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大規模トラッキングによる超個体創発の解明と集合知の新理論の展開

研究課題

研究課題/領域番号 21H04885
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分61:人間情報学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

池上 高志  東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (10211715)

研究分担者 橋本 康弘  会津大学, コンピュータ理工学部, 上級准教授 (10376494)
柏木 明子  弘前大学, 農学生命科学部, 教授 (40362652)
土畑 重人  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (50714995)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
42,250千円 (直接経費: 32,500千円、間接経費: 9,750千円)
2023年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
2022年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)
2021年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
キーワード集団知 / 表現型のゆらぎ / テトラヒメナ / セイヨウミツバチ / アミメアリ / 全個体トラッキング / 生物集団 / ミツバチ / ウェブサービス / 情報理論 / 全トラッキング / 機械学習 / アリの集団 / 創発 / 進化 / RNAseq / 社会性動物 / ウェブデータ
研究開始時の研究の概要

本プロジェクトでは、強力なアルゴリズムを駆使して、テトラヒメナ・ミツバチ・ヒメアリなどの生命・非生命集団のダイナミクスとその集団現象を研究する。特に2つの観点から明らかにする。一つは、実際の生物実験から得られた個体トラッキングの大量データを解析し、集団運動における創発現象、特に超個体と呼ばれるマクロな創発現象に関する新しい理論を構築する。もうひとつは、大規模な計算機実験により、集団の数が巨大になった(数百万スケールになった)ときの集団運動の解析する。最終目標として、集団の老化(あるいは元気さ)と個体の振る舞いとの関係について議論し、理論的な考察を深めることを目的とする。

研究成果の概要

3つの生物集団に関する実験を、計画どおりに続行することができた。その結果をSWARM-AROB国際会議(1/25-27/2023) にて発表することが出来た。また2022年の11月22日にOIST(沖縄科学技術大学)において、ゲストスピーカー(水本/OIST, 島田/東大、小串/統計数理研、柏木/弘前大)を招いて研究集会“Collective Intelligence in Living/Non-Livings Populations”を組織し、活発に議論を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

テトラヒメナの集団における表現型のゆらぎを、世界で初めて定量的に報告した。セイヨウミツバチの役割分化の進化を世界で初めて報告した。またアミメアリがある集団サイズで見せる「個体が擬似的に停止した」クラスターと探索個体への分化を、世界で初めて解析報告した。これらの成果は、集団における「個性の進化」という認識を創り出し、新しく基盤Aを申請するきっかけとなった。
社会的な意義として、個人の才能が先か、いいコミュニティーを見つけるのが先か、という観点をメッセージとして社会に提案することができたことは大きいと思う。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (57件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 5件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (39件) (うち国際学会 27件、 招待講演 6件) 図書 (1件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [雑誌論文] Revealing Gene Expression Heterogeneity in a Clonal Population of Tetrahymena thermophila through Single-Cell RNA Sequencing2024

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kojima, Akiko Kashiwagi and Takashi Ikegami
    • 雑誌名

      Biochemistry and Biophysics Reports

      巻: 38 ページ: 101720-101720

    • DOI

      10.1016/j.bbrep.2024.101720

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Autopoiesis: Foundations of life, cognition, and emergence of self/other2023

    • 著者名/発表者名
      Pasquale Stano, Chrystopher Nehaniv, Takashi Ikegami, Luisa Damiano, Olaf Witkowski
    • 雑誌名

      Biosystems

      巻: 232 ページ: 105008-105008

    • DOI

      10.1016/j.biosystems.2023.105008

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Spiking neural networks produce informational closure by stimulus avoidance2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Masumori, Takashi Ikegami
    • 雑誌名

      Biosystems

      巻: 232 ページ: 104972-104972

    • DOI

      10.1016/j.biosystems.2023.104972

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Spontaneous and information-induced bursting activities in honeybee hives2023

    • 著者名/発表者名
      Itsuki Doi, Weibing Deng and Takashi Ikegami
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 13 号: 1 ページ: 11015-11015

    • DOI

      10.1038/s41598-023-37785-8

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] From autopoiesis to self-optimization: Toward an enactive model of biological regulation2023

    • 著者名/発表者名
      Tom Froese, Natalya Weber, Ivan Shpurov and Takashi Ikegami
    • 雑誌名

      Biosystems

      巻: 230 ページ: 104959-104959

    • DOI

      10.1016/j.biosystems.2023.104959

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Evolving Collective AI: Simulation of Ants Communicating via Chemicals2023

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Takata, Yujin Tang, Yingtao Tian, Norihiro, Maruyama, Hiroki Kojima and Takashi Ikegami
    • 雑誌名

      the proceedings of ALIFE 2023

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Emergence of Differentiation of Deterministic/Stochastic Behavior in Ants' Collective Behavior2023

    • 著者名/発表者名
      Norihiro Maruyama, Michael Crosscombe, Shigeto,Dobata and Takashi Ikegami
    • 雑誌名

      the proceedings of ALIFE 2023

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exploring Hierarchical Inter-Scale Information Flow in Large-Scale Boids Model2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi, Masumori and Takashi Ikegami
    • 雑誌名

      the proceedings of ALIFE 2023

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Boundary Between Non-living and Living: from Oil Droplet Experiment2023

    • 著者名/発表者名
      Riku Adachi, Hiroki Kojima and Takashi Ikegami
    • 雑誌名

      the proceedings of ALIFE 2023

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Boundary of Non-living to Living: from Oil Droplet Experiment2023

    • 著者名/発表者名
      Riku Adachi, Hiroki Kojima and Takashi Ikegami
    • 雑誌名

      Stat Phys 2023

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The build-up of dominance hierarchies in eusocial insects2022

    • 著者名/発表者名
      Shimoji Hiroyuki、Dobata Shigeto
    • 雑誌名

      Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences

      巻: 377 号: 1845 ページ: 20200437-20200437

    • DOI

      10.1098/rstb.2020.0437

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Morphology of immatures of the thelytokous ant, Monomorium triviale Wheeler (Formicidae: Myrmicinae: Solenopsidini) with descriptions of the extraordinary last-instar queen larvae2022

    • 著者名/発表者名
      IDOGAWA NAOTO、GOTOH AYAKO、DOBATA SHIGETO
    • 雑誌名

      Zootaxa

      巻: 5105 号: 2 ページ: 253-268

    • DOI

      10.11646/zootaxa.5105.2.5

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comprehensive analysis of male-free reproduction in Monomorium triviale (Formicidae: Myrmicinae)2021

    • 著者名/発表者名
      Idogawa Naoto、Sasaki Tomonori、Tsuji Kazuki、Dobata Shigeto
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 16 号: 4 ページ: e0246710-e0246710

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0246710

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The complete mitochondrial genome of a parthenogenetic ant <i>Monomorium triviale</i> (Hymenoptera: Formicidae)2021

    • 著者名/発表者名
      Idogawa Naoto、Lee Chih-Chi、Yang Chin-Cheng Scotty、Dobata Shigeto
    • 雑誌名

      Mitochondrial DNA Part B

      巻: 6 号: 10 ページ: 2793-2795

    • DOI

      10.1080/23802359.2021.1970632

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Exploration in Evolutionary Space by Hashtag Evolution on a Social Network Service2021

    • 著者名/発表者名
      Sato Hiroki、Hashimoto Yasuhiro、Oka Mizuki、Ikegami Takashi
    • 雑誌名

      Proc. of the 2021 Conference on Artificial Life

      巻: -

    • DOI

      10.1162/isal_a_00464

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Species- and situation-dependent variations of a simple visual response in ants2024

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Notom, Shigehiro Namiki, Ryohei Kanzaki, Stephan Shuichi Haupt, Shigeto Dobata
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Swarm Dynamics of Simple Robots with Inherent Inhomogeneity2024

    • 著者名/発表者名
      johnsmith, Norihiro Maruyama, Takashi Ikegami
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pairwise Generation of Social Memes in Yule-Simon process2024

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Hashimoto ,Hiroki Sato, Takashi Ikegami, Mizuki Oka
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-scale Information Dynamics in Large-Scale Boids Model2024

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Masumori, Norihiro Maruyama, Takashi Ikegami
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Behavioral Analysis of Ant Colonies: Distinguishing Between Stochastic/Deterministic Modes and Global Behavior2024

    • 著者名/発表者名
      Norihiro Maruyama, Shigeto Dobata, Takashi Ikegami
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigating the heterogeneity and its heritability of Tetrahymena thermophila2024

    • 著者名/発表者名
      Akiko Kashiwagi, Hiroki Kojima, Takashi Ikegami
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] シンプルな視覚ランドマークに対する文脈依存的なアリの行動選択2024

    • 著者名/発表者名
      納富祐典・並木重宏・神崎亮平・土畑重人・Stephan Shuichi Haupt
    • 学会等名
      第71回日本生態学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 拘束か誘引か:巣仲間の化学的痕跡がアリの行動に及ぼす影響2024

    • 著者名/発表者名
      兼田典佳・土畑重人
    • 学会等名
      第71回日本生態学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Preferential Attachmentに基づくポピュラリティの成長パターンの測定と分類2024

    • 著者名/発表者名
      讃岐浩太・橋本康弘
    • 学会等名
      第8回人工生命研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 2ボール選択の壺モデルに「隣接可能性」空間を導入したイノベーション過程のモデリング2024

    • 著者名/発表者名
      滿名優希・橋本康弘
    • 学会等名
      第8回人工生命研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Artificial Life Unveiled2024

    • 著者名/発表者名
      Takashi Ikegami
    • 学会等名
      India Science Festival
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光走性を持つシンプルな実ロボット設計と、群れの生成ダイナミクスの実験2024

    • 著者名/発表者名
      smith john, 丸山典宏, 池上高志
    • 学会等名
      2024年度人工知能学会全国大会(第38回)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] LLMエージェントの集団インタラクションを通したゲームの新しい戦略の創発2024

    • 著者名/発表者名
      高田亮介, 升森敦士, 池上高志
    • 学会等名
      2024年度人工知能学会全国大会(第38回)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Embodied Time Perception: Effects of Time Delay on Hand Motion and Time Estimation in Virtual Environments2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Masumori, Takashi Ikegami
    • 学会等名
      ALIFE 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Implementation of Lenia as a Reaction-Diffusion System2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kojima, Takashi Ikegami
    • 学会等名
      ALIFE 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploring Multi-Level Inter-Scale Information Flow in Large-Scale Boids Model2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Masumori, Norihiro Maruyama, Takashi Ikegami
    • 学会等名
      ALIFE 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolving Collective AI: Simulation of Ants Communicating via Chemicals2023

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Takata, Yujin Tang, Yingtao Tian, Norihiro Maruyama, Hiroki Kojima, Takashi Ikegami
    • 学会等名
      ALIFE 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Emergence of Differentiation of Deterministic/Stochastic Behavior in Ants’ Collectives2023

    • 著者名/発表者名
      Norihiro Maruyama, Michael Crosscombe, Shigeto Dobata, Takashi Ikegami
    • 学会等名
      ALIFE 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Decision-making on land and water in ants2023

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Notomi, Tomoki Kazawa, So Maezawa, Ryohei Kanzaki, Shigehiro Namiki, Shigeto Dobata, Stephan Shuichi Haupt
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会 大阪大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 提示された水刺激に対するアリの意思決定戦略2023

    • 著者名/発表者名
      納富祐典・加沢知毅・前澤創・並木重宏・神崎亮平・土畑重人・Stephan Shuichi Haupt
    • 学会等名
      日本動物行動学会 第42回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Evolution of Individuality : Developing a Community First Theory2023

    • 著者名/発表者名
      池上高志
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Collective Behavior and the Top Down Causation in Living/Nonliving Agents2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Ikegami
    • 学会等名
      The Uehara International Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Emergence and collapse of frozen clusters in experimental ant (Pristomyrmex punctatus) groups2022

    • 著者名/発表者名
      Shigeto Dobata
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Macro Vitality in Tetrahymena collectives2022

    • 著者名/発表者名
      Akiko Kashiwagi
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Emergence of Multiple Types of Swarms in a Large Scale Boids Model.2022

    • 著者名/発表者名
      Norihiro Maruyama
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Stimulus Avoidance and Informational Closure in Spiking Neural Networks2022

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Masumori
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolutionary Dynamics in Web-Service2022

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Hashimoto
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A New Concept for Collective Intelligence: a Coupling-Decoupling Hierarchy2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Ikegami
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Emergence and collapse of frozen clusters in experimental ant (Pristomyrmexpunctatus) groups2022

    • 著者名/発表者名
      Shigeto Dobata
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Macro Vitality in Tetrahymena collectives2022

    • 著者名/発表者名
      Akiko Kashiwagi
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolutionary Dynamics in Web-Service2022

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Hashimoto
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A New Concept for Collective Intelligence: a Coupling-Decoupling Hierarchy2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Ikegami
    • 学会等名
      AROB-ISBC-SWARM 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 新規性の生成と選択 -ソーシャルメディアの分析とオープンエンド性2021

    • 著者名/発表者名
      橋本康弘
    • 学会等名
      生物学基礎論研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Exploration in Evolutionary Space by Hashtag Evolution on a Social Network Service2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Sato
    • 学会等名
      ALIFE2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Social insects as a model system of adaptive complexity2021

    • 著者名/発表者名
      Shigeto Dobata
    • 学会等名
      RIMS Workshop “Toward an integration of fluids, ecology, and evolution”
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] アリのワーカーが持つ繁殖ポテンシャルがタスク選択に与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      田中康就,土畑重人,辻和希,下地博之
    • 学会等名
      第40回日本動物行動学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Quantifying social dilemma in ant societies2021

    • 著者名/発表者名
      Shigeto Dobata
    • 学会等名
      ICMMA 2021 International Conference on “Emergence of Cooperation and Organization in Groups of Animals and Non-living Objects”
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Phenotypic Inheritance of Dynamical Traits in Growing Populations of Tetrahymena2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kojima
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics(SWARM 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Entire Tracking Analysis of Honeybees' Hive Dynamics2021

    • 著者名/発表者名
      Itsuki Doi
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics(SWARM 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] R.U.R. and the Vision of Artificial Life2024

    • 著者名/発表者名
      Takashi Ikegami
    • 総ページ数
      312
    • 出版者
      MIT
    • ISBN
      9780262544504
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Individuals and collectives in (artificial) living systems2023

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Collective Intelligence in Living/Non-Livings Populations2022

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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