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HOTおよびCOLD最適化法による膵ランゲルハンス島の機能モデルに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 15500126
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 感性情報学・ソフトコンピューティング
研究機関立命館大学

研究代表者

宮野 尚哉  立命館大学, 理工学部, 教授 (10312480)

研究分担者 菅野 隆浩  弘前大学, 医学部, 助教授 (90195181)
研究期間 (年度) 2003 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2005年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2004年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2003年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード集団同期 / HOT / 膵β細胞 / カオス / スケールフリー性 / scale free / highly optimized tolerance / scale-free structure / 膵ランゲルハンス島 / COLD / リスク管理 / センサネットワーク / 同期 / β細胞 / 複雑系
研究概要

インスリン分泌効率が最適で、β細胞の死滅の影響が全体に及ぶリスクを回避できる膵ランゲルハンス島の構造と機能が、highly optimized tolerance (HOT)モデル、または、その一般化モデル(COLD)で再現されるか明らかにすることを目的として研究を行い、以下の成果を得た。
HOTモデルで構造最適化を行うためのプロトタイプとなるソフトウェアを作成した。伝染性病原菌源から拡散した病原菌を検知する仮想センサネットワークの最適構造を決定するというバイオテロ対策を単純化した問題を設定し、センサ群の最適配置位置を探索する数値実験を通してソフトウェアの有効性を実証した。HOTモデルのリスク評価関数に非線形係数を組み込み、COLDモデルによって最適化を実行するソフトウェアを開発した。
β細胞ネットワークを、Shermanモデルに従う細胞クラスターで表現した。細胞集団の動的挙動をカオス同期で数値的に再現し、生理学的データとの対応を、膜電位バーストパターンの順列エントロピーで評価した。膵島の特異構造を調べる準備段階として、細胞特性の統計分布がバーストパターンに及ぼす影響を調べた。細胞に流入・流出するイオン流の揺らぎを正規分布で近似して細胞クラスターに適用し、順列エントロピーで挙動の複雑さを評価した。生理学的データと比較した結果、平均値の10〜15%のイオン流分散を仮定した場合、生理学的データの複雑さが再現されることが分かった。α細胞またはδ細胞が膵島に含まれる状態がscale-free構造に対応すると仮定し、β細胞クラスターにscale-free構造の細胞欠損を生じさせた場合の膜電位スパイク列の変化を評価するプログラムを開発した。

報告書

(4件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2006 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (31件) 文献書誌 (4件)

  • [雑誌論文] 膵インスリン分泌細胞のカオス同期2006

    • 著者名/発表者名
      青山耕司, 二宮健輔, 宮野尚哉
    • 雑誌名

      第18回自律分散システム・シンポジウム資料

      ページ: 251-256

    • NAID

      10022566486

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Chaotic synchronization of insulin-secreting pancreatic β-cells2006

    • 著者名/発表者名
      K.Aoyama, K.Ninomiya, T.Miyano
    • 雑誌名

      Proceedings of the 18th SICE Symposium on Decentralized Autonomous Systems (in Japanese)

      ページ: 251-256

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 一般化されたHighly Optimized Toleranceモデルによるセンサネットワークの設計2005

    • 著者名/発表者名
      宮野尚哉, 山腰みゆき
    • 雑誌名

      電気学会論文誌C 125・1

      ページ: 93-98

    • NAID

      10014100393

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Sugar micro needles as transdermic drug delivery system2005

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, Y.Tobinaga, T.Kanno, Y.Matsuzaki, H.Takeda, M.Wakui, K.Hanada
    • 雑誌名

      Biomedical Microdevices 7・3

      ページ: 185-188

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Designing the Structure of Sensor Networks with the Highly Optimized Tolerance Model2005

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, T.Tsutsui
    • 雑誌名

      Proceedings of 2005 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications

      ページ: 114-117

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 経皮性薬剤配送システムとしてのマイクロ糖針2005

    • 著者名/発表者名
      宮野尚哉, 宮地哲也, 松崎康司, 中野創, 泉井亮, 花田勝美, 藤堂浩明, 杉林堅次, 飛永芳一
    • 雑誌名

      電気学会 バイオ・マイクロシステム研究会資料 No.BMS-05-1

      ページ: 1-4

    • NAID

      10025646490

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Designing sensor networks by a generalized highly optimized tolerance model2005

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, M.Yamakoshi
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems (in Japanese) Vol.125, No.1

      ページ: 93-98

    • NAID

      110003291379

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Sugar micro needles as transdermic drug delivery system2005

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, Y.Tobinaga, T.Kanno, Y.Matsuzaki, H.Takeda, M.Wakui, K.Hanada
    • 雑誌名

      Biomedical Microdevices Vol.7, No.3

      ページ: 185-188

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Micro needles as transdermic drug delivery system2005

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, T.Miyachi, Y.Matsuzaki, H.Nakano, M.Wakui, K.Hanada, H.Fujido, K.Sugibayashi, Y.Tobinaga
    • 雑誌名

      IEEJ Technical Reports (in Japanese) BMS-05-01

      ページ: 1-4

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Sugar micro needles as transdermic drug delivery system2005

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, Y.Tobinaga, T.Kanno, Y.Matsuzaki, H.Takeda, M.Wakui, K.Hanada
    • 雑誌名

      Biomedical Microdevices VOl.7・No.3

      ページ: 185-188

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Designing the Structure of Sensor Networks with the Highly Optimized Tolerance Model2005

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, T.Tsutsui
    • 雑誌名

      Proceedings of 2005 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2005)

      ページ: 114-117

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 一般化されたHighly Optimized Toleranceモデルによるセンサネットワークの設計2005

    • 著者名/発表者名
      宮野尚哉, 山腰みゆき, 東野定律, 筒井孝子
    • 雑誌名

      電気学会論文誌C 125巻・1号

      ページ: 93-98

    • NAID

      10014100393

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Highly Optimized Toleranceによるセンサ集団の最適配置構造の設計2004

    • 著者名/発表者名
      宮野尚哉, 山腰みゆき
    • 雑誌名

      電気学会論文誌C 124・6

      ページ: 1319-1324

    • NAID

      10013069911

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Designing Sensor Networks by the Highly Optimized Tolerance Model2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, M.Yamakoshi
    • 雑誌名

      Proceedings of CSIMTA' 04 International Conference (Complex Systems, Intelligence and Modern Technology Applications)

      ページ: 685-690

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Generalized highly optimized tolerance modelによるセンサネットワークの設計2004

    • 著者名/発表者名
      宮野尚哉
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告 No.NLP2003-147

      ページ: 17-21

    • NAID

      110003291379

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Highly Optimized Toleranceモデルによるセンサネットワーク構造の設計2004

    • 著者名/発表者名
      宮野尚哉
    • 雑誌名

      第14回インテリジェント・システム・シンポジウム講演論文集

      ページ: 281-285

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Designing Structures of Sensor Networks by the Highly Optimized Tolerance Model2004

    • 著者名/発表者名
      To Miyano, M. Yamakoshi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 21st Sensor Symposium on Sensors, Micromachines, and Applied Systems

      ページ: 257-260

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 体内において溶解する薬剤配送システムとしてのマイクロ糖針2004

    • 著者名/発表者名
      宮野尚哉, 飛永芳一, 菅野隆浩, 松崎康司, 小川吉司, 泉井亮, 花田勝美
    • 雑誌名

      Drug Delivery System 19・3

      ページ: 238-238

    • NAID

      10013148527

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Designing the optimal arrangement of sensors by the highly optimized tolerance model2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, M.Yamakoshi
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems (in Japanese) Vol.124, No.6

      ページ: 1319-1324

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Designing Sensor Networks by the Highly Optimized Tolerance Model2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, M.Yamakoshi
    • 雑誌名

      Proceedings of CSIMTA '04 International Conference (Complex Systems, Intelligence and Modern Technology Applications)

      ページ: 685-690

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Designing the structure of sensor networks by a generalized highly optimized tolerance model2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano
    • 雑誌名

      IEICE Technical Reports (in Japanese) No.NLP2003-147

      ページ: 17-21

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Designing sensor networks by the highly optimized tolerance model2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano
    • 雑誌名

      Proceedings of the 14th Symposium on Intelligent Systems (in Japanese)

      ページ: 281-285

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Designing Structures of Sensor Networks by the Highly Optimized Tolerance Model2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, M.Yamakoshi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 21st Sensor Symposium on Sensors, Micromachines, and Applied Systems

      ページ: 257-260

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Bio-degradable micro needles as drug delivery system2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, Y.Tobinaga, T.Kanno, Y.Matsuzaki, Y.Ogawa, M.Wakui, K.Hanada
    • 雑誌名

      Drug Delivery System (in Japanese) Vol.19, No.3

      ページ: 238-238

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Highly Optimized Toleranceによるセンサ集団の最適配置構造の設計2004

    • 著者名/発表者名
      宮野尚哉, 山腰みゆき
    • 雑誌名

      電気学会論文誌C 124巻・6号

      ページ: 1319-1324

    • NAID

      10013069911

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Designing Sensor Networks by the Highly Optimized Tolerance Model2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, M.Yamakoshi
    • 雑誌名

      Proceedings of CSIMTA'04 International Conference (Cherbourg, France)

      ページ: 685-690

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 体内において溶解する薬剤配送システムとしてのマイクロ糖針2004

    • 著者名/発表者名
      宮野直哉, 飛永芳一, 菅野隆浩, 松崎康司, 小川吉司, 泉井亮, 花田勝美
    • 雑誌名

      Drug Delivery System 10巻・3号

      ページ: 238-238

    • NAID

      10013148527

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 膵ランゲルハンス島β細胞集団のカオス同期2003

    • 著者名/発表者名
      宮野尚哉, 菅野隆浩, 徳田功, 泉井亮
    • 雑誌名

      平成15年 電気学会 電子・情報・システム部門大会講演論文集 No.OS2-1

      ページ: 285-289

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Highly Optimized Toleranceによる仮想センサー集団の配置構造の決定2003

    • 著者名/発表者名
      宮野尚哉, 山腰みゆき
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告 No.NLP2003-95

      ページ: 71-76

    • NAID

      110003291327

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Chaotic synchronization of β-cells in the pancreatic islet of Langerhans2003

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, T.Kanno, I.Tokuda, M.Wakui
    • 雑誌名

      Proceedings of 2003 Conference on Electronics, Information and Systems (in Japanese) No.OS2-1

      ページ: 285-289

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Optimization of the arrangement of sensors by the highly optimized tolerance model2003

    • 著者名/発表者名
      T.Miyano, M.Yamakoshi
    • 雑誌名

      IEICE Technical Reports (in Japanese) No.NLP2003-95

      ページ: 71-76

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 宮野尚哉, 山腰みゆき: "Highly Optimized Toleranceによるセンサ集団の最適配置構造の設計"電気学会論文誌C. (印刷中). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 宮野尚哉, 菅野隆浩, 徳田功, 泉井亮: "膵ランゲルハンス島β細胞集団のカオス同期"平成15年 電気学会 電子・情報・システム部門大会講演論文集. No.OS2-1. 285-289 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 宮野尚哉, 山腰みゆき: "Highly Optimized Toleranceによる仮想センサー集団の配置構造の決定"電子情報通信学会技術研究報告. No.NLP2003-95. 71-76 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 宮野尚哉: "Generalized highly optimized tolerance modelによるセンサネットワークの設計"電子情報通信学会技術研究報告. No.NLP2003-147. 17-21 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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