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一般化位相縮約理論が拓く生体リズム現象の予測と制御に向けた新展開

研究課題

研究課題/領域番号 16K16125
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 ソフトコンピューティング
研究機関滋賀大学 (2018)
青森大学 (2016-2017)

研究代表者

紅林 亘  滋賀大学, データサイエンス教育研究センター, 助教 (70761211)

研究協力者 白坂 将  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード非線形力学系 / リミットサイクル振動子 / 同期現象 / システム同定 / 最適制御 / 位相縮約 / 非線形ダイナミクス / 非線形振動 / 力学系 / 振動子 / リミットサイクル / 数理モデル / データ分析 / 神経細胞 / リズム現象 / 生体リズム / ベイズ推定 / ソフトコンピューティング / 数理工学 / 生体生命情報学 / 情報基礎 / 機械力学・制御
研究成果の概要

本研究計画は、一般化位相縮約理論をその理論面において深化するとともに、その応用研究を加速することを意図して計画された。一般化位相縮約理論は、リミットサイクル振動子を一次元に縮約する従来の位相縮約理論を拡張したもので、大きく変動する外力の下でも適用でき、その応用可能性を広げる手法である。この新理論に基づき、本計画ではまず、強く相互作用するリミットサイクル振動子を縮約し、位相方程式を導くことを可能にする理論を確立した。また、この手法をさまざまな実システムへ応用できるように、システムへの入出力データからその同定を行う、つまり、システムの応答特性を表す感受関数と呼ばれる関数を推定する手法を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本計画において確立した強く結合した系における位相縮約理論は、これまで理論的な解析が難しかった多くの系においてこれを可能にし、同期特性やそのパラメータとの関連がより容易に包括的に解析できるようになると期待される。こうした系は、例えば同期を必要とする電気電子回路の設計などに直ちに応用することができると考えられる。また、本計画では、システムへの入出力データからシステム同定を行う手法の開発も行った。この手法は、リズムを持つ未知のシステムについて、簡便なシステム同定を可能にし、それによって対象を最適制御するなどの応用が可能になると期待される。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Hybrid dynamics in a paired rhythmic synchronization-continuation task2019

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Okano, Wataru Kurebayashi, Masahiro Shinya, and Kazutoshi Kudo
    • 雑誌名

      Physica A

      巻: 524 ページ: 625-638

    • DOI

      10.1016/j.physa.2019.04.102

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimal Model Selection for Estimating Stochastic Koopman Modes2017

    • 著者名/発表者名
      W. Kurebayashi, S. Shirasaka, and H. Nakao
    • 雑誌名

      Proceedings of 2017 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications

      巻: 1 ページ: 342-342

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase Reduction Theory for Strongly Coupled Limit-Cycle Oscillators2017

    • 著者名/発表者名
      W. Kurebayashi, S. Shirasaka, and H. Nakao
    • 雑誌名

      Proceedings of 2017 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications

      巻: 1 ページ: 12-12

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase-amplitude reduction of transient dynamics far from attractors for limit-cycling systems2017

    • 著者名/発表者名
      Sho Shirasaka, Wataru Kurebayashi and Hiroya Nakao
    • 雑誌名

      Chaos

      巻: 27 ページ: 023119-023119

    • NAID

      120006582585

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Phase reduction theory for hybrid nonlinear oscillators2017

    • 著者名/発表者名
      Sho Shirasaka, Wataru Kurebayashi and Hiroya Nakao
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 95 ページ: 012212-012212

    • NAID

      120006582575

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Phase-amplitude reduction of transient dynamics far from attractors for limit-cycling systems2017

    • 著者名/発表者名
      Sho Shirasaka, Wataru Kurebayashi, and Hiroya Nakao
    • 雑誌名

      Chaos

      巻: 27 号: 2 ページ: 023119-023119

    • DOI

      10.1063/1.4977195

    • NAID

      120006582585

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Phase reduction theory for hybrid nonlinear oscillators2017

    • 著者名/発表者名
      Sho Shirasaka, Wataru Kurebayashi, and Hiroya Nakao
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 95 号: 1 ページ: 012212-012212

    • DOI

      10.1103/physreve.95.012212

    • NAID

      120006582575

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ヒトのリズム協調におけるテンポ加速現象の数理解析2019

    • 著者名/発表者名
      紅林亘, 岡野真裕, 進矢正宏, 工藤和俊
    • 学会等名
      日本物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Noise-Induced Frequency Increase in Synchronization of Human Musical Rhythms2019

    • 著者名/発表者名
      Wataru Kurebayashi, Masahiro Okano, Masahiro Shinya, and Kazutoshi Kudo
    • 学会等名
      Dynamics Days U.S.
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 強く結合した振動子系の位相縮約2018

    • 著者名/発表者名
      紅林亘, 白坂将, 中尾裕也
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Noise-Induced Frequency Increase in Synchronization of Human Musical Rhythms2018

    • 著者名/発表者名
      Wataru Kurebayashi, Masahiro Okano, Masahiro Shinya, and Kazutoshi Kudo
    • 学会等名
      Dynamics Days Europe
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 一般化位相縮約法による強く結合した振動子系の同期解析2017

    • 著者名/発表者名
      紅林亘
    • 学会等名
      非線形問題研究会
    • 発表場所
      ねぶたの家 ワ・ラッセ
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Optimal Parameter Selection for Kernel Dynamic Mode Decomposition2016

    • 著者名/発表者名
      Wataru Kurebayashi
    • 学会等名
      2016 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 発表場所
      ニューウェルシティ湯河原
    • 年月日
      2016-11-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Koopman Operator Approach to Vital Sign Detection2016

    • 著者名/発表者名
      Yui Kawamura
    • 学会等名
      2016 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 発表場所
      ニューウェルシティ湯河原
    • 年月日
      2016-11-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 一般化位相モデルに基づいた自励振動子のシステム同定2016

    • 著者名/発表者名
      佐藤孝之
    • 学会等名
      非線形問題研究会
    • 発表場所
      日立製作所中央研究所
    • 年月日
      2016-10-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] カーネル化された動的モード分解法のための最適なパラメータ決定法2016

    • 著者名/発表者名
      紅林亘
    • 学会等名
      非線形問題研究会
    • 発表場所
      機械振興会館
    • 年月日
      2016-06-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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