• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

第一原理モデルとデータ駆動型モデルの融合による遺伝子回路のロバスト動態予測

研究課題

研究課題/領域番号 18H01464
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分21040:制御およびシステム工学関連
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

堀 豊  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (10778591)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2019年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2018年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
キーワード制御工学 / 生体分子システム / マイクロ流体 / マイクロ流路 / 遺伝子回路
研究成果の概要

生体分子を材料とする人工的な分子反応システムのダイナミクスを,数理モデルを用いて解析・設計するための理論的な枠組み,およびそのモデル構築に必要なデータを効率的に取得する実験系を構築し,分子システム設計に応用することで有用性を示した.特に,物理法則から導かれる第一原理モデルを,実験データから学習される機械学習モデルで補完する方法を提案し,第一原理モデルだけでは捉えることが難しい複雑な反応環境場の影響を考慮した反応予測モデルを構築した.また,反応環境場がわずかずつ異なる系を大量に生成してモデルの同定に利用するためのマイクロ流体実験系を構築し,その有用性を検証した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

生体分子システムの持つ様々な不確かさに対してロバスト性の高いモデルベースの反応設計法を提案したことで,多分子・多機能の分子システムのモデルベース開発が容易になる.これにより,反応ネットワークの作用機序をボトムアップ的なアプローチで探求する学術研究や,分子システムの工学応用を目指す研究開発が加速すると期待される.
また,生体分子の反応ネットワークが持つ数理的な構造や不確かさを,制御工学や機械学習の理論と関連させてシステム論的に捉えるためのフレームワークを提案した点は,システム科学の発展においても学術的な意義がある.

報告書

(4件)
  • 2021 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Finite-Time Stability Analysis for Resource Limited Chemical Reactions2021

    • 著者名/発表者名
      Matsunaga Tomoki, Uemura Ryosuke, Hori Yutaka
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 5 号: 3 ページ: 815-820

    • DOI

      10.1109/lcsys.2020.3006052

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bounding Transient Moments of Stochastic Chemical Reactions2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Sakurai, Yutaka Hori
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 3 号: 2 ページ: 290-295

    • DOI

      10.1109/lcsys.2018.2869639

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysing diffusion and flow-driven instability using semidefinite programming2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Hori, Hiroki Miyazako
    • 雑誌名

      Journal of The Royal Society Interface

      巻: 16 号: 150 ページ: 20180586-20180586

    • DOI

      10.1098/rsif.2018.0586

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 非線形最適レギュレータ問題に対するモデルフリー二段階設計による過渡学習性能の改善2021

    • 著者名/発表者名
      増元 由佳, 大川 佳寛, 佐々木 智丈, 堀 豊
    • 学会等名
      計測自動制御学会第8回制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Robust Instability Radius for Multi-agent Dynamical Systems with Cyclic Structure2021

    • 著者名/発表者名
      Shinji Hara, Tetsuya Iwasaki, Yutaka Hori
    • 学会等名
      SICE International Symposium on Control Systems
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Robust Instability Analysis with Application to Neuronal Dynamics2020

    • 著者名/発表者名
      Shinji Hara, Tetsuya Iwasaki, Yutaka Hori
    • 学会等名
      IEEE Conference on Decision and Control
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 数理最適化による反応移流拡散システムのパターン形成解析2020

    • 著者名/発表者名
      堀 豊, 宮廻 裕樹
    • 学会等名
      第63回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 空間周波数サブシステム分解に基づく細胞間分子通信システムの外乱応答解析2020

    • 著者名/発表者名
      小塚 太資, 堀 豊
    • 学会等名
      第63回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 温度計を内包したドロップレットによる DNA 回路の温度特性計測2020

    • 著者名/発表者名
      古志 飛,堀 豊
    • 学会等名
      第4回分子ロボティクス年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] リソースに制約のある化学反応の有限時間安定性の解析法2020

    • 著者名/発表者名
      松永知樹,植村涼良,堀豊
    • 学会等名
      第7回制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 制御対象の事前情報を利用した出力フィードバック最適制御器の効率的な学習に向けて2020

    • 著者名/発表者名
      増元由佳,堀豊
    • 学会等名
      第7回制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 筋力学モデルの不確かさを定量化するためのパラメタ集合同定法2020

    • 著者名/発表者名
      森田梨紗子, 内山孝憲, 堀豊
    • 学会等名
      第7回制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Disturbance response analysis of cell-to-cell communication systems based on spatial frequency decomposition2019

    • 著者名/発表者名
      Taishi Kotsuka, Yutaka Hori
    • 学会等名
      IFAC Conference on Foundations of Systems Biology in Engineering
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Semidefinite programming for Turing instability analysis in molecular communication networks2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Hori, Hiroki Miyazako
    • 学会等名
      IEEE Conference on Decision and Control
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Temperature controlled droplet reactors for parallel tuning of DNA circuits2019

    • 著者名/発表者名
      Asuka Koshi, Yutaka Hori
    • 学会等名
      Winter q-bio
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 不確かさのある化学マスター方程式に対するWorst-case解析2019

    • 著者名/発表者名
      櫻井裕大, 堀豊
    • 学会等名
      計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 不確かな動的多項式システムに対する解集合の外部近似法2019

    • 著者名/発表者名
      植村涼良, 櫻井裕大, 堀豊
    • 学会等名
      計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] DNA回路の反応場温度を並列最適化するためのドロップレット型リアクタ2019

    • 著者名/発表者名
      古志飛, 堀豊
    • 学会等名
      第2回分子ロボティクス年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 分子通信により制御される細胞集団の外乱応答特性の解析2018

    • 著者名/発表者名
      小塚太資,堀豊
    • 学会等名
      分子ロボティクス定例研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A microfluidic actuator for dynamic control of chemical reactions2018

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Wakamei, Yutaka Hori
    • 学会等名
      SICE Annual Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi