移動運動と学習記憶の確率モデルによる数理解析

2012 年度 研究成果報告書

• 研究領域: 神経系の動作原理を明らかにするためのシステム分子行動学
• 研究課題/領域番号: 20115009
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 増田 直紀 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 准教授 (40415295)
• 研究分担者: 大久保 潤 京都大学, 情報学研究科, 講師 (70451888)
• 連携研究者: 野崎 大地 東京大学, 教育学研究科, 教授 (70360683)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• キーワード: ネットワーク / 統計物理学 / 確率過程 / ランダム・ウォーク / 走性 / 学習

研究概要

線虫の行うランダム・ウォークのデータ解析を行い、その特徴を明らかにした。生物の信号伝達ネットワークに現れるような有向グラフについて、そのラプラシアン行列を用いて、ノード(ニューロンなどに対応)の重要性指標を提案した。ネットワーク内の振動の精確性を、結合振動子系と呼ばれる数理モデルを用いて明らかにした。最大エントロピー法と呼ばれる統計モデルを用いて、脳ネットワークの推定を行い、従来法よりも解剖的なネットワークを精度良く推定できることを示した。ネットワーク上で動的にイベントが起こっているテンポラル・ネットワークを一般的に解析した。

研究成果

• [雑誌論文] Systematic analysis of neural projections in the Drosophila brain as a composition of clonally associated units (2013)
  • 著者名/発表者名: Ito, M., Masuda, N., Shinomiya, K., Endo, K., and Ito, K
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 23 ページ: 644-655
  • 査読あり
• [雑誌論文] A pairwise maximum entropy model accurately describes resting-state human brain networks (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, T., Hirose, S., Wada, H., Imai, Y., Machida, T., Shirouzu, I., Konishi, S., Miyashita, Y., and Masuda, N
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 4 ページ: 1370
  • 査読あり
• [雑誌論文] Groupwise information sharing promotes ingroup favoritism in indirect reciprocity (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, M., and Masuda, N
  • 雑誌名: BMC Evolutionary Biology 巻: 12 ページ: 213
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-parameter extension of the Doi-Peliti formalism and its relation with orthogonal polynomials (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohkubo, J
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 86 ページ: 042102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Counting statistics for genetic switches based on effective-interaction approximation (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohkubo J
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 137 ページ: 125102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of cell networks critically determines oscillation regularity (2012)
  • 著者名/発表者名: Kori, H., Kawamura, Y., and Masuda, N
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 297 ページ: 61-72
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dopamine modulates the rest period length without perturbation of its power law distribution in Drosophila melanogaster (2012)
  • 著者名/発表者名: Ueno, T., Masuda, N., Kume, S., and Kume, K
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 7 ページ: e32007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Importance of individual events in temporal networks (2012)
  • 著者名/発表者名: Takaguchi, T., Sato, N., Yano, K., and Masuda, N
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 14 ページ: 093003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Approximation scheme based on effective interactions for stochastic gene regulation (2011)
  • 著者名/発表者名: Ohkubo, J
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 83 ページ: 041915
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonparametric model reconstruction for stochastic differential equation from discretely observed time-series data (2011)
  • 著者名/発表者名: Ohkubo, J
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 84 ページ: 077802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clustering in large networks does not promote upstream reciprocity (2011)
  • 著者名/発表者名: Masuda, N
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 6 ページ: e25190
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct numerical method for counting statistics in stochastic processes (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohkubo, J., and Eggel, T
  • 雑誌名: Journal of Statistical Mechanics 巻: P06013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-tail behavior in locomotion of Caenorhabditis elegans (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohkubo, J., Yoshida, K., Iino, Y., and Masuda, N
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 267 ページ: 213-222
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics-based centrality for general directed networks (2010)
  • 著者名/発表者名: Masuda, N., and Kori, H
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 82 ページ: 056107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancing the spectral gap of networks by node removal (2010)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, T., and Masuda, N
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 82 ページ: 046102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Upstream reciprocity in heterogeneous networks (2010)
  • 著者名/発表者名: Iwagami, A., and Masuda, N
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 265 ページ: 297-305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collective fluctuations in networks of noisy components (2010)
  • 著者名/発表者名: Masuda, N., Kawamura, Y., and Kori, H
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 12 ページ: 093007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Posterior probability and fluctuation theorem in stochastic processes (2009)
  • 著者名/発表者名: Ohkubo, J
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 78 ページ: 123001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of relative influence of nodes in directed networks (2009)
  • 著者名/発表者名: Masuda, N., Kawamura, Y., and Kori, H
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 80 ページ: 046114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of hierarchical modular structure on ranking of individual nodes in directed networks (2009)
  • 著者名/発表者名: Masuda, N., Kawamura, Y., and Kori, H
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 11 ページ: 113002
  • 査読あり
• [雑誌論文] The stochastic pump current and the non-adiabatic geometrical phase
  • 著者名/発表者名: Ohkubo, J
  • 雑誌名: Journal of Statistical Mechanics 巻: P02011
  • 査読あり
• [学会発表] Network structure dependence of collective enhancement of temporal precision in coupled noisy oscillators (2013)
  • 著者名/発表者名: Kori, H., Kawamura, Y., and Masuda, N
  • 学会等名: The First Annual Winter q-bio Meeting
  • 発表場所: Waikiki, Hawaii
  • 年月日: 20130218-21
• [学会発表] Quantifying importance of interaction events in temporal networks (2012)
  • 著者名/発表者名: Masuda, N
  • 学会等名: Toward Mathematical Foundations of Complex Network Theory
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20120914-16
• [学会発表] Dependence of oscillation regularity on network structure in coupled noisy oscillators (2012)
  • 著者名/発表者名: Kori, H., Kawamura, Y., and Masuda, N
  • 学会等名: European Conference on Complexf Systems (ECCS'12)
  • 発表場所: Brussel, Belgium
  • 年月日: 20120903-07
• [学会発表] A centrality measure for interaction events in temporal networks (2012)
  • 著者名/発表者名: Takaguchi, T., Sato, N., Yano, K., and Masuda. N
  • 学会等名: European Conference on Complex Systems (ECCS'12)
  • 発表場所: Brussel, Belgium
  • 年月日: 20120903-07
• [学会発表] Detecting important interaction events in temporal networks (2012)
  • 著者名/発表者名: Takaguchi, T., Sato, N., Yano, K., and Masuda, N
  • 学会等名: NetSci 2012
  • 発表場所: Evanston, Illinois, USA
  • 年月日: 20120620-22
• [学会発表] Dependence of oscillation regularity on structure of networks. Anomalous Statistics (2012)
  • 著者名/発表者名: Masuda, N
  • 学会等名: Generalized Entropies and Information Geometry
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 20120306-10
• [学会発表] Network structure dependence of oscillation regularity in coupled noisy oscillators (2011)
  • 著者名/発表者名: Kori, H., Kawamura, Y., and Masuda, N
  • 学会等名: Engineering of Chemical Complexity
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 20110704-08
• [学会発表] Design principle of precise neural clocks (2011)
  • 著者名/発表者名: Kori, H., Kawamura, Y., and Masuda, N
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics (ICCN2011)
  • 発表場所: Hilton Niseko Village, Hokkaido, Japan
  • 年月日: 20110609-13
• [学会発表] Sequential node removal to increase the spectral gap of networks (2011)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, T. and Masuda, N
  • 学会等名: NetSci 2011
  • 発表場所: Budapest, Hungary
  • 年月日: 20110608-10
• [学会発表] Collective phase diffusion in networks of noisy oscillators (2011)
  • 著者名/発表者名: Masuda, N., Kawamura, Y., and Kori, H
  • 学会等名: SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems. Workshop: Linking Neuronal Network Architecture and Collective Dynamics
  • 発表場所: Snowbird, Utah, USA
  • 年月日: 20110522-26
• [学会発表] Theory of collective enhancement of temporal precision in oscillator networks (2010)
  • 著者名/発表者名: Kori, H., Kawamura, Y., and Masuda, N
  • 学会等名: Biosignal 2010
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 20100714-16
• [図書] 複雑ネットワーク 基礎から応用まで (2010)
  • 著者名/発表者名: 増田直紀,今野紀雄
  • 出版者: 近代科学社
• [備考] いくつかの研究成果の日本語による解説を以下のホームページで行っている
  • URL: http://www.stat.t.u-tokyo.ac.jp/~masuda/