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

2013 年度 研究成果報告書

• 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: 複合領域
• 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

生命システムの持つ自律的規則生成の原理を、異なる時間スケールを持った力学系の理論をベースにして研究した。以下の５点が主要な結果である。（１）入出力ダイナミクスの分岐としての記憶と学習（２）振動力学系の相互作用誘起分岐による細胞分化理論（３）大自由度集団適応（４）表現型のゆらぎと進化の一般法則、およびロバストネスの進化と可塑性の力学系表現（５）多時間スケール系のカオス的遍歴。この研究を通して、ヘテロでダイナミックな素子集団から、環境の変化に対して柔軟に適応し安定した性質が生じてくること、そのダイナミクスと揺らぎの特性を明らかにした、これにより、認知過程、伝達創成の数理的基盤を提供した。

研究成果

• [雑誌論文] The Baldwin effect under multi-peaked fitness landscapes : Phenotypic fluctuation acceleratesevolutionary rate (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Saito, S. Ishihara, and K. 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] Embedding Responses in Spontaneous Neural Activity Shaped through Sequential Learning (2013)
  • 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 Differentiation (2013)
  • 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 Freedom (2013)
  • 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 Elements (2013)
  • 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] Evolution of Robustness and Plasticity under Environmental Fluctuation : Formulation in terms of Phenotypic Variances (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kaneko
  • 雑誌名: J. Stat. Phys. 巻: 148 ページ: 686-704
  • DOI: 10.1007/s10955-012-0563-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Replica symmetry breaking in an adiabatic spin-glass model of adaptive evolution (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Sakata, K. Hukushima and K. Kaneko
  • 雑誌名: Europhys. Lett. 巻: 99 ページ: 68004
  • DOI: 10.1209/0295-5075/99/68004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Associative Memory Model with the Spontaneous neural Activity (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kurikawa and K. Kaneko
  • 雑誌名: Europhys. Lett. 巻: 98 ページ: 48002
  • DOI: 10.1209/0295-5075/98/48002
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Dynamical-Systems View of Stem Cell Biology (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Furusawa and K. Kaneko
  • 雑誌名: Science 巻: 338 ページ: 215-217
  • DOI: 10.1126/science.1224311
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptation to optimal cell growth through self-organized criticality (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Furusawa and K. Kaneko
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 108 ページ: 208103
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.208103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Learning Shapes Spontaneous Activity Itinerating overMemorized States (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kurikawa and K. Kaneko
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 6 ページ: e17432
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0017432
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oscillatory Protein Expression Dynamics Endows Stem Cells with Robust DifferentiationPotential (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Suzuki, C. Furusawa, and K. Kaneko
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 6 ページ: e27232
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0027232
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of stem cells and cancer cells on the basis of gene expression profile stability, plasticity and robustness (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kaneko
  • 雑誌名: Bioessays 巻: 33 ページ: 403-413
  • DOI: 10.1002/bies.201000153
  • 査読あり
• [学会発表] Plasticity and Robustness in Evolution : Macroscopic Theory, Model Simulations, and Laboratory Experiments -Part I&II (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kaneko
  • 学会等名: Quantitative Laws of Genome Evolution
  • 発表場所: Villa del Grumello (Como,イタリア)
  • 年月日: 2013-07-02
• [学会発表] Dynamical-Systems Perspective to Stem-cell Biology : Relevance of oscillatory gene expression dynamics and cell-cell interaction (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Kaneko
  • 学会等名: Symposium on Systems Biology of Stem Cells
  • 発表場所: Beckman center (Irvine,米国)
  • 年月日: 2013-06-10
• [学会発表] Characterization of stem cells and cancer cells on the basis of gene expression dynamics and robustness (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kaneko
  • 学会等名: Sumeer school"DNA synamics and life strategies"
  • 発表場所: Krogerup Hoejskole(デンマーク)
  • 年月日: 2012-08-15
• [学会発表] Phenotypic fluctuations, developmental Plasticity, and environmental variation (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kaneko
  • 学会等名: Euro Evo Devo
  • 発表場所: Univ. ofLisbon (Lisbon,ポルトガル)
  • 年月日: 2012-07-12
• [学会発表] Evolution of Robustness formulated in terms of Phenotypic Variances (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kaneko
  • 学会等名: Workshop 3: Robustness in Biological Systems
  • 発表場所: オハイオ(米国)
  • 年月日: 2012-02-06
• [図書] "Phenotypic Plasticity and Robustness : Evolutionary Stability Theory, Gene Expression Dynamics Model, and Laboratory Experiments "Evolutionary Systems Biology (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kaneko(ed. O. Soyer)
  • 出版者: Springer