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数理科学と生体生命情報科学との連携による生命知の基本アルゴリズムの探求

研究課題

研究課題/領域番号 26310202
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分特設分野
研究分野 連携探索型数理科学
研究機関北海道大学

研究代表者

中垣 俊之  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (70300887)

研究分担者 上田 肇一  富山大学, その他の研究科, 准教授 (00378960)
手老 篤史  九州大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (60431326)
佐藤 勝彦  北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (90513622)
黒田 茂  北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (90431303)
研究期間 (年度) 2014-07-18 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
2016年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2015年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2014年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
キーワード生体生命情報処理 / アルゴリズム / 単細胞生物 / 数理モデリング / 行動 / 繊毛虫 / 粘菌 / 反応拡散方程式 / 単細胞
研究成果の概要

単細胞レベルで実現される生命知のパフォーマンスを運動方程式により数理モデル化し、そこから高等動物に至る生命情報処理の共通則を探索した。単細胞生物である粘菌や繊毛虫をモデル生物として、ネットワーク最適化、学習、行動選択について成果を得た。特に、ネットワーク最適化現象については、輸送ネットワーク、力学構造物に関する種々の具体事例(単細胞の循環系から人の社会運動にまで)において、用不用則アルゴリズムが共通して作用していることを示した。

報告書

(4件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (49件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 2件、 謝辞記載あり 10件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 11件、 招待講演 28件) 図書 (3件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Oxford(United Kingdom)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Monash University(Australia)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] 粘菌の用不用適応能に倣った形状最適化設計法の検討2017

    • 著者名/発表者名
      吉原 一詞、中垣 俊之
    • 雑誌名

      土木学会論文集 A2(応用力学)

      巻: 72(2) ページ: 3-11

    • NAID

      130005311783

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The Role of Noise in Self-organized Decision Making by the True Slime Mold Physarum polycephalum2017

    • 著者名/発表者名
      B. Meyer, C. Ansorge and T. Nakagaki
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 印刷中

    • NAID

      120006219871

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Direct observation of orientation distributions of actin filaments in a solution undergoing shear banding2017

    • 著者名/発表者名
      K. Sato, I. Kunita, Y. Takikawa, D. Takeuchi, Y. Tanaka, T. Nakagaki and H. Orihara
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 13 号: 14 ページ: 2708-2716

    • DOI

      10.1039/c6sm02832b

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Studies of the phase gradient at the boundary of the phase diffusion equation, motivated by peculiar wave patterns of rhythmic contraction in the amoeboid movement of Physarum polycephalum2017

    • 著者名/発表者名
      M. Iima, H. Kori and T. Nakagaki
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 50 号: 15 ページ: 154004-154004

    • DOI

      10.1088/1361-6463/aa6269

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Experimental models for Murray's law2017

    • 著者名/発表者名
      D. Akita, I. Kunita, M. Fricker, S. Kuroda, K. Sato and T. Nakagaki
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 50

    • NAID

      120006377482

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 人工知能と自然知能2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 雑誌名

      情報処理

      巻: 57 ページ: 2-3

    • NAID

      170000148154

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] A ciliate memorizes the geometry of a swimming arena2016

    • 著者名/発表者名
      I. Kunita, T. Yamaguchi, A. Tero, M. Akiyama, S. Kuroda and T. Nakagaki
    • 雑誌名

      J. Roy. Soc. Interface

      巻: 13 号: 118 ページ: 20160155-20160155

    • DOI

      10.1098/rsif.2016.0155

    • NAID

      120006220028

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Allometry in Physarum plasmodium during free locomotion: size versus shape, speed and rhythm2015

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Kuroda, Seiji Takagi, Toshiyuki Nakagaki and Tetsuo Ueda
    • 雑誌名

      Journal of Experimental Biology

      巻: 218 ページ: 3729-3738

    • DOI

      10.1242/jeb.124354

    • NAID

      120005890019

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 物理エソロジーの道すがら2015

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 雑誌名

      人工知能学会誌

      巻: 30

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] 単細胞生物の物理エソロジー ー輸送現象論から読み解く賢さのしくみー2015

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 雑誌名

      化学と工業

      巻: 68

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 脚式と非脚式の這行ロコモーションにおける運動モードスイッチングの共通力学2015

    • 著者名/発表者名
      黒田 茂、田中 良巳、中垣 俊之
    • 雑誌名

      計測と制御

      巻: 54

    • NAID

      130005071698

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Periodic traction in migrating large amoeba of Physarum Polycephalum2015

    • 著者名/発表者名
      Jean-Paul Rieu, Helene Delano-Ayari, Seiji Takagi, Yoshimi Tanaka, Toshiyuki Nakagaki
    • 雑誌名

      Journal of Royal Society Interface

      巻: 12 号: 106 ページ: 20150099-20150099

    • DOI

      10.1098/rsif.2015.0099

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Attempts to retreat from a dead-ended long capillary by backward swimming in Paramecium2014

    • 著者名/発表者名
      Itsuki Kunita, Shigeru Kuroda, Kaito Ooki, Toshiyuki Nakagaki
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 5 ページ: 1-8

    • DOI

      10.3389/fmicb.2014.00270

    • NAID

      120005465482

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 生物の用不用則に基づく機能的な形づくり2017

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      第12回理研「バイオものづくりシンポジウム」
    • 発表場所
      理化学研究所(埼玉県、和光市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 粘菌の物理エソロジー2017

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      レーザー学会「ナチュラルコンピューティングとレーザーカオス」シンポジウム
    • 発表場所
      徳島大学(徳島県、徳島市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Transport network in a micro-organism2017

    • 著者名/発表者名
      T. Nakagaki
    • 学会等名
      MANA International Symposium 2017
    • 発表場所
      Tsukuba International Congress Center(茨城県、つくば市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 繊毛虫の学習行動2017

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      津田一郎教授退官記念研究会ー複雑系数理の新展開ー
    • 発表場所
      北海道大学(北海道、札幌市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Physical ethology of single-celled organism2016

    • 著者名/発表者名
      T. Nakagaki
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Primatology and Wildlife Science
    • 発表場所
      Inuyama International Sightseeing Center, Inuyama, Aichi
    • 年月日
      2016-03-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 単細胞のちょっと賢いはなし2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      明治大学MIMS共同利用研究集会「比較動物学と現象数理学から考える「海の霊長類」の知の表現法」
    • 発表場所
      明治大学(東京都、中野区)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] テトラヒメナにおける空間形状への適応的遊泳2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      日本微生物生態学会 日本原生生物学会共催シンポジウム「原生生物の環境センシングと運動」
    • 発表場所
      横須賀市文化会館(神奈川県、横須賀市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生物の用不用則に基づく適応的なネットワーク設計2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      電子情報通信学会情報ネットワーク科学時限研究専門委員会(NetSci)/複雑コミュニケーションサイエンス研究専門委員会(CCS)共催ワークショップ
    • 発表場所
      余市町中央公民館(北海道、余市町)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] physical ethology of single-celled organism2016

    • 著者名/発表者名
      T. Nakagaki
    • 学会等名
      The 31st International Congress of Psychology, invited symposium [Ig Noble prize winners talk about the evolutionary basis of the human mind]
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama(神奈川県、横浜市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Transport network in living systems designed by current-reinforcement rule2016

    • 著者名/発表者名
      T. Nakagaki
    • 学会等名
      Asia pacific Consortium of Mathematics for Industry, Forum Math-for-Industry 2016, Agriculture as a metaphor for creativity in all human nendeavors
    • 発表場所
      Queensland University of Technology, Brisbane(オーストラリア)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Pattern formation of spatial distribution of town and transportation network -a case study on Hokkaido region-2016

    • 著者名/発表者名
      T. Nakagaki
    • 学会等名
      Interdisciplinary Applications of Nonlinear Science
    • 発表場所
      Kagoshima University(鹿児島県、鹿児島市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] あるアメーバ型細胞の作る細胞内輸送ネットワーク2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      ナノ学会ナノ機能応用部会講演会
    • 発表場所
      秋田県グランドパレス川端(秋田県、大仙市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A ciliate memorizes the geometry of a swimming arena2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      RIMS研究集会「集団ダイナミクスに現れる時空間パターンの数理」
    • 発表場所
      京都大学数理解析研究所(京都府、京都市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 粘菌:生きたゾルゲル変換体の形作りと機能作り2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      第67回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      旭川市民文化会館(北海道、旭川市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 粘菌、数理モデリング、共同研究2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      数理で解き明かす森羅万象~小林亮とゆかいな仲間たちの研究会~
    • 発表場所
      広島大学(広島県、東広島市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 粘菌の形作りと機能作り~力学の視点から~2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      電気学会 新しい原子分子組織化物質・材料創出に向けた光・量子ビーム応用技術専門委員会講演会
    • 発表場所
      札幌市定山渓ビューホテル(北海道、札幌市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 原生生物粘菌の構造物最適化設計法ー用不用則なる適応能からー2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      土木学会応用力学委員会主催第19回応用力学シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学(北海道、札幌市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 単細胞生物の賢さを探る2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      第25回先端科学移動大学
    • 発表場所
      釧路市生涯学習センター(北海道、釧路市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Introduction to physical ethology2016

    • 著者名/発表者名
      T. Nakagaki
    • 学会等名
      University of Bremen, Institute for biophysics SONDERKOLLOQUIUM
    • 発表場所
      University of Bremen(ドイツ)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Biomechanics of crawling locomotion in legged and limbless organisms2016

    • 著者名/発表者名
      T. Nakagaki
    • 学会等名
      Berlin Center for Studies of Complex Chemical Systems regular seminar
    • 発表場所
      Berlin PTB Institute(ドイツ)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生き物に学ぶ最適化設計2016

    • 著者名/発表者名
      中垣 俊之
    • 学会等名
      バイオミメティック市民セミナー
    • 発表場所
      北海道大学(北海道、札幌市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Adaptive dynamics for shape optimization inspired by the use-and-growth rule in a simple organism of slime mold2015

    • 著者名/発表者名
      T. Nakagaki
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Bio-inspired information and Communications Technologies
    • 発表場所
      Columbia University, New York, USA
    • 年月日
      2015-12-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mechanics of Smart Behaviors -From amoeba to robot-2015

    • 著者名/発表者名
      R. Kobayashi and T. Nakagaki
    • 学会等名
      International Conference on Systems Biology (ICSB2015)
    • 発表場所
      Biopolis, Singapore
    • 年月日
      2015-11-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Biomechanics of peristaltic crawling in limbless and legged organism2015

    • 著者名/発表者名
      T. Nakagaki
    • 学会等名
      International Conference on Mathematical Modeling and Applications 2015 -Self-organization Modeling and Analysis-
    • 発表場所
      Meiji University, Nakano, Tokyo
    • 年月日
      2015-10-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Physical ethology of an amoeba2015

    • 著者名/発表者名
      T. Nakagaki
    • 学会等名
      4th IFAC Conference on Analysis and Control of Chaotic Systems (IFAC CHAOS 2015)
    • 発表場所
      Tokyo Metropolitan University, Hachioji, Tokyo
    • 年月日
      2015-08-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] イグノーベル賞顛末記ー単細胞の情報通信をめぐってー2014

    • 著者名/発表者名
      中垣俊之
    • 学会等名
      電子情報通信学会アンテナ伝播研究会 IEEE AP-S JC 特別講演会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2014-10-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Rules for biologically inspired network design2014

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Nakagaki
    • 学会等名
      Hokudai-NCTU Joint Symposium on Nano, Photo and Bio Sciences
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Transport network in bio-systems -From vein-network in Physarum-2014

    • 著者名/発表者名
      中垣俊之
    • 学会等名
      国際高等研究所研究プロジェクト「ネットワーク科学」
    • 発表場所
      国際高等研究所(京都府木津川市)
    • 年月日
      2014-08-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Biomechanics of peristaltic crawling in limbless and legged organism2014

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Nakagaki
    • 学会等名
      RIMS Conference Sapporo Summer Conference on Dynamics of patterns in material Science
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2014-07-26 – 2014-07-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] Brain evolution by design -From Neural origin to cognitive architecture- (Ed. by S. Shigeno, Y. Murakami, T. Nomura) ISBN: 978-4-431-56467-62017

    • 著者名/発表者名
      S. Kuroda, S. Takagi, T. Saigusa and T. Nakagaki
    • 総ページ数
      21
    • 出版者
      Springer-Verlag
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [図書] "生命現象の物理学ー生物行動の運動方程式をめざしてー"、物理学ガイダンス2014

    • 著者名/発表者名
      黒田茂、中垣俊之
    • 出版者
      日本評論社
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [図書] 粘菌 偉大なる単細胞が世界を救う2014

    • 著者名/発表者名
      中垣俊之
    • 総ページ数
      198
    • 出版者
      文藝春秋社
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 数物科学で読み解く生物行動学

    • URL

      http://pel.es.hokudai.ac.jp/

    • 関連する報告書
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    • URL

      http://altair.sci.hokudai.ac.jp/polymer/laboratory/lab-c/cooperation-08.html

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公開日: 2014-09-09   更新日: 2018-03-22  

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