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異方性をもつ界面ネットワーク運動の理論と応用

研究課題

研究課題/領域番号 18F18016
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 数学基礎・応用数学
研究機関京都大学

研究代表者

SVADLENKA KAREL  京都大学, 理学研究科, 准教授 (60572188)

研究分担者 MOHAMMAD RHUDAINA  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2018-07-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2018年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードinterface dynamics / interfacial network / MBO scheme / level set method / volume preservation / cellular patterns / interface network / anisotropic energy
研究実績の概要

Considering the gradient flow of anisotropic surface energy constrained by volume preservation, we developed a level set-based method for realizing anisotropic motion of an interface network. First, we considered a variational approach to a vector-type Merriman-Bence-Osher (MBO) thresholding scheme with penalization technique, which realized volume-preserving crystalline motion with a smoothing technique but required an ad hoc scheme to satisfy the correct junction angles. Motivated by cellular pattern formations in sensory epithelium, we considered anisotropic motions driven by cell-cell adhesion. Due to the complexity of tricellular junctions, we then developed an MBO-type convolution scheme with localized auction dynamics which realizes correct cell contact angles and features good compatibility with level set representation and a solid mathematical background including stability and convergence. Here, cell-cell junctions are implicitly represented using level sets and succeeding dynamics are numerically determined by thresholding. We addressed several aspects pertinent to cell biology, e.g., our localization step prevents cells from unnatural splitting during rearrangement. Our method successfully reproduced development of cellular patterns in sensory systems, including cell sorting, total engulfment, and cell internalization. These simulations were implemented using C programming language and Matlab software. Results have been submitted for publication, as well as, presented and well received in local and overseas conferences.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 学会発表 (14件) (うち国際学会 13件、 招待講演 10件)

  • [学会発表] Modeling Cellular Dynamics in TissueMorphogenesis: A Level Set-based Approach2020

    • 著者名/発表者名
      Rhudaina MOHAMMAD
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Mathematical Biology, Philippines
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On Mosaic Cellular Patterns of Sensory Epithelial Tissues: An Interface Evolution Problem2019

    • 著者名/発表者名
      Rhudaina MOHAMMAD
    • 学会等名
      CAS Current Problems in Numerical Analysis, Prague, Czech Republic
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] On Preserving Enclosed Volumes of Evolving Interfaces with Cell Motion Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Rhudaina MOHAMMAD
    • 学会等名
      CARMA Geometric Evolution Problems and Related Topics, Newcastle, Australia
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Simulation of Cellular Patterning in Sensory Epithelia2019

    • 著者名/発表者名
      Rhudaina MOHAMMAD
    • 学会等名
      Kyoto Winter School “Quantifying Dynamics of Life”
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Modeling cell-to-cell adhesion dynamics in multicellular organisms2019

    • 著者名/発表者名
      Rhudaina MOHAMMAD
    • 学会等名
      A3 Workshop on Soft Matter 2019, 東北大学
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Surface energy-driven interface dynamics with junctions and volume constraints2019

    • 著者名/発表者名
      Rhudaina MOHAMMAD
    • 学会等名
      界面現象の数理・モデリング研究合宿,軽井沢
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] On Preserving Enclosed Volumes of Evolving Interfaces with Cell Motion Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Rhudaina Mohammad
    • 学会等名
      CARMA Workshop on Geometric Evolution Problems and Related Topics, Newcastle, Australia
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mosaic Cellular Patterns of Sensory Epithelial Tissues: An Interface Evolution Problem2019

    • 著者名/発表者名
      Rhudaina Mohammad
    • 学会等名
      Seminar on Current Problems in Numerical Analysis, Czech Academy of Sciences, Prague
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Numerical Simulation of Cellular Patterning in Sensory Epithelia2019

    • 著者名/発表者名
      Rhudaina Mohammad
    • 学会等名
      Kyoto Winter School on “Quantifying Dynamics of Life”, Kyoto University, Japan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mathematics of Cellular Pattern Formation in Sensory Epithelia2019

    • 著者名/発表者名
      Karel Svadlenka
    • 学会等名
      Kyoto Winter School 2019 "Quantifying Dynamics of Life", Kyoto University, Japan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Numerical approach to filament dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      Karel Svadlenka
    • 学会等名
      Czech‐Japanese Seminar in Applied Mathematics 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] On some extensions of thresholding schemes2018

    • 著者名/発表者名
      Karel Svadlenka
    • 学会等名
      The 12th AIMS Conference on Dynamical Systems, Differential Equations and Applications, Taipei, Taiwan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Numerical approach to hyperbolic motions of co-dimension 22018

    • 著者名/発表者名
      Karel Svadlenka
    • 学会等名
      The Seventh China-Japan-Korea Joint Conference on Numerical Mathematics,, Kanazawa, Japan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Numerical simulation of sensory tissue formation2018

    • 著者名/発表者名
      Karel Svadlenka
    • 学会等名
      A3 Soft matter workshop, Peking, China
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-07-26   更新日: 2024-03-26  

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