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真性粘菌変形体が有する自律的行動選択メカニズムの解明とその AI への応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K11948
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分61030:知能情報学関連
研究機関長岡技術科学大学 (2021-2022)
防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) (2020)

研究代表者

白川 智弘  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (60582905)

研究分担者 春名 太一  東京女子大学, 現代教養学部, 准教授 (20518659)
太田 宏之  防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 薬理学, 講師 (20535190)
佐藤 浩  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 准教授 (30295737)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022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)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード真性粘菌変形体 / 生物物理学 / 生物計算 / 意思決定 / 人工知能
研究開始時の研究の概要

本研究は,1. 真性粘菌変形体の自律的な行動選択のメカニズム(閉所に閉じ込められた粘菌の行動が「閉所内部の探索」から「脱出」へと自律的に切り替わることを可能とするメカニズム)を実験によって解明し,2. 現象をモデル化することにより工学的に応用可能な形式として表現し,3. それを AI に応用し,変形体の自律性を AI に実装することを目的とする.

研究成果の概要

本研究課題では,1. 真性粘菌変形体の自律的な行動選択のメカニズムを実験によって解明し,2. 現象をモデル化することにより工学的に応用可能な形式として表現し,3. それを AIに応用し,変形体の自律性を AI に実装するという3段階の計画を,3年間の研究期間の各年度に実施した.その結果,粘菌がその行動ルールを変える際に発生する現象の観察,その遺伝子制御ネットワークとしてのモデル化及び理論的な分析の実施に成功した.一部計画を変更し理論的な分析に注力したため AI 実装には至らなかったものの,将来の実装のための十分な準備は整っており,成果の量としては元々の計画に比して同等以上のものが得られている.

研究成果の学術的意義や社会的意義

生物の情報処理に学びそれをコンピューティングに応用しようとする Bio-inspired Computing の分野ではこれまで様々な研究が行われているが,生物の生物らしい特徴を直接的に計算に応用した例,もしくはそれを AI 実装した例はほとんど存在していない.一方,本研究は生物の情報処理メカニズムに関する実験的観察から直接的に AI 実装に至るまでの道筋を付けたという点で,今後の同分野の発展に資するところが大きいと思われる.

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (12件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Observation of Autonomous Behavioral Selection in Physarum Plasmodium2022

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shirakawa, Hiroshi Sato, Kazuki Ishimaru
    • 雑誌名

      Logica Universalis

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Concept Formation and Quantum-like Probability from Nonlocality in Cognition2022

    • 著者名/発表者名
      Gunji Yukio-Pegio、Haruna Taichi
    • 雑誌名

      Cognitive Computation

      巻: - 号: 4 ページ: 1328-1349

    • DOI

      10.1007/s12559-022-09995-1

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The asymmetric learning rates of murine exploratory behavior in sparse reward environments2021

    • 著者名/発表者名
      Ohta Hiroyuki、Satori Kuniaki、Takarada Yu、Arake Masashi、Ishizuka Toshiaki、Morimoto Yuji、Takahashi Tatsuji
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 143 ページ: 218-229

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2021.05.030

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetotaxis of the Physarum Plasmodium and Construction of a Magnetically Controlled Physarum Logic Gate2020

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shirakawa, Hiroshi Sato, Michinori Muro, Ryusuke Konagano, Ryota Ohno and Keita Inoue
    • 雑誌名

      International Journal of Unconventional Computing

      巻: 15 ページ: 245-258

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Diversity in the Chemotactic Behavior of Physarum Plasmodium Induced by Bi-modal Stimuli2020

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shirakawa, Yukio-Pegio Gunji, Hiroshi Sato and Hiroto Tsubakino
    • 雑誌名

      International Journal of Unconventional Computing

      巻: 15 ページ: 275-285

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 日本人 Twitter ユーザー 2,600 万人を対象とする大規模属性分析2022

    • 著者名/発表者名
      家頭裕也,白川智弘
    • 学会等名
      計測自動制御学会システム・情報部門講演会 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ツイートテキストの単語埋め込みに基づく意味論的ユーザーリコメンドシステムの開発2022

    • 著者名/発表者名
      阿部翔大,白川智弘
    • 学会等名
      計測自動制御学会システム・情報部門講演会 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 二重忘却系について2022

    • 著者名/発表者名
      春名太一
    • 学会等名
      第36回共創システム部会研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Echo State Networkにおける雑音誘起記憶2022

    • 著者名/発表者名
      春名太一,中嶋浩平
    • 学会等名
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 認知バイアスを利用した Naive Bayes による少量の異常データからの産業機械音異常分類2022

    • 著者名/発表者名
      上田 真央,佐藤 浩,白川 智弘
    • 学会等名
      計測自動制御学会第 64 回システム工学部会研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 報酬量の分散に対する学習率の非対称化による適応2022

    • 著者名/発表者名
      有村 柊一,佐鳥 玖仁朗,神谷 匠,吉田 豊,高橋 達二,太田 宏之
    • 学会等名
      情報処理学会第 84 回全国大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 人間の認知バイアスを利用したナイーブベイズ分類器による産業機械音異常分類の性能向上2021

    • 著者名/発表者名
      上田 真央,佐藤 浩,白川 智弘
    • 学会等名
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 真性粘菌変形体における自律的行動選択メカニズムの分析2021

    • 著者名/発表者名
      石丸和樹,佐藤浩,白川智弘
    • 学会等名
      計測自動制御学会第 63 回システム工学部会研究会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 行動柔軟性を評価するための5本腕バンディットタスク2021

    • 著者名/発表者名
      太田 宏之, 荒毛 将史, 佐鳥 玖仁朗, 宝田 悠, 高橋 達二, 佐藤 泰司, 守本 祐司,石塚 俊晶
    • 学会等名
      第 94 回日本薬理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 非対称学習率による報酬確率分布の弁別性向上2021

    • 著者名/発表者名
      佐鳥玖仁朗,吉田 豊,神谷 匠,太田宏之,高橋達二
    • 学会等名
      情報処理学会第 83 回全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] マウスの行動探索における報酬分布に依存した学習率の調整2020

    • 著者名/発表者名
      太田 宏之, 佐鳥 玖仁朗, 宝田 悠, 荒毛 将史, 守本 祐司, 石塚 俊晶, 高橋 達二
    • 学会等名
      人工知能学会第 34 回全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 非対称な学習からのリスク態度の反射効果2020

    • 著者名/発表者名
      佐鳥 玖仁朗, 太田 宏之, 宝田 悠, 荒毛 将史, 守本 祐司, 石塚 俊晶, 高橋 達二
    • 学会等名
      2020 年度日本認知科学会第37回大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] Systems Design Based on the Benefits of Inconvenience2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kawakami, Yasuo Nosaka, Manabu Sawaguchi, Kazushi Nishimoto, Michio Okada, Tomoko Izumi, Tomohiro Shirakawa, Tomoaki Kageyama
    • 総ページ数
      100
    • 出版者
      Springer Singapore
    • ISBN
      9789811995880
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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