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物質循環を考慮した数理モデルの作成による生命システムの自己組織化原理の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K05361
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 数学基礎・応用数学
研究機関富山大学

研究代表者

上田 肇一  富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (00378960)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード真正粘菌変形体 / 自己組織化現象 / 自律分散システム / 数理モデル / 物質循環 / 自己組織化
研究成果の概要

(1) 真正粘菌において観察される管形成過程,移動運動,収縮弛緩による物質流動の効果を融合させた数理モデルを作成し現象を定性的に再現した。また,管形成に対するアルゴリズムを提案し,生物実験グループとの共同研究によりその妥当性を検証した。(2) パラメーターの自動調整アルゴリズムを提案し,振動子群同士の結合系に適用させることにより,振動子群の同期現象が自己組織的に現れることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

真正粘菌のモデル作成により,細胞移動運動と管形成過程のタイムスケールの重要性が示された。この結果により,真正粘菌の形態形成における新たな数理的知見を得ることができた。パラメーターの自動調整アルゴリズムは,システム内部のみの変数で記述されていることから,未知の環境変化に対しても自発的に歩行を維持するロボットへの応用など,工学的応用が期待される。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 2件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Mathematical mechanism of state-dependent phase resetting properties of alpha rhythm in the human brain2020

    • 著者名/発表者名
      Kei-Ichi Ueda, Yasumasa Nishiura, Keiichi Kitajo
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: - ページ: 1-13

    • DOI

      10.1016/j.neures.2020.03.007

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Model framework for emergence of synchronized oscillations2019

    • 著者名/発表者名
      Kei-Ichi Ueda
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 100 号: 3

    • DOI

      10.1103/physreve.100.032218

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Neural network model for path-finding problems with the self-recovery property2019

    • 著者名/発表者名
      Ueda Kei-Ichi, Kitajo Keiichi, Yamaguchi Yoko, Nishiura Yasumasa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 99 号: 3 ページ: 032207-032207

    • DOI

      10.1103/physreve.99.032207

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A mathematical model for adaptive vein formation during exploratory migration of Physarum polycephalum: routing while scouting2017

    • 著者名/発表者名
      Schenz, D., Shima, Y., Kuroda, S., Nakagaki, T. and Ueda, K. I.
    • 雑誌名

      Journal of Physics D

      巻: 50 号: 43 ページ: 434001-434001

    • DOI

      10.1088/1361-6463/aa88e9

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Behavioural differentiation induced by environmental variation when crossing a toxic zone in an amoeba2017

    • 著者名/発表者名
      Ueda, K. I. Itsuki Kunita, Kei-Ichi Ueda, Dai Akita, Shigeru Kuroda and Toshiyuki Nakagaki
    • 雑誌名

      Journal of Physics D

      巻: 50 号: 35 ページ: 354002-354002

    • DOI

      10.1088/1361-6463/aa7a8e

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 経路探索モデルを活用したロボットアーム制御への試み2021

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一
    • 学会等名
      日本数学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 集団振動子群同士の同期振動創発2020

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一
    • 学会等名
      反応拡散系と実験の融合3
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 自己修復機能を有する自律分散システムに対する数理的研究2019

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 連発刺激印加による振動抑制法に対する分岐点近傍解析2019

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一,池田 昭夫,松橋 眞生
    • 学会等名
      生理研研究会「力学系の視点からの脳・神経回路の理解」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 振動テールをもつスポット解の動的結晶パターンについて2019

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一,渡辺 毅,西浦 廉政
    • 学会等名
      札幌非線形現象研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 連発刺激印加による振動抑制法に対する数理解析2019

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一,池田 昭夫,松橋 眞生
    • 学会等名
      RIMS共同研究(公開型)てんかんの数学的研究
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A network model for spatial control of arm movements2018

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Ueda
    • 学会等名
      A3 Foresight Program The 5th Joint Workshop, Mathematics of Biology, Fluid Dynamics and Material Sciences
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 自発的なパラメータ調整による振動子の同期現象2018

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一
    • 学会等名
      RIMS共同研究(グループ型) 「統計的モデリングと予測理論のための統合的数理研究の展開」
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 自発的なパラメータ調整による振動子の同期現象2018

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一
    • 学会等名
      第7回岐阜数理科学研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 自発的なパラメータ制御による集団振動子の同期現象2018

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一
    • 学会等名
      日本数学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] パラメータの自動調整機能を有する分散システムの設計法2018

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一
    • 学会等名
      北陸応用数理研究会2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 真正粘菌変形体における管配置と先端形状の関係2017

    • 著者名/発表者名
      上田 肇一,Daniel Schenz, 嶋 恭晨,黒田 茂,中垣 俊之
    • 学会等名
      第1回松江数理生物学・現象数理学ワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Amoeboid Locomotion in Heterogenous Media2017

    • 著者名/発表者名
      Kei-Ichi Ueda, Itsuki Kunita, Dai Akita, Shigeru Kuroda and Toshiyuki Nakagaki
    • 学会等名
      SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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