• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2013 年度 実績報告書

多時間スケールダイナミクスによるメタルール生成とそれに基づく学習、進化の理論

計画研究

研究領域ヘテロ複雑システムによるコミュニケーション理解のための神経機構の解明
研究課題/領域番号 21120004
研究機関東京大学

研究代表者

金子 邦彦  東京大学, 総合文化研究科, 教授 (30177513)

研究期間 (年度) 2009-07-23 – 2014-03-31
キーワード力学系 / カオス的遍歴 / 可塑性 / 学習 / 進化
研究概要

力学系を拡張して、生命システムの自律的発展の理論を開拓した。主要な結果は以下のとおりである。
1.入出力関係の学習、記憶と自発活動:昨年度までに、力学系のフローの変化(分岐)として記憶をとらえる描像を展開した。今年度は昨年度までに導入した学習モデルに相関のある入出力マップを逐次的に繰り返し学習させた。するとその相関の応じて入力をカテゴリー化させることが自発的に生じた。この時、カテゴリーは相空間内の階層的構造として記述され、入力が強くなるに従い、細かいカテゴリーの分別が生じることが示された。一方で時間的にみたときに、まず大雑把なカテゴリーに対応するアトラクターに漸近、ついで、細かく分かれたアトラクターへと分類されることが示された。これは我々が認知する過程と対応している。さらに入力がないときは、このようなカテゴリー構造を内包する自発神経活動が生ずることを示した。また、分岐としての記憶スキームが積分―発火型ニューロンモデルにおいても「分岐による記憶描像」がうまく働くことを示して、ノイズに対する安定性を明らかにした。
2.速い変数の集団カオスによる遅い変数のカオス的遍歴:多数の速い変数と1つの遅い変数が結合した力学系において、見出した状態遷移が、速い変数を消去して得られる、遅い変数の運動をあらわすブランチ間の遷移で表現されることを明らかにした。さらに、この遷移が集団的カオスによる、確率的遷移であることを示した。
3.進化におけるルシャトリエ原理:環境変化によって生じた表現型の変化が打ち消されていくように遺伝的進化が生じることを大自由度反応系の細胞モデル力学系のシミュレーションで明らかにした。この補償度合いが多くの成分で共通であることを見出し、その理論を構築した。これにより、進化や学習でゆっくり変化する生命システムの可塑性と安定性(ホメオスタシス)をあらわす数理的基盤を与えた。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2013 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (19件) (うち招待講演 5件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] Embedding Responses in Spontaneous Neural Activity Shaped through Sequential Learning2013

    • 著者名/発表者名
      T. Kurikawa and K. Kaneko
    • 雑誌名

      PLoS Computational Biology

      巻: 9 ページ: e1002943

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1002943

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Minimal Model for Stem-Cell Differentiation2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Goto and K. Kaneko
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 88(2013) ページ: 032718

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.88.032718

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cooperative Adaptive Response in Gene Regulatory Networks with Many Degrees of Freedom2013

    • 著者名/発表者名
      M. Inoue, K. Kaneko
    • 雑誌名

      PLoS Computational Biology

      巻: Vol.9, Issue 4 ページ: e1003001

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1003001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Slow Stochastic Switching by Collective Chaos of Fast Elements2013

    • 著者名/発表者名
      H. Aoki and K. Kaneko
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 111 ページ: 144102

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.111.144102

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Baldwin effect under multi-peaked fitness landscapes: Phenotypic fluctuation accelerates evolutionary rate2013

    • 著者名/発表者名
      Nen Saito, Shuji Ishihara, and Kunihiko Kaneko
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 87 ページ: 052701

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.87.052701

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Epigenetic feedback regulation accelerates adaptation and evolution2013

    • 著者名/発表者名
      Chikara Furusawa and Kunihiko Kaneko
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 8 ページ: e61251

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0061251

    • 査読あり
  • [学会発表] Dynamical-Systems Perspective to Stem-cell Biology:Relevance of oscillatory gene expression dynamics and cell-cell interaction

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      Symposium on Systems Biology of Stem Cells
    • 発表場所
      Beckman Center (Irvine, California, 米国)
    • 招待講演
  • [学会発表] Memories as bifurcations shaped through sequential learning

    • 著者名/発表者名
      Tomoki KURIKAWA
    • 学会等名
      The 4th International Conference on Cognitive Neurodynamics
    • 発表場所
      Agora for Biosystems(Sigtuna, スウェーデン)
  • [学会発表] Plasticity and Robustness in Evolution: Macroscopic Theory, Model Simulations, and Laboratory Experiments - Part I.

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko KANEKO
    • 学会等名
      Quantitative Laws of Genome Evolution
    • 発表場所
      Villa del Grumello(Como, イタリア)
    • 招待講演
  • [学会発表] Plasticity and Robustness in Evolution: Macroscopic Theory, Model Simulations, and Laboratory Experiments - Part II.

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko KANEKO
    • 学会等名
      Quantitative Laws of Genome Evolution
    • 発表場所
      Villa del Grumello(Como, イタリア)
    • 招待講演
  • [学会発表] Complexity in Genotype-Phenotype Mapping Facilitates Evolution of Genetic Redundancy

    • 著者名/発表者名
      Nen Saito
    • 学会等名
      Quantitative Laws of Genome Evolution
    • 発表場所
      Villa del Grumello(Como, イタリア)
  • [学会発表] 力学系的視座に基づく進化-発生対応の探究

    • 著者名/発表者名
      香曽我部隆裕
    • 学会等名
      第15回 日本進化学会
    • 発表場所
      筑波大学(茨城県つくば市)
  • [学会発表] 遺伝型-表現型マップの複雑性が遺伝的冗長性の進化を促進する

    • 著者名/発表者名
      斉藤稔
    • 学会等名
      第23回 日本数理生物学会大会
    • 発表場所
      静岡大学(静岡県静岡市)
  • [学会発表] パターン形成力学系の進化に於ける遅い変数の持つ役割

    • 著者名/発表者名
      香曽我部貴裕
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島県徳島市)
  • [学会発表] レプリカ法を用いたネットワーク上のチューリングパターンの解析

    • 著者名/発表者名
      斉藤稔
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島県徳島市)
  • [学会発表] 環境変動と表現型変動を考慮した進化のモデル

    • 著者名/発表者名
      斉藤稔
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島県徳島市)
  • [学会発表] 少数性転移による反応フロースイッチ機構

    • 著者名/発表者名
      斉藤稔
    • 学会等名
      研究会「理論と実験」2013
    • 発表場所
      広島大学(広島県東広島市)
  • [学会発表] Dynamical-Systems view of Plasticity and Robustness: In Development and Evolution

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      Symposium on Complex Biodynamics and Networks
    • 発表場所
      慶應義塾大学(山形県鶴岡市)
  • [学会発表] Dynamical Systems with Time-scale Interference for a Theory of Biological Plasticity and Robustness

    • 著者名/発表者名
      金子邦彦
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium on Innovative Mathematical Modelling
    • 発表場所
      東京大学、生産技術研究所(東京都目黒区)
  • [学会発表] 少数性転移による反応フロースイッチ

    • 著者名/発表者名
      斉藤稔
    • 学会等名
      定量生物学の会 第六回年会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
  • [学会発表] Dynamical systems theory for robustness and plasticity in cell differentiation

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko KANEKO
    • 学会等名
      Workshop on “Complex Systems Theory and Cancer Biology
    • 発表場所
      the Tempe Mission Palms Resort Hotel (Tempe, Arizona, 米国)
    • 招待講演
  • [学会発表] Autonomous regulation of biological time by catalytic reaction dynamics

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko KANEKO
    • 学会等名
      Beyond Centre Workshop on the Physics of Living Matter
    • 発表場所
      the Tempe Mission Palms Resort Hotel (Tempe, Arizona, 米国)
    • 招待講演
  • [学会発表] 多時間スケールの階層構造を持つリカレントニューラルネットワークの学習則

    • 著者名/発表者名
      松元叡一
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県平塚市)
  • [学会発表] 分岐から見る進化 発生対応とその崩れ

    • 著者名/発表者名
      香曽我部隆裕
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県平塚市)
  • [学会発表] 定常成長細胞のマクロ現象論:全成分にわたる共通応答関係

    • 著者名/発表者名
      金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県平塚市)
  • [図書] Advances in Cognitive Neurodynamics III ("Memories as Bifurcations": A Simple Model.)2013

    • 著者名/発表者名
      Tomoki Kurikawa and Kunihiko Kaneko
    • 総ページ数
      600(537-542)
    • 出版者
      Springer
  • [図書] Advances in Cognitive Neurodynamics III (Ongoing Global Phase Pattern and Visual Signal Detection.)2013

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Shimaoka, Keiichi Kitajo, Kunihiko Kaneko, Yoko Yamaguchi
    • 総ページ数
      600(509-514)
    • 出版者
      Springer
  • [図書] Advances in Cognitive Neurodynamics III (Balancing Robustness with Plasticity Through Evolution and Learning)2013

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Kaneko
    • 総ページ数
      600(379-385)
    • 出版者
      Springer

URL: 

公開日: 2015-05-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi