 3D convolutional neural networks-based segmentation to acquire quantitative criteria of the nucleus during mouse embryogenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Tokuoka Yuta、Yamada Takahiro G.、Mashiko Daisuke、Ikeda Zenki、Hiroi Noriko F.、Kobayashi Tetsuya J.、Yamagata Kazuo、Funahashi Akira
  • 雑誌名: npj Systems Biology and Applications 巻: 6 号: 1 ページ: 32-32
  • DOI: 10.1038/s41540-020-00152-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reliable target ligand detection by noise-induced receptor cluster formation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kajita Masashi K.、Aihara Kazuyuki、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science 巻: 30 号: 1 ページ: 011104-011104
  • DOI: 10.1063/1.5140714
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fitness Gain of Individually Sensed Information by Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Tetsuya J.、Sughiyama Yuki
  • 雑誌名: Entropy 巻: 21 号: 10 ページ: 1002-1002
  • DOI: 10.3390/e21101002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative analysis reveals reciprocal regulations underlying recovery dynamics of thymocytes and thymic environment in mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Kaneko Kazumasa B.、Tateishi Ryosuke、Miyao Takahisa、Takakura Yuki、Akiyama Nobuko、Yokota Ryo、Akiyama Taishin、Kobayashi Tetsuya J.
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 2 号: 1 ページ: 444-444
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0688-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 計算資源制限を伴う最適推定制御とその生体情報処理への応用：記憶の相転移 (2024)
  • 著者名/発表者名: 鳥取 岳広, 小林 徹也
  • 学会等名: 定量生物学の会 第十一回年会
• [学会発表] 細胞増殖を統合した分化軌道推定手法の開発と胸腺細胞のロバスト性解明への応用 (2024)
  • 著者名/発表者名: 木下 恭兵, 小林 徹也
  • 学会等名: 定量生物学の会 第十一回年会
• [学会発表] 一般化勾配流による多細胞システムのモデル化 (2024)
  • 著者名/発表者名: 堀口 修平, 小林 徹也
  • 学会等名: 定量生物学の会 第十一回年会
• [学会発表] 加藤雅己, 小林徹也 (2024)
  • 著者名/発表者名: 環境を通じて情報共有する細胞集団の強化学習的理解
  • 学会等名: 定量生物学の会 第十一回年会
• [学会発表] 歴史から紐解く化学反応論と化学熱力学 (2024)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也
  • 学会等名: 定量生物学の会 第十一回年会
• [学会発表] 細胞集団の勾配流によるモデリング (2024)
  • 著者名/発表者名: 堀口 修平, 小林 徹也
  • 学会等名: 第８回理論免疫学ワークショップ
• [学会発表] 環境を通じて情報共有する細胞集団の強化学習的理解 (2024)
  • 著者名/発表者名: 加藤雅己, 小林徹也
  • 学会等名: 第８回理論免疫学ワークショップ
• [学会発表] ストレス条件下における髄質胸腺上皮細胞の分化ダイナミクス変化の情報学的解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 木下 恭兵, 小林 徹也
  • 学会等名: 第８回理論免疫学ワークショップ
• [学会発表] epiNMF: a Novel Method to Uncover the Influence of Epigenome on Local Mutation Rates (2024)
  • 著者名/発表者名: Machiko Katori, Hiroyuki Yamasaki, Tetsuya Yamada-Saito, Tetsuya J. Kobayashi, Shoi Shi
  • 学会等名: Gordon Research Seminar, DNA Damage, Mutation and Cancer
  • 国際学会
• [学会発表] 分散型確率最適制御問題に対する記憶制限アプローチ (2023)
  • 著者名/発表者名: 鳥取 岳広, 小林 徹也
  • 学会等名: 第67回システム制御情報学会研究発表講演会
• [学会発表] Chemical thermodynamics for growing compartments (2023)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Kamimura, Yuki Sughiyama, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: Molecular Origins of Life
  • 国際学会
• [学会発表] Generalized gradient flow modeling of the cellular population dynamics and a T-cell immune response model (2023)
  • 著者名/発表者名: Shuhei A. Horiguchi, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: The 8th CIJK Conference on Mathematical and Theoretical Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Optimal Information Processing and Control in Living Systems with limited resources (2023)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: STATPHYS28 Satellite Meeting:Statistical Physics and Information-Processing in Living Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Cellular gradient flow structure connects single-cell-level rules and population-level dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: Shuhei A. Horiguchi, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: STATPHY, Satellite Meeting, Statistical Physics, Information-Processing in Living Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Information Geometry of Equilibrium and Nonequilibrium Chemical Reaction Networks (2023)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya J. Kobayashi, Dimitri Loutchko, Atsushi Kamimura, Yuki Sughiyama
  • 学会等名: 28th International Conference on Statistical Physics
  • 国際学会
• [学会発表] The fate of growing systems under themorynamic and stoichiometric constraints (2023)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Kamimura, Yuki Sughiyama, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 28th International Conference on Statistical Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Cellular gradient flow structure connects single-cell-level rules and population-level dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: Shuhei A. Horiguchi, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 28th International Conference on Statistical Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Limits of gradient sensing with a dynamically changing cell shape (2023)
  • 著者名/発表者名: Kento Nakamura, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 28th International Conference on Statistical Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Noise-induced receptor clustering as a functional role of noise for reducing errors in target ligand detection (2023)
  • 著者名/発表者名: Masashi K. Kajita, Kazuyuki Aihara, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 28th International Conference on Statistical Physics
  • 国際学会
• [学会発表] The Hessian Geometry of Thermodynamic Uncertainty Relations in Chemical Reaction Networks (2023)
  • 著者名/発表者名: Dimitri Loutchko, Atsushi Kamimura, Yuki Sughiyama, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 28th International Conference on Statistical Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Using and Creating Control Theory for Biological Problems (2023)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 10th International Congress on Industrial and Applied Mathematics
  • 国際学会
• [学会発表] Partially Observable Stochastic Control with Memory Limitation and Mean-Field Approach (2023)
  • 著者名/発表者名: Takehiro Tottori, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 10th International Congress on Industrial and Applied Mathematics
  • 国際学会
• [学会発表] Cellular gradient flow structure connects single-cell-level rules and population-level dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: Shuhei A. Horiguchi, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 10th International Congress on Industrial and Applied Mathematics
  • 国際学会
• [学会発表] Hessian geometric derivation of macroscopic thermodynamic uncertainty relations (TUR) (2023)
  • 著者名/発表者名: Dimitri Loutchko, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 10th International Congress on Industrial and Applied Mathematics
  • 国際学会
• [学会発表] Spectral Graph NNによる化学分子表現とその匂い認知予測への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: 2023年度数理生物学会年会
• [学会発表] 環境を通じて情報共有する細胞集団の強化学習的理解 (2023)
  • 著者名/発表者名: 加藤雅己, 小林徹也
  • 学会等名: 2023年度数理生物学会年会
• [学会発表] ジャンプ過程に対する線形可解な確率最適制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 堀口 修平, 小林 徹也
  • 学会等名: 2023年度数理生物学会年会
• [学会発表] 伸長方向を制御する細胞による勾配方向の推定限界 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村絢斗, 小林徹也
  • 学会等名: 2023年度数理生物学会年会
• [学会発表] 生物学的制約を考慮した最適推定制御問題における記憶の相転移 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鳥取 岳広, 小林 徹也
  • 学会等名: 日本物理学会2023年秋季大会
• [学会発表] 細胞を創るための平衡・非平衡化学熱力学 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也, 杉山友規, Dimitri Loutchko, 上村 淳
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会16.0
  • 招待講演
• [学会発表] 体積成長を考慮した自己複製系の化学熱力学 (2023)
  • 著者名/発表者名: 上村淳, 杉山友規, 小林徹也
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会16.0
• [学会発表] Chemical thermodynamics for growing protocells (2023)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Kamimura, Yuki Sughiyama, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: Origins of Life Donostia Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 小林 徹也 (2023)
  • 著者名/発表者名: 生体システムにおける化学情報処理過程の理解
  • 学会等名: CBI2023大会
  • 招待講演
• [学会発表] ハイパーグラフ上の非線形一般化勾配流とその情報幾何学構造 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也
  • 学会等名: 第26回情報論的学習理論ワークショップ
• [学会発表] 機械学習ベースの隠れ状態推定手法の比較と生物データへの応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 谷本 佑馬, 上村 淳, 小林 徹也
  • 学会等名: 第26回情報論的学習理論ワークショップ
• [学会発表] ゆらいだ生体時系列データから隠れた変動を見出す機械・深層学習手法 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Chemical thermodynamics for growing compartments with stoichiometric constraints (2023)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Kamimura, Yuki Sughiyama, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第61回年次大会
• [学会発表] グラフNNによる化学分子表現学習とその匂い認知予測への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也, 梦吉, 舟橋 啓
  • 学会等名: 日本生物物理学会第61回年次大会
• [学会発表] Optimality of Biological Information Processing (2023)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: Biomedical Mathematics Online Colloquium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 化学反応システムの熱力学とその応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: 定量生物学の会 第十回年会
• [学会発表] リソース制約部分観測最適制御理論：生体情報処理の理解にむけた自由エネルギー原理とは違うルート (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: 「あいまい脳」 班会議
  • 招待講演
• [学会発表] 観測と記憶が制限された確率最適制御問題の解法：確率空間上のポントリャーギンの最小原理と前向き後向きスイープ法 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鳥取岳広, 小林徹也
  • 学会等名: 計測自動制御学会第10回制御部門マルチシンポジウム
• [学会発表] Uncovering the Influence of Epigenetics on Local Mutation Rates through a Comprehensive Analysis of Epigenomic and Genomic Data (2023)
  • 著者名/発表者名: Machiko Katori, Tetsuya Yamada, Tetsuya J. Kobayashi, Shoi Shi
  • 学会等名: Probabilistic Modeling in Genomics 2023
  • 国際学会
• [学会発表] グラフニューラルネットワークによる分子表現と匂い認知の予測への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: 第7回理論免疫学ワークショップ
• [学会発表] 胸腺上皮細胞のシングルセル解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 木下 恭兵, 小林 徹也
  • 学会等名: 第7回理論免疫学ワークショップ
• [学会発表] 深層学習によるTCR-pMHC結合予測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 堅山 耀太郎, 小林 徹也
  • 学会等名: 第7回理論免疫学ワークショップ
• [学会発表] 細胞集団動態の勾配流によるモデリング (2023)
  • 著者名/発表者名: 堀口修平, 小林徹也
  • 学会等名: 第７回理論免疫学ワークショップ
• [学会発表] 細胞集団の勾配流と1細胞動態の法則 (2022)
  • 著者名/発表者名: 堀口修平, 小林徹也
  • 学会等名: 2022年度数理生物学会年会
• [学会発表] Hessian Geometric Structure of Equilibrium and Nonequilibrium Chemical Reaction Newtworks (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: 理研 iTEMSセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] グラフ・ハイパーグラフ上のダイナミクスの情報幾何学 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: JST数学関連3領域連携WS「情報科学と拓く新しい数理科学」
  • 招待講演
• [学会発表] 記憶が制限された部分観測確率制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鳥取岳広, 小林徹也
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] Optimal information processing and motor control of run-and-tumble chemotaxis under stochastic fluctuation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kento Nakamura, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 12th European Conference on Mathematical and Theoretical Biology (ECMTB)
  • 国際学会
• [学会発表] Gradient flow of the heterogeneous cellular population and a T-cell immune response model. (2022)
  • 著者名/発表者名: Shuhei A. Horiguchi, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 12th European Conference on Mathematical and Theoretical Biology (ECMTB)
  • 国際学会
• [学会発表] Chemical thermodynamics for growing systems (2022)
  • 著者名/発表者名: 杉山友規, 上村敦・LoutchkoDimitri, 小林徹也
  • 学会等名: RIMS共同研究集会「ランダム力学系・非自励力学系研究の展望：理論と応用」
• [学会発表] A general approach to chemical thermodynamics and constraints for growing systems (2022)
  • 著者名/発表者名: 杉山友規, 上村淳, Dimitri Loutchko, 小林徹也
  • 学会等名: 日本生物物理学会第60回年次大会
• [学会発表] Tetsuya J. Kobayashi (2022)
  • 著者名/発表者名: Chemical Thermodynamics of Growing Systems
  • 学会等名: ICTP-KIAS School on Statistical Physics for Life Sciences
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 記憶が制限された部分観測確率制御に対する平均場制御アプローチ (2022)
  • 著者名/発表者名: 鳥取岳広, 小林徹也
  • 学会等名: 第65回自動制御連合講演会
• [学会発表] 細胞集団動態と１細胞動態の一般化勾配流によるモデリング (2022)
  • 著者名/発表者名: 堀口修平, 小林徹也
  • 学会等名: ソフトバイオ研究会2022
• [学会発表] T細胞系の定量生物学：発生からレパトアまで (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: 第2回ASHBi 数理ヒト生物学研究会 (MathHuB研究会)
• [学会発表] Information Geometry of Equilibrium and Nonequilibrium Chemical Reaction Networks (2022)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: Workshop on Non-equilibrium Phenomena in Physics and Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Riemannian Geometry of Chemical Reaction Networks and its Applications to Optimal Driving and Sensitivity (2022)
  • 著者名/発表者名: Dimitri Loutchko, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: Workshop on Non-equilibrium Phenomena in Physics and Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Evolution of Thymic Involution Through the Lens of Learning Theory (2022)
  • 著者名/発表者名: 堀口修平, 小林徹也
  • 学会等名: 第51回日本免疫学会学術集会
• [学会発表] 単細胞はどこまでよくできているか？ 最適フィルター・最適制御理論に基づくバクテリア化学感知機構の最適性の検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: 統計物理と統計科学の連続セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 生体における化学情報処理機構の定量生物学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: 第4回センサ＆IoTセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 感知ノイズ下の run-and-tumble 型化学走性の最適な制御方式 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村絢斗 , 小林徹也
  • 学会等名: 2021年度日本数理生物学会年会
• [学会発表] Poisson 点過程と Ginibre 点過程上での連続パーコレーションと 確率論的感染症モデル (2021)
  • 著者名/発表者名: 香取 真知子, 香取 眞理, 小林 徹也
  • 学会等名: 2021年度日本数理生物学会年会
• [学会発表] 集団動態における生物学的コストとリーマン多様体上の勾配流:免疫系への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 堀口 修平, 小林 徹也
  • 学会等名: 2021年度日本数理生物学会年会
• [学会発表] 学習による進化の加速とFisherの基本定理の拡張 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島蒼, 小林徹也
  • 学会等名: 2021年度日本数理生物学会年会
• [学会発表] バクテリア化学走性機構の最適性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: 2021年日本バイオインフォマティクス学会年会・第十回生命医薬情報連合大会(IIBMP2021)
• [学会発表] Acceleration of evolutionary processes by learning and extended Fisher's fundamental theorem (2021)
  • 著者名/発表者名: So Nakashima, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: The 20th Congress of the International Union for Pure and Applied Biophysics (IUPAB)
  • 国際学会
• [学会発表] Biochemical implementation of optimal control for run-and-tumble chemotaxis (2021)
  • 著者名/発表者名: Kento Nakamura, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: The 20th Congress of the International Union for Pure and Applied Biophysics (IUPAB)
• [学会発表] 生命現象をとらえる理論的方法とその展開：情報から構造まで (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: 東京大学理学部物理学科・2021年度 後期 物理学教室コロキウム
  • 招待講演
• [学会発表] A gradient flow of the heterogeneous cellular population (2021)
  • 著者名/発表者名: Shuhei A. Horiguchi, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: International Conference on "Emergence of Cooperation and Organization in Groups of Animals and Non-living Objects" (ICMMA 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] 前向き後向きBellman方程式による分散型部分観測確率制御の効率化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鳥取 岳広, 小林 徹也
  • 学会等名: 第 64 回自動制御連合講演会
• [学会発表] 推定・制御の最適性に基づくバクテリア化学走性の理解 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村絢斗, 小林徹也
  • 学会等名: 第 64 回自動制御連合講演会
• [学会発表] Representation and inference of cell growth and division by neural-network-aided point processes (2021)
  • 著者名/発表者名: 上村 淳, 小林徹也
  • 学会等名: 日本生物物理学会第59回年次大会
• [学会発表] 機械学習によるシングルセル・ダイナミクスからの生物学的原理の解読 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: 日本生物物理学会第59回年次大会
• [学会発表] 機械学習による免疫レパトア分類 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林徹也
  • 学会等名: iB Seminar：名古屋大学ハイブリッドセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞集団の勾配流とT細胞分化モデル (2021)
  • 著者名/発表者名: 堀口 修平, 小林 徹也
  • 学会等名: 第６回理論免疫学ワークショップ
• [学会発表] T細胞レパトアデータによる免疫状態の分類手法について (2021)
  • 著者名/発表者名: 堅山 耀太郎, 小林 徹也
  • 学会等名: 第６回理論免疫学ワークショップ
• [学会発表] バクテリア走化性の情報物理学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也, 中村 絢斗
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 獲得免疫系の定量生物学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也
  • 学会等名: 2020年度 日本数理生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 最適確率制御システムと大腸菌化学走性過程の対応 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中村絢斗, 小林徹也
  • 学会等名: 2020年度 日本数理生物学会年会
• [学会発表] 免疫系における胸腺の強化学習の観点からの機能的意義 (2020)
  • 著者名/発表者名: 堀口 修平, 小林 徹也
  • 学会等名: 2020年度 日本数理生物学会年会
• [学会発表] 増殖系における個の学習がもつ役割の考察 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中島蒼, 小林徹也
  • 学会等名: 2020年度 日本数理生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 生物学における機械学習的アプローチの最先端 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Repertoire seqと機械学習 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也
  • 学会等名: 第５回理論免疫学ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 学習理論に基づく胸腺の機能的意義 (2020)
  • 著者名/発表者名: 堀口 修平, 小林 徹也
  • 学会等名: 第５回理論免疫学ワークショップ
• [学会発表] Lineage EM Algorithm for Inferring Latent States from Cellular Lineage Trees (2020)
  • 著者名/発表者名: So Nakashima, Yuki Sughiyama, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 2020 Society of Mathematical Biology Virtual Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Optimality of the sensory system of Escherichia coli (2020)
  • 著者名/発表者名: Kento Nakamura, Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: 2020 Society of Mathematical Biology Virtual Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Deciphering latent growth mode of cells from cellular lineage trees (2020)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: Establishing International Research Network of Mathematical Oncology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 年齢構造付き個体群動態における応答関係式 (2019)
  • 著者名/発表者名: 杉山友規
  • 学会等名: 2019年度 日本数理生物学会年会
• [学会発表] T細胞の分化時間を一定に保つ適応メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 金子和正, 小林徹也
  • 学会等名: 2019年度 日本数理生物学会年会
• [学会発表] バクテリアの走化性における濃度変化の推定ダイナミクス (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村絢斗, 小林徹也
  • 学会等名: 2019年度 日本数理生物学会年会
• [学会発表] 免疫細胞多様性の強化学習モデルの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀口 修平, 小林 徹也
  • 学会等名: 2019年度 日本数理生物学会年会
• [学会発表] 免疫T細胞の抗原識別における確率ノイズの構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 梶田 真司, 合原 一幸, 小林 徹也
  • 学会等名: 2019年度 日本数理生物学会年会
• [学会発表] 細胞ダイバーシティーへの数理的アプローチ (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会：組織・臓器の構築と制御の統合的理解を目指した細胞ダイバーシティー研究
  • 招待講演
• [学会発表] Fitness response relation of a multitype age-structured population dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: 杉山 友規, 中島 蒼, 小林 徹也
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 抗原識別における確率的ノイズの役割(A role of stochastic noise in ligand discrimination) (2019)
  • 著者名/発表者名: 梶田 真司, 合原 一幸, 小林 徹也
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 増殖系と隠れマルコフモデルの対応に基づく学習の考察(A Study on Learning in Growing Population on the Basis of Hidden Markov Model) (2019)
  • 著者名/発表者名: 中島 蒼, 小林 徹也
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 情報から捉える生命現象 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也
  • 学会等名: 定量生物学の会 北海道キャラバン 2019
• [学会発表] 増殖系の個の学習と先祖の行動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中島 蒼
  • 学会等名: 定量生物学の会 北海道キャラバン 2019
• [学会発表] 大腸菌の化学走性における濃度の時間変化推定の実現 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村 絢斗
  • 学会等名: 定量生物学の会 北海道キャラバン 2019
• [学会発表] 獲得免疫系の強化学習モデルの数理 (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀口 修平
  • 学会等名: 定量生物学の会 北海道キャラバン 2019
• [学会発表] 獲得免疫系の強化学習モデルとその数理構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀口 修平
  • 学会等名: 第４回理論免疫学ワークショップ
• [学会発表] Deciphering latent growth mode of cells from cellular lineage trees (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也
  • 学会等名: ワークショップ「数理腫瘍学の研究」
  • 招待講演
• [学会発表] Information processing in cellular systems and the fitness value of information (2019)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya J. Kobayashi
  • 学会等名: Computational Principles in Active Perception and Reinforcement Learning in the Brain
  • 招待講演
• [図書] 機械学習を生命科学に使う！ (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林 徹也、杉村 薫、舟橋 啓
  • 総ページ数: 240
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758103916
• [備考] 論文：平衡化学熱力学のもつヘッセ幾何学構造
  • URL: https://zenn.dev/crmind/articles/18c35f4c22279b
• [備考] 【記者発表】細胞の自己複製と成長に必要な物理条件はなにか？――成長する細胞系の熱力学理論の構築――
  • URL: https://www.iis.u-tokyo.ac.jp/ja/news/3972/
• [備考] 【記者発表】平衡・非平衡の化学反応システムを統一する新理論
  • URL: https://www.iis.u-tokyo.ac.jp/ja/news/3976/
• [備考] 論文：限られたリソースでどのように推定し、制御すべきか？
  • URL: https://zenn.dev/crmind/articles/b46610b161a57e
• [備考] データからばらつき成分を取り除き、隠れた細胞分裂の法則を推定する機械学習手法を開発
  • URL: https://www.iis.u-tokyo.ac.jp/ja/news/3597/
• [備考] 先祖の経験を学ぶと、進化は加速する：学習が進化に与える影響を考察する数理的枠組みを構築
  • URL: http://www.iis.u-tokyo.ac.jp/ja/news/3769/
• [備考] 生物はどこまで賢く匂いを探索するのか？～ノイズに負けない探索戦略を紐解く新理論を構築～
  • URL: https://www.iis.u-tokyo.ac.jp/ja/news/3783/
• [備考] 過去の感染経験から学習する免疫系の新しい理論を構築
  • URL: https://www.eurekalert.org/pub_releases_ml/2021-03/iois-6031021.php
• [備考] 生殖補助医療につながる革新的AI開発に成功 －不妊症の原因となる卵子の質の評価に応用可能－
  • URL: https://newscast.jp/news/5607226
• [備考] 不妊治療につながるAI開発に成功、発生過程の細胞核を世界最高精度で評価
  • URL: https://univ-journal.jp/59848/
• [備考] AI使い受精卵を解析、体外受精の妊娠率向上に期待
  • URL: https://www.asahi.com/articles/ASNC46DWXNC2ULBJ006.html?iref=pc_photo_gallery_bottom
• [備考] 東大、過去の感染経験から学習する免疫系の理論を構築
  • URL: https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP606312_Z00C21A3000000/
• [学会・シンポジウム開催] Information Physics in Living Systems (2024)