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振動子ネットワークによるSCNニューロンのモデル化とその概日リズムへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 20560352
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 通信・ネットワーク工学
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

徳田 功  北陸先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 准教授 (00261389)

研究分担者 福田 弘和  大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 助教 (90405358)
池口 徹  埼玉大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (30222863)
郡 宏  お茶の水女子大学, 人間創成科学研究科, 助教 (80435974)
連携研究者 池口 徹  埼玉大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (30222863)
郡 宏  お茶の水女子大学, お茶大アカデミックプロダクション, 特任助教 (80435974)
研究期間 (年度) 2008 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2010年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2009年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2008年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード概日リズム / 結合振動子 / 時系列解析 / SCNニューロン / サーカディアンリズム / 位相方程式 / 位相応答曲線 / 時計遺伝子 / 集団フィードバック制御 / 複雑ネットワーク / 同期
研究概要

視交叉上核(SCN)におけるニューロン群のネットワークモデルを生理実験に基づいて忠実に構築し,数値解析を行うことにより,哺乳類のサーカディアンリズムの動的メカニズムの理解を目指した。ラットSCNスライス計測データからニューロン間の結合構造を推定し,ネットワークモデルを構築して解析を行ったところ,スライスデータで観測される位相波を再現することが出来た。ニューロン間に位相差を生じる位相波は時差ボケ機構などにおいて重要な役割を果たしていると考えられる。また,概日リズム制御を目標に,電気化学振動子の結合系に対して遅延フィードバックを適用し,クラスター状態の制御が可能であることを確認した。さらには,植物遺伝子発現データの位相応答特性の計測結果に基づいて,特異点摂動から同期状態の制御を試みた。

報告書

(4件)
  • 2010 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2011 2010 2009 2008 その他

すべて 雑誌論文 (24件) (うち査読あり 23件) 学会発表 (11件) 図書 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Biomechanical modeling of register transitions and the role of vocal tract resonators2010

    • 著者名/発表者名
      T.Tokuda, M.Zemke, M.Kob, H.Herzel
    • 雑誌名

      Journal of the Acoustical Society of America Vol.127

      ページ: 1528-1536

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Predicting the synchronization of a network of electronic repressilators2010

    • 著者名/発表者名
      I.Tokuda, A.Wagemakers, M.A.F.Sanjuan
    • 雑誌名

      International Journal of Bifurcation and Chaos Vol.20

      ページ: 1751-1760

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of chaotic resonance in cerebellar learning2010

    • 著者名/発表者名
      T.Tokuda, C.Han, K.Aihara, M.Kawato, N.Schweighofer
    • 雑誌名

      Neural Networks Vol.23

      ページ: 836-842

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 立体内視鏡とハイスピードカメラによる声門面積関数の計測2010

    • 著者名/発表者名
      今川博, 榊原健一, 徳田功, 大塚満美子, 田山二朗
    • 雑誌名

      音声研究 Vol.14, No.2

      ページ: 37-44

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Predicting the Synchronization of a Network of Electronic Repressilators2010

    • 著者名/発表者名
      I.T.Tokuda, A.Wagemakers, M.A.F.Sanjuan
    • 雑誌名

      International Journal of Bifurcation and Chaos

      巻: 20 ページ: 1751-1760

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of Chaotic Resonance in Cerebellar Learning2010

    • 著者名/発表者名
      I.T.Tokuda, C.Han, K.Aihara, M.Kawato, N.Schweighofer
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 23 ページ: 836-842

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 立体内視鏡とハイスピードカメラによる声門面積関数の計測2010

    • 著者名/発表者名
      今川博, 榊原健一, 徳田功, 大塚満美子, 田山二朗
    • 雑誌名

      音声研究

      巻: 14 ページ: 37-44

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biomechanical modeling of register transitions and the role of vocal tract resonators2010

    • 著者名/発表者名
      I.T.Tokuda, M.Zemke, M.Kob, H.Herzel
    • 雑誌名

      Journal of the Acoustical Society of America 127

      ページ: 1528-1536

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] STDP学習により形成されるニューラルネットワークの複雑構造解析2009

    • 著者名/発表者名
      加藤秀行, 池口徹
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌A J92

      ページ: 94-104

    • NAID

      110007384718

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書 2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design principle of multi-cluster and desynchronized states in oscillatory media via nonlinear global feedback2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Kobayashi, H.Kori
    • 雑誌名

      New Journal Physics 11

      ページ: 33018-33018

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Singular behavior of slow dynamics of single excitable cells2009

    • 著者名/発表者名
      T.Harada, T.Yokogawa, T.Miyaguchi, H.Kori
    • 雑誌名

      Biophysics Journal 96

      ページ: 255-267

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design principle of multi-cluster and desynchronized states in oscillatory media via nonlinear global feedback2009

    • 著者名/発表者名
      Y. Kobayashi, H. Kori
    • 雑誌名

      New Journal Physics 11

      ページ: 33018-33018

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Singular behavior of slow dynamics of single excitable cells2009

    • 著者名/発表者名
      T. Harada, T. Yokogawa, T. Miyaguchi, H. Kori
    • 雑誌名

      Biophysics Journal 96

      ページ: 255-267

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of a Dark Pulse Under Continuous Red Light on the Arabidopsis thaliana Circadian Rhythm2009

    • 著者名/発表者名
      H. Fukuda. Y. Uchida, N. Nakamichi
    • 雑誌名

      Environment Control in Biology 46

      ページ: 123-128

    • NAID

      10024291043

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detecting anomalous phase synchronization from time series2008

    • 著者名/発表者名
      T.Tokuda, D.Syamal, J.Kurths
    • 雑誌名

      Chaos 18

      ページ: 23134-23134

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of a dark pulse under continuous red light on the arabidopsis thaliana circadian rhythm2008

    • 著者名/発表者名
      H.Fukuda, Y.Uchida, N.Nakamichi
    • 雑誌名

      Environment Control in Biology 46

      ページ: 123-128

    • NAID

      10024291043

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Predicting phase synchronization of non-phase-coherent chaos2008

    • 著者名/発表者名
      I.Tokuda, J.Kurths, I.Z.Kiss, J.L.Hudson
    • 雑誌名

      Europhysics Letters 83

      ページ: 50003-50003

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collective phase sensitivity2008

    • 著者名/発表者名
      Y.Kawamura, H.Nakao, K.Arai, H.Kori, Y.Kuramoto
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 101

      ページ: 24101-24101

    • NAID

      120006581910

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synchronization Engineering : Theoretical Framework and Application to Dynamical Clustering2008

    • 著者名/発表者名
      H.Kori, C.G.Rusin, I.Z.Kiss, J.L.Hudson
    • 雑誌名

      Chaos 18

      ページ: 26111-26111

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detecting anomalous phase synchronization from time series2008

    • 著者名/発表者名
      I. T. Tokuda, D. Syamal J. Kurths
    • 雑誌名

      Chaos 18

      ページ: 23134-23134

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Predicting phase synchronization of non-phase-coherent chaos2008

    • 著者名/発表者名
      I. T. Tokuda. J. Kurths, I. Z. Kiss, J. L. Hudson
    • 雑誌名

      Europhysics Letters 83

      ページ: 50003-50003

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collective Phase Sensitivity2008

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawamura, H. Nakao, K. Arai, H. Kori, Y. Kuramoto
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 101

      ページ: 24101-24101

    • NAID

      120006581910

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synchronization Engineering : Theoretical Framework and Application to Dynamical Clustering2008

    • 著者名/発表者名
      H. Kori, C. G. Rusin, I. Z. Kiss, J. L. Hudson
    • 雑誌名

      Chaos 18

      ページ: 26111-26111

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-organized Complex Neural Networks through Nonlinear Temporally Asymmetric Hebbian Plasticity2008

    • 著者名/発表者名
      H. Kato, T. Ikeguchi
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science 5163

      ページ: 623-631

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 視交叉上核におけるネットワークダイナミクスのモデル化2011

    • 著者名/発表者名
      山本雄貴, 徳田功, 福田弘和, 早坂直人
    • 学会等名
      電子情報通信学会2011年総合大会
    • 発表場所
      東京都市大学
    • 年月日
      2011-03-14
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Estimation of Glottal Area Function Using Stereo-endoscopic High-Speed Digital Imaging2010

    • 著者名/発表者名
      H.Imagawa, K.-I.Sakakibara, I.T.Tokuda, M.Otsuka, N.Tayama
    • 学会等名
      Interspeech
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉)
    • 年月日
      2010-09-28
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Spiral waves in two-dimentional circadian oscillator networks in plant leaf2010

    • 著者名/発表者名
      福田弘和
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Oscillations and Dynamic Instabilities In Chemical Systems
    • 発表場所
      Lucca, Italy
    • 年月日
      2010-07-04
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Spiral Waves in Two-dimensional circadian oscillator networks in plant leaf2010

    • 著者名/発表者名
      H.Fukuda
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Oscillationsand Dynamic Instabilities In Chemical Systems
    • 発表場所
      Lucca, Italy
    • 年月日
      2010-07-04
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 概日時計の時空間ダイナミクスを記述する数理モデル2010

    • 著者名/発表者名
      福田弘和
    • 学会等名
      第51回日本植物生理学会年会シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2010-03-20
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 植物の体内時計に見られる時空間ダイナミクスとその制御2010

    • 著者名/発表者名
      福田弘和
    • 学会等名
      定量生物学の会第2回年会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2010-01-11
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 哺乳類の概日時計中枢が生み出す時空間ダイナミクス2010

    • 著者名/発表者名
      早坂直人, 福田弘和
    • 学会等名
      定量生物学の会第2回年会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2010-01-11
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Extracting phase dynamics from nonstationary data2009

    • 著者名/発表者名
      徳田功
    • 学会等名
      Conference on Dynamics in Systems Biology
    • 発表場所
      Aberdeen, UK
    • 年月日
      2009-09-15
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Extracting phase dynamics from nonstationary data2009

    • 著者名/発表者名
      福田弘和
    • 学会等名
      Conference on Dynamics in Systems Biology
    • 発表場所
      Aberdeen 大学 (英国)
    • 年月日
      2009-09-15
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Synchronous firings in self-organized neural network through spike-timing-dependent plasticity for periodic external inputs2009

    • 著者名/発表者名
      H. Kato, T. Ikeguchi
    • 学会等名
      Proceedings of the International Workshop on Nonlinear Circuits and Signal Processing
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2009-03-01
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Effect of periodic external inputs for neural network structures and dynamics through the STDP2008

    • 著者名/発表者名
      H. Kato, T. Ikeguchi
    • 学会等名
      Proceedings of the International Workshop on Vision, Communications and Circuits
    • 発表場所
      Xi'an, China
    • 年月日
      2008-11-01
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [図書] 同期理論の基礎と応用(徳田功(訳))2009

    • 著者名/発表者名
      アルカディ・ピコフスキー、ミヒャエル・ローゼンブラム、ユルゲン・クルツ(著)
    • 出版者
      丸善
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [図書] 「同期理論の基礎と応用」、2009年2009

    • 著者名/発表者名
      アルカディ・ピコフスキー, ミヒャエル・ローゼンブラム, ユルゲン・クルツ(著), 徳田功(訳)
    • 総ページ数
      427
    • 出版者
      丸善
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [図書] Applications of Nonlinear Dynamics Model and Design of Complex Systems (Understanding Complex Systems Series)2009

    • 著者名/発表者名
      H. Kato, T. Kimura, T. Ikeguchi
    • 出版者
      Springer Berlin / Heidelberg
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [備考] ホームページ等

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書

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公開日: 2008-04-01   更新日: 2016-04-21  

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