細胞モデルに基づく臓器モデル記述系と並列実行系に関する研究

• 研究領域: 統合的多階層生体機能学領域の確立とその応用
• 研究課題/領域番号: 22136004
• 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: 立命館大学
• 研究代表者: 天野 晃 立命館大学, 生命科学部, 教授 (60252491)
• 研究分担者: 國枝 義敏 (国枝 義敏) 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (90153311) ; 嶋吉 隆夫 京都大学, 情報学研究科, 助教 (60373510)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 62,660千円 (直接経費: 48,200千円、間接経費: 14,460千円); 2014年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円); 2013年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円); 2012年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2011年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円); 2010年度: 21,710千円 (直接経費: 16,700千円、間接経費: 5,010千円)
• キーワード: 生体生命情報学 / 細胞モデル / モデル記述言語 / 心臓モデル / 自動並列化

研究成果の概要

本研究では、形式的に記述された細胞の機能モデルを元に、多数の細胞で構成される臓器モデルの記述を行い、さらに、複数の細胞で構成される臓器モデルについて、細胞ごとに時間スケールや空間スケールが異なる複雑な計算スキームを記述した計算方法記述ファイルを用いて大規模並列計算機でシミュレーションを行うシミュレーションプログラムを自動生成するシステムを実現した。

研究成果

• [雑誌論文] EAD and DAD mechanisms analyzed by developing a new human ventricular cell model (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Asakura, C. Cha, H. Yamaoka, Y. Horikawa, H. Memida, T. Powell, A. Amano, A. Noma
  • 雑誌名: Progress in Biophysics and Molecular Biology 巻: 116(1) 号: 1 ページ: 11-24
  • DOI: 10.1016/j.pbiomolbio.2014.08.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 圧反射モデルを導入した循環動態モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 天野晃
  • 雑誌名: 循環制御 巻: 35(2) ページ: 84-88
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 杆体・錐体視細胞光応答機構初期過程モデルによる視物質─トランスデューシン間シグナル増幅現象の再現 (2014)
  • 著者名/発表者名: 細木ゆかり，小池千恵子，竹田有加里，天野晃
  • 雑誌名: 生体医工学 巻: 52 号: 3 ページ: 145-155
  • DOI: 10.11239/jsmbe.52.145
  • NAID: 130004691215
  • ISSN: 1347-443X, 1881-4379
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 貫壁性不均一性が心エネルギー効率に与える影響に関する理論的解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長谷川雄基，三島充晴，嶋吉隆夫，天野晃，松田哲也
  • 雑誌名: 生体医工学 巻: 52 号: 3 ページ: 129-135
  • DOI: 10.11239/jsmbe.52.129
  • NAID: 130004691213
  • ISSN: 1347-443X, 1881-4379
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 局所酸素消費量分布解析のための心筋組織微小循環シミュレーションモデル (2013)
  • 著者名/発表者名: 嶋吉 隆夫，久保田 悠太，天野 晃，松田 哲也
  • 雑誌名: 生体医工学 巻: 51, 4 ページ: 248-253
  • NAID: 130004947583
  • 査読あり
• [雑誌論文] 医学・生理学的心臓モデル (2013)
  • 著者名/発表者名: 天野 晃
  • 雑誌名: 日本バーチャルリアリティ学会誌 巻: 18, 3 ページ: 20-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] 形式的に記述されたODE 解法スキームに基づくCellML シミュレーションコード生成システム (2012)
  • 著者名/発表者名: 山下義陽，副島直樹，川端真成，プンザランフロレンシオラスティ，嶋吉隆夫，桑原寛明，國枝義敏，天野晃
  • 雑誌名: 生体医工学 巻: Vol. 50, No. 1 ページ: 68-77
  • NAID: 130004494160
  • 査読あり
• [雑誌論文] A CellML Simulation Compiler and Code Generator Using ODE Solving Schemes (2012)
  • 著者名/発表者名: Florencio Rusty Punzalan, Yoshiharu Yamashita, Naoki Soejima, Masanari Kawabata, Takao Shimayoshi, Hiroaki Kuwabara, Yoshitoshi Kunieda, and Akira Amano
  • 雑誌名: Source Code for Biology and Medicine 巻: Vol. 7: No. 11 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1186/1751-0473-7-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational Analysis of Cardiovascular Hemodynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: Eun Bo Shim, Thomas Heldt, Akira Amano, and Kyehan Rhee
  • 雑誌名: Computational and Mathematical Methods in Medicine 巻: Vol. 2012, id 260396 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1155/2012/260396
  • 査読あり
• [雑誌論文] 形式的に記述されたPDE 解法スキームに基づく分布定数系生体機能モデルシミュレーションコード生成システム (2012)
  • 著者名/発表者名: プンザラン フロレンシオ ラスティ，山下義陽，川端真成，嶋吉隆夫，桑原寛明，國枝義敏，天野晃
  • 雑誌名: 生体医工学 巻: Vol. 50, No. 6 ページ: 666-674
  • NAID: 130004947554
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生命科学と医学薬学をつなぐ生体機能シミュレーションの現状と展望 (2012)
  • 著者名/発表者名: 天野 晃
  • 雑誌名: システム制御情報学会誌 巻: Vol. 56, No. 12 ページ: 604-609
  • 査読あり
• [雑誌論文] 心機能評価可能なヒト乳児循環動態シミュレーションモデル (2012)
  • 著者名/発表者名: 王裕ブン, 嶋吉隆夫, 天野晃, 松田哲也
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌 巻: J95-D,2 ページ: 331-338
  • NAID: 110009328429
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systems Analysis of GLP-1 Receptor Signaling in Pancreatic {beta}-cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeda Y, Amano A, Noma A, Nakamura Y, Fujimoto S, Inagaki N
  • 雑誌名: Am J Physiol Cell Physiol 巻: 301(4) 号: 4 ページ: C792-C803
  • DOI: 10.1152/ajpcell.00057.2011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-dependent changes in membrane excitability during glucose-induced bursting activity in pancreatic {beta} cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Cha CY, Santos E, Amano A, Shimayoshi T, Noma A
  • 雑誌名: J Gen Physiol 巻: 138(1) 号: 1 ページ: 39-47
  • DOI: 10.1085/jgp.201110612
  • 査読あり
• [雑誌論文] 細胞モデルの微分代数方程式に対する可解な計算条件の効率的設定手法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 嶋吉隆夫, 天野晃, 松田哲也
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌 巻: 52,8 ページ: 2412-2421
  • NAID: 110008591656
  • 査読あり
• [雑誌論文] Minor contribution of cytosolic Ca2+ transients to the pacemaker rhythm in guinea pig sinoatrial node cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: Himeno Y, Toyoda F, Satoh H, Amano A, Cha CY, Matsuura H, Noma A.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol 巻: 300(1)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oblique 3D MRI Tags for the Estimation of True 3D Cardiac Motion Parameters (2010)
  • 著者名/発表者名: Yu Shimizu, Akira Amano, Tetsuya Matsuda
  • 雑誌名: Int J Cardiovasc Imaging 巻: 26(8) ページ: 905-921
  • 査読あり
• [雑誌論文] 形式的に記述されたODE解法スキームに基づくCellMLシミュレーションコード生成システ
  • 著者名/発表者名: 山下義陽, 副島直樹, 川端真成,プンザランフロレンシオラスティ, 嶋吉隆夫, 桑原寛明, 國枝義敏, 天野晃
  • 雑誌名: 生体医工学 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [学会発表] Reproducing Retinal Rod Bipolar Cell Ligth Response by Mathematical Model Including Neurotransmitter Receptors (2015)
  • 著者名/発表者名: Shingo Nishiyama, Yukari Hosoki, Chieko Koike, Akira Amano
  • 学会等名: 日本生理学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] Required ATP/NAD concentration for the constant ATP production by glycolysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Manami Fuchigami, Akira Amano
  • 学会等名: 日本生理学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] Mathematical model of Ca2+ induced Ca2+ release in ventricular myocyte (2015)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Himeno, Keiichi Asakura, Cha Chae Young, Hiraku Memida, Trevor Powell, Akira Amano, Akinori Noma
  • 学会等名: 日本生理学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] Relation between the Hemodynamic Macroscopic and the Microscopic Parameters; Model Study (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Utaki, Hiroya Konishi, Kosuke Taniguchi,k Akira Amano
  • 学会等名: 日本生理学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] CellCompiler: Multiscale biological function model simulator which can use complex calculation schemes (2015)
  • 著者名/発表者名: Yohei Suzuki, Takeru Arita, Shigeru Komiyama, Punzalan Florencio Rusty, Takao Shimayoshi, Yoshitoshi Kunieda, Akira Amano
  • 学会等名: 日本生理学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] A ventricular cell model refined on Ca2+-induced Ca2+-release (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiraku Memida, Yukiko Himeno, Keiichi Asakura, Akira Amano, Akinori Noma
  • 学会等名: 日本生理学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] 分布定数系生体機能モデルの並列シミュレーションにおけるデータ分割改善手法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桑幸生, 前濱貴哉, プンザラン フロレンシオ ラスティ, 桑原寛明, 國枝義敏, 天野晃
  • 学会等名: 電子情報通信学会MBE研究会
  • 発表場所: 玉川大学(東京都)
  • 年月日: 2015-03-17
• [学会発表] 複雑な数値計算スキームに対応する漸化式からの計算プログラム多重ループ構造抽出アルゴリズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 小見山繁, 多々良泰基, プンザラン フロレンシオラスティ, 嶋吉隆夫, 國枝義敏, 天野晃
  • 学会等名: 電子情報通信学会MBE研究会
  • 発表場所: 玉川大学(東京都)
  • 年月日: 2015-03-17
• [学会発表] 形式的記述された組織・臓器モデルのための汎用シミュレーションシステム (2012)
  • 著者名/発表者名: 天野晃
  • 学会等名: 慶応大学 e-Cell ワークショップ
  • 発表場所: 慶應大学, 神奈川
  • 年月日: 2012-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] 形式的記述された組織・臓器モデルのための汎用シミュレーションシステム (2012)
  • 著者名/発表者名: 天野晃，嶋吉隆夫，國枝義敏
  • 学会等名: 心電情報処理ワークショップ
  • 発表場所: 後楽園, 静岡
  • 年月日: 2012-10-28
  • 招待講演
• [学会発表] 形式的に記述されたPDE解法スキームに基づく臓器モデルシミュレーションコード生成システム (2012)
  • 著者名/発表者名: プンザランフロレンシオラスティ，山下義陽，川端真成，嶋吉隆夫，桑原寛明，國枝義敏，天野晃
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学, 大阪
  • 年月日: 2012-09-07
• [学会発表] A Program Code Generator for Multiphysics Biological Simulation using Markup Languages (2012)
  • 著者名/発表者名: Akira Amano, Masanari Kawabata, Yoshiharu Yamashita, Florencio Rusty Punzalan, Takao Shimayoshi, Hiroaki Kuwabara, Yoshitoshi Kunieda
  • 学会等名: IEEE EMB Conference
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2012-09-01
• [学会発表] A Coupling Method for a Cardiovascular Simulation Model which includes the Kalman Filter (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hasegawa, Takao Shimayoshi, Akira Amano, Tetsuya Matsuda
  • 学会等名: IEEE EMB Conference
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2012-08-30
• [学会発表] 連成循環動態シミュレーションモデルにおける数値法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 長谷川雄基，嶋吉隆夫，天野晃，松田哲也
  • 学会等名: 第51回 生体医工学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場, 福岡
  • 年月日: 2012-05-12
• [学会発表] 多階層モデルとしての心臓拍動シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 天野 晃
  • 学会等名: 第51回 生体医工学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場, 福岡
  • 年月日: 2012-05-11
  • 招待講演
• [学会発表] Description Language of Calculation Scheme for Automatic Simulation Code Generation (2012)
  • 著者名/発表者名: Akira Amano
  • 学会等名: CellML Workshop
  • 発表場所: Auckland, New Zealand
  • 年月日: 2012-03-12
• [学会発表] A Program Code Generator for Multiphysics Biological Simulation using Markup Languages (2012)
  • 著者名/発表者名: Masanari Kawabata, Yoshiharu Yamashita, Florencio Rusty Punzalan, Yoshitoshi Kunieda, Akira Amano
  • 学会等名: International Workshop on Innovative Architecture for Future Generation High-Performance Processors and Systems 2012
  • 発表場所: Hawaii, US
  • 年月日: 2012-01-10
• [学会発表] A Parallel CellML Simulation Program Generator with a Nonlinear Simultaneous Equation Solver (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshiharu Yamashita, Yuichiro Hayashi, Naoki Soejima, Masanari Kawabata, Punzalan Florencio Rusty, Takao Shimayoshi, Hiroaki Kuwabara, Yoshitoshi Kunieda, Akira Amano
  • 学会等名: International Workshop on Innovative Architecture for Future Generation High-Performance Processors and Systems 2012
  • 発表場所: Hawaii, US
  • 年月日: 2012-01-10
• [学会発表] A System for Generating Program Code for Multiscale and Multiphysics Biological Simulation using Markup Languages (2011)
  • 著者名/発表者名: Florencio Rusty Punzalan, Masanari Kawabata, Akira Amano
  • 学会等名: The 4th Osaka University Global COE International Symposium on Physiome and Systems Biology for Integrated Life Sciences and Predective Medicine
  • 発表場所: Osaka,千里阪急ホテル
  • 年月日: 2011-11-21
• [学会発表] A CellML Simulation Program Generator using ODE Solving Scheme Description (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshiharu Yamashita, Naoki Soejima, Masanari Kawabata, Punzalan Florencio Rusty, Takao Shimayoshi, Hiroaki Kuwabara, Yoshitoshi Kunieda, Akira Amano
  • 学会等名: The 4th Osaka University Global COE International Symposium on Physiome and Systems Biology for Integrated Life Sciences and Predective Medicine
  • 発表場所: Osaka,千里阪急ホテル
  • 年月日: 2011-11-21
• [学会発表] A General CellML Simulation Code Generator using ODE Solving Scheme Description (2011)
  • 著者名/発表者名: Akira AMANO, Naoki SOEJIMA, Takao SHIMAYOSHI, Hiroaki KUWABARA, Yoshitoshi KUNIEDA
  • 学会等名: Proc.IEEE EMB Conference 2011
  • 発表場所: Boston, US
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] A Study on Prediction Methods for a Cardiovascular Strong-Coupling Simulation (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hasegawa, Takao Shimayoshi, Akira Amano, Tetsuya Matsuda
  • 学会等名: Proc.IEEE EMB Conference 2011
  • 発表場所: Boston, US
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] A method for semantic definition of experimental protocols (2010)
  • 著者名/発表者名: Takao Shimayoshi, Akira Amano, Tetsuya Matsuda
  • 学会等名: 11th International Conference on Systems Biology
  • 発表場所: イギリス エジンバラ
  • 年月日: 2010-10-11
• [学会発表] A Study on the Relationship between Electrical Transmural Heterogeneity and Ventricular Energetics
  • 著者名/発表者名: Yuki Hasegawa, Mitsuharu MISHIMA, Takao Shimayoshi, Akira Amano, Tetsuya Matsuda
  • 学会等名: IEEE EMB Conference
  • 発表場所: 大阪国際会議場，大阪府
• [学会発表] Code Generator for Distributed Parameter Biological Model Simulation with PDE Numerical Schemes
  • 著者名/発表者名: Florencio Rusty Punzalan, Yoshiharu Yamashita, Masanari Kawabata, Takao Shimayoshi, Hiroaki Kuwabara, Yoshitoshi Kunieda, Akira Amano
  • 学会等名: IEEE EMB Conference
  • 発表場所: 大阪国際会議場，大阪府
• [学会発表] Computational Model of Cardiovascular Dynamics for Assessment of Cardiac Energetic Efficiency
  • 著者名/発表者名: Takao Shimayoshi, Yukiko Himeno, Akira Amano, Tetsuya Matsuda, Akinori Noma
  • 学会等名: IUPS 2013
  • 発表場所: Bermingham, UK
• [学会発表] Reproduction of Transducin Timecourse of Rod and Cone Cells under various Light Intensities
  • 著者名/発表者名: Yukari Hosoki, Chieko Koike, Yukari Takeda, Akira Amano
  • 学会等名: IUPS 2013
  • 発表場所: Bermingham, UK
• [学会発表] 強光下の光応答再現可能な杆体・錐体視細胞光電位変換機構モデルの提案
  • 著者名/発表者名: 細木ゆかり，小池千恵子，竹田有加里，天野晃
  • 学会等名: 視覚科学フォーラム
  • 発表場所: 立命館大学，滋賀県
• [学会発表] 貫壁性不均一性が心エネルギー効率に与える影響に関する理論的解析
  • 著者名/発表者名: 長谷川雄基, 三島充晴, 嶋吉隆夫, 天野晃, 松田哲也
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム2013
  • 発表場所: 九州大学，福岡県
• [学会発表] 漸化式形式で記述されたODE解法に基づく生体機能シミュレーションプログラム生成システム
  • 著者名/発表者名: 川端真成，鷲尾直大，荒川真帆，プンザランフロレンシオラスティ，嶋吉隆夫，桑原寛明，國枝義敏，天野晃
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム2013
  • 発表場所: 九州大学，福岡県
• [学会発表] 心筋細胞モデルを用いた薬物作用推定システムにおけるイオンチャネル特性を考慮した評価関数の改良
  • 著者名/発表者名: 高木千歳，朝倉圭一，天野晃
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム2013
  • 発表場所: 九州大学，福岡県
• [学会発表] 杆体・錐体視細胞光電位変換機構モデルによる視物質-トランスデューシンシグナル増幅現象の再現
  • 著者名/発表者名: 細木ゆかり, 小池千恵子, 竹田有加里, 天野晃
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム2013
  • 発表場所: 九州大学，福岡県
• [学会発表] 心筋細胞モデルによるシミュレーションを基盤とした心臓生理学教育
  • 著者名/発表者名: 野間 昭典，天野 晃
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島大学，鹿児島県
• [学会発表] 網膜杆体視細胞光電位変換機構モデルによる外節電流の再現
  • 著者名/発表者名: 細木 ゆかり, 小池 千恵子, 竹田 有加里, 天野 晃
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島大学，鹿児島県
• [学会発表] 毛細血管、組織、毛細リンパ管における体液交流のシミュレーション
  • 著者名/発表者名: 姫野 友紀子, 天野 晃, 野間 昭典
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島大学，鹿児島県
• [学会発表] 線形近似心筋収縮モデルの収縮末期張力細胞長関係の数学的解析
  • 著者名/発表者名: 中井 翔太, 天野 晃
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島大学，鹿児島県
• [備考] CellCompiler Web Page
  • URL: http://www.cellcompiler.org/
• [備考] TecML Web Page
  • URL: http://www.tecml.org/
• [備考] TecML webpage
  • URL: http://www.tecml.org/
• [備考] CellCompiler webpage
  • URL: http://www.cellcompiler.org/
• [備考] TecML ウェブページ
• [備考] コード生成システム公開ページ
  • URL: http://cellmlcompiler.sourceforge.net/
• [備考]
  • URL: http://cellmlcompiler.sourceforge.net/