生物における構造形成と情報に関する数理的研究

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19340023
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 数学一般(含確率論・統計数学)
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 小林 亮 広島大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60153657)
• 研究分担者: 中垣 俊之 はこだて未来大学, システム情報工学部, 教授 (70300887) ; 三浦 岳 京都大学, 大学院・医学研究科, 准教授 (10324617)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2010
• キーワード: 真正粘菌変形体 / スタイナー問題 / ネットワーク / フェーズフィールド / 卵割 / アメーバ運動 / 数理モデル

研究概要

真正粘菌が鉄道網のような輸送ネットワークと等価なネットワークを形成する能力があることを実験的に示し、その数理モデルを構築することによって、ネットワークの新しい設計手法を提案した。また、卵割初期における空間的配位の決定や、肺や血管網の分岐構造の形成において、情報がどのような機序で働いているかを記述するモデルを提案した。これらの研究を通して、生物の構造形成と情報を結ぶしくみを記述する数理的手法を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Construction of seld-organized transportation networks in the polydomous Argentine ant, Journal of The Royal Society (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Latty, K.Pamsch, K.Ito, M.Middendorf, 中垣俊之, M.Beekman
  • 雑誌名: Interface doi:10.1098/rsif. ページ: 0612
  • DOI: 10.1098/rsif.2010.0612
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mathematical model for contemplative amoeboid locomotion (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Ueda, S.Takagi, Y.Nishiura, 中垣俊之
  • 雑誌名: Physical Review E 83 ページ: 02191
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Mathematical Model Of Cleavage (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Akiyama, A.Tero, 小林亮
  • 雑誌名: J.Theor.Biol. 264(1) ページ: 84-94
  • 査読あり
• [雑誌論文] Risk management in spatio-temporally varying field by true slime mold (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Ito, D.Sumpter, 中垣俊之
  • 雑誌名: Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE Vol.1 ページ: 26-36
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mathematical analysis to coupled oscillators system with a conservation law (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Miyaji, I.Ohnishi, 小林亮, A.Takamatsu
  • 雑誌名: RIMS Kokyuroku Bessatsu B21 ページ: 129-147
  • 査読あり
• [雑誌論文] フェーズフィールド法のおもしろさ (2010)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 雑誌名: 計算工学 15(2) ページ: 2287-2290
• [雑誌論文] Fully decentralized control of a soft-bodied robot inspired by true slime mold (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umedachi, K.Takeda, 中垣俊之, 小林亮, A.Ishiguro
  • 雑誌名: Biol.Cybern. 102 ページ: 261-269
  • 査読あり
• [雑誌論文] A method inspired by Physarum for solving the Steiner problem (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Tero, 中垣俊之, T.Kazutaka, Y.Kenji, 小林亮
  • 雑誌名: International Journal of Unconventional Computing 6 ページ: 109-123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rules for biologically-inspired adaptive network design (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Tero, S.Takagi, T.Saigusa, K.Ito, D.P.Bebber, M.D.Fricker, K.Yumiki, 小林亮, 中垣俊之
  • 雑誌名: Science 327 ページ: 439-442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reaction-Diffusion model as a Framework for Understanding Biological Pattern Formation (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kondo, 三浦岳
  • 雑誌名: Science 329 ページ: 1616-1620
  • 査読あり
• [雑誌論文] 反応拡散系の生物のパターン形成現象への応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 三浦岳, 長山雅晴
  • 雑誌名: 蛋白質核酸酵素 55(1) ページ: 114-122
• [雑誌論文] Mechanism of skull suture maintenance and interdigitation (2009)
  • 著者名/発表者名: 三浦岳, C.A.Perlyn, M.Kinboshi, N.Ogihara, M.Kobayashi-Miura G.M.Morriss-Kay, K.Shiota
  • 雑誌名: J.Anat. 215 ページ: 642-655
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vitro vasculogenesis models revisited - Measurement of VEGF's diffusion in Matrigel. (2009)
  • 著者名/発表者名: 三浦岳, R.Tanaka
  • 雑誌名: Mathematical Modelling of Natural Phenomena 4(4) ページ: 118-130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational ability of cells based on dynamics and adaptability (2009)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之, A.Tero, 小林亮, I.Onishi, T.Miyaji
  • 雑誌名: New Generation Computing, Ohmsha-Springer 27(1) ページ: 57-81
• [雑誌論文] The cyst-branch difference in developing chick lung results from a different morphogen diffusion coefficient (2009)
  • 著者名/発表者名: 三浦岳, D.Hartman, M.Kinboshi, M.Komada, M.Ishibashi, K.Shiota
  • 雑誌名: Mechanisms of Development 126 ページ: 160-172
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flow-network adaptation in Physarum amoebae (2008)
  • 著者名/発表者名: A.Tero, K.Yumiki, 小林亮, T.Saigusa, 中垣俊之
  • 雑誌名: Theory In Biosciences 127 ページ: 89-94
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hedgehog signaling is involved in development of the neocortex (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Komada, H.Saitsu, M.Kinboshi, 三浦岳, K.Ishibashi, K.Shiota
  • 雑誌名: Development 135 ページ: 2717-2727
  • 査読あり
• [雑誌論文] A mathematical model for adaptive transport network in path finding by the true slime mold (2007)
  • 著者名/発表者名: A.Tero, 小林亮, 中垣俊之
  • 雑誌名: J.Theor.Biol. 244 ページ: 553-564
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of food amount on path selection in transport network of an amoeboid organism (2007)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之, T.Saigusa, A.Tero, 小林亮
  • 雑誌名: Topological Aspects of Critical Systems and Networks, World Scientific ページ: 94-100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Minimum-risk path finding by an adaptive amoebal network (2007)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之, M.Iima, T.Ueda, Y.Nishiura,T.Saigusa, A.Tero, 小林亮, K.Showalter
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 99 ページ: 068104
  • 査読あり
• [雑誌論文] アメーバに学ぶ経路探索の方法 (2007)
  • 著者名/発表者名: 手老篤史、中垣俊之、小林亮
  • 雑誌名: Materials Integration 20(5) ページ: 55-60
• [雑誌論文] 粘菌による迷路の解法 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林亮、手老篤史、中垣俊之
  • 雑誌名: 細胞工学 26(7) ページ: 769-773
• [雑誌論文] Mechanism of lung branching morphogenesis, Biological and Physical Constraints on the Evolution of Form in Plants and Animals
  • 著者名/発表者名: 三浦岳
  • 雑誌名: Vienna series in Theoretical biology in press
  • 査読あり
• [学会発表] Toward Understanding the Locomotion of Animals (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: International Workshop on Far-From-Equilibrium Dynamics
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2011-01-04
• [学会発表] Mathematical Modeling of Crawling Animals (2010)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: 9th iCeMS International Symposium "Mesoscale Control and Engineering of Self-Organized and Excitable Systems in Biology and Chemistry"
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2010-12-03
• [学会発表] Ethology of an amoeba-physiology and mathematical modeling (2010)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之
  • 学会等名: Lecture in GCOE program Industrial Mathematics, Meiji University
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2010-10-25
• [学会発表] Mechanisim of lung branching morphogenesis (2010)
  • 著者名/発表者名: 三浦岳
  • 学会等名: 34^<th> Altenberg Workshop in Theoretical Biology
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2010-09-26
• [学会発表] Mathematical Modeling of the Locomotion of Amoeba (2010)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: Czech-Japan Seminar in Applied Mathematics
  • 発表場所: Prague, Telc, Czech
  • 年月日: 2010-08-31
• [学会発表] Mathematical Modeling for Pattern Formation in Nature (2010)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: ISSCG-14
  • 発表場所: Dalian, China
  • 年月日: 2010-08-04
• [学会発表] 真正粘菌の知性-細胞のエソロジカルダイナミクス- (2010)
  • 著者名/発表者名: 小林亮、中垣俊之、手老篤史
  • 学会等名: 理研ASI細胞システムコロキウムシリーズI「理論生物学」
  • 発表場所: 和光市
  • 年月日: 2010-06-04
• [学会発表] Ethological Dynamics of True Slime Mold (2010)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之、小林亮
  • 学会等名: 理研ASI細胞システムコロキウムシリーズI「理論生物学」
  • 発表場所: 和光市
  • 年月日: 2010-06-04
• [学会発表] Mechamism of lung branching morphogenesis (2010)
  • 著者名/発表者名: 三浦岳
  • 学会等名: 日本生理学会みちのくシンポジウム
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2010-05-19
• [学会発表] Ethology of plasmodial amoeba of slime mold in relation to the capacity of information processing in cell (2010)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之
  • 学会等名: 2^<nd> GCOE International Symposium of Animal Global Health. Special lecture
  • 発表場所: Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine
  • 年月日: 2010-04-04
• [学会発表] Ethology of amoeba viewed from nonlinear dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之
  • 学会等名: La 13e Rencontre du Non-lineaire, nstitut Henri Poincare
  • 発表場所: France
  • 年月日: 2010-03-15
• [学会発表] 血管網形成の数理モデル (2009)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: 京都大学再生医科学研究所平成21年度学術講演会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2009-12-14
• [学会発表] 自発的パターン形成における拡散と領域成長の役割:培養系での形態制御の可能性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 三浦岳
  • 学会等名: 日本バイオマテリアル学会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-11-17
• [学会発表] フェーズフィールドモデルのおもしろさ (2009)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: 日本機械学会第22回計算力学講演会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2009-10-10
• [学会発表] Modeling Lung Branching Morphogenesis", EMBO Conference Series on Morphogenesis and Dynamics of Multicellular Systems (2009)
  • 著者名/発表者名: 三浦岳
  • 学会等名: EMBO Conference Series on Morphogenesis and Dynamics of Multicellular Systems
  • 発表場所: Heidelberg, Germany
  • 年月日: 2009-10-03
• [学会発表] Negotiating multi-purpose optimization problem by means of the adaptive method inspired by a single celled organism Physarum (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Tero, M.Yamaguchi, 小林亮, 中垣俊之
  • 学会等名: 4th International Workshop on Natural Computing
  • 発表場所: Himeji
  • 年月日: 2009-09-23
• [学会発表] 真性粘菌変形体から探る自律分散制御のからくりと大自由度ロボット制御への応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 石黒章夫、梅舘拓也、武田光一、中垣俊之、小林亮
  • 学会等名: 第19回日本数理生物学会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] 卵割の数理モデル (2009)
  • 著者名/発表者名: 秋山正和、手老篤史、小林亮
  • 学会等名: 第19回日本数理生物学会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] A Mathematical Model of Amoeboid Locomotion (2009)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: Reaction-Diffusion Systems : Modeling and Analysis, Universite de Paris-Sud 11
  • 発表場所: Orsay, France
  • 年月日: 2009-06-04
• [学会発表] Biologistics learned from adaptable transport network of food locations in slime mold (2009)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之, 小林亮, A.Tero
  • 学会等名: The 2nd Ladenburger Kolleg meeting on "From Bio-inspired Logistics to Logistics-Inspired Bio-Nano-Engineering"
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 2009-04-20
• [学会発表] A Mathematical Model of Amoeboid Locomotion (2009)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: International Conference for Nonlinear Science, Sapporo Winter School
  • 発表場所: Hokkaido University
  • 年月日: 2009-02-10
• [学会発表] アメーバ運動の数理モデル (2009)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: 生命数理セミナー研究会
  • 発表場所: 北海道虻田郡
  • 年月日: 2009-01-19
• [学会発表] アメーバ運動の数理モデル (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: 第46回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2008-12-03
• [学会発表] アメーバ運動の数理モデル (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: 日本機械学会第21回計算力学講演会CMD2008
  • 発表場所: 琉球大学
  • 年月日: 2008-11-02
• [学会発表] A Mathematical Model of Amoeboid Locomotion (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: Mathematical Understanding of Complex Systems arising in Biology and Medicine
  • 発表場所: Meiji University
  • 年月日: 2008-10-28
• [学会発表] A Mathematical Model of Amoeboid Locomotion (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: 第18回日本数理生物学会大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2008-09-17
• [学会発表] A Mathematical Model of Amoeboid Locomotion (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: Dynamics Days Asia Pacific 5
  • 発表場所: Nara
  • 年月日: 2008-09-11
• [学会発表] Patterns and Computations in BiologicalSystems-True Slime Mold- (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林亮, A.Tero, 中垣俊之
  • 学会等名: Czech-Japanese Seminar in Applied Mathematics 2008
  • 発表場所: Takachiho, Miyazaki
  • 年月日: 2008-09-02
• [学会発表] A Mathematical Model of Locomoting Amoeba (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: The Second China-Japan Colloquium of Mathematical Biology
  • 発表場所: Okayama
  • 年月日: 2008-08-05
• [学会発表] Organic Computing by an amoeba : Optimization in natural systems (2008)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之, A.Tero, 小林亮, D.Sumpter, M.Beekman, M.Middendorf
  • 学会等名: The 9th Human frontier science program awardee meeting, Berlin Brandenburg Academy of Sciences and Humanities
  • 発表場所: Germany
  • 年月日: 2008-07-24
• [学会発表] A Mathematical Model of Locomoting Amoeba (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: European Conference on Mathematical and Theoretical Biology
  • 発表場所: Edinburgh, UK
  • 年月日: 2008-07-03
• [学会発表] A Mathematical Model of Amoeboid Locomotion (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Mathematical Biology and Biomathematics
  • 発表場所: Barga, Italy
  • 年月日: 2008-06-22
• [学会発表] アメーバの賢さのしくみと制御 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之、手老篤史、三枝徹、小林亮
  • 学会等名: 第52回システム制御情報学会研究発表会
  • 発表場所: 京都情報大学院大学京都駅前校
  • 年月日: 2008-05-17
• [学会発表] Information processing at cell level -smart behaviors in an amoeba of Physarum- (2008)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之, A.Tero, 三枝徹, 小林亮
  • 学会等名: Korean Physical Society Meeting
  • 発表場所: Dejeon, Korea
  • 年月日: 2008-04-08
• [学会発表] Functional networking by an amoeba (2008)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之, A.Tero, 三枝徹, 小林亮
  • 学会等名: NSC Winter Workshop 2008 : Complex Nonlinear Dynamics ranging from Biology to Engineering
  • 発表場所: Hokkaido Univrsity
  • 年月日: 2008-03-08
• [学会発表] 粘菌ネットワークの流量適応ダイナミクス (2007)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之、手老篤史、小林亮
  • 学会等名: 第13回交通流のシミュレーションシンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2007-12-07
• [学会発表] A Biologically Motivated Shortest Path Finding Problem (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林亮、弓木健嗣、手老篤史、中垣俊之
  • 学会等名: 数理解析研究所研究集会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2007-11-15
• [学会発表] 生物の賢さを生み出す情報処理のしくみーアメーバの事例からー (2007)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之、手老篤史、三枝徹、小林亮
  • 学会等名: 北海道大学創成科学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-11-02
• [学会発表] Dynamical Synchronization in True Slime Mold-Maze Solving Amoeba- (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林亮, A.Tero, 中垣俊之
  • 学会等名: The 23rd Symposium of the Society of Population Ecology "Spatial Structure and Dynamics of Ecological System"
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2007-10-19
• [学会発表] 細胞行動のダイナミクスに学ぶ自律分散制御 (2007)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之、高木清二、手老篤史、三枝徹、小林亮
  • 学会等名: 第一回SICE生物制御システム調査研究会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2007-10-18
• [学会発表] Optimization in an amoeboid system -Networking multiple food-locations- (2007)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之, S.Takagi, 三枝徹, A.Tero, 小林亮
  • 学会等名: European Conference on Complex Systems
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2007-10-04
• [学会発表] A Biologically Motivated Shortest Path Finding Algorithm (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林亮, A.Tero, 中垣俊之, K.Yumiki
  • 学会等名: The Workshop on Mathematical Modelling and Analysis of Biological Pattern Formations and the Related Topics
  • 発表場所: Nagoya
  • 年月日: 2007-09-25
• [学会発表] A Biologically Motivated Shortest Path Finding Algorithm (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林亮, A.Tero, 中垣俊之
  • 学会等名: Mathematical Modeling and Analysis in Biological and Chemical Systems
  • 発表場所: Orsay, France
  • 年月日: 2007-09-04
• [学会発表] Physarum solver :アメーバに学ぶ計算法-基礎と応用- (2007)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之、三枝徹、手老篤史、小林亮
  • 学会等名: 第13回創発システムシンポジウム-相互作用を考える-
  • 発表場所: 富山市
  • 年月日: 2007-08-17
• [学会発表] Sovling network problem by amoeba : dynamics and computation (2007)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之, A.Tero, 小林亮, 三枝徹
  • 学会等名: Conference on Unconventional Computiong
  • 発表場所: Bristol, UK
  • 年月日: 2007-07-12
• [学会発表] アメーバ様生物粘菌の賢さとその自律分散的しくみ (2007)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之、手老篤史、小林亮
  • 学会等名: 計測自動制御学会システム・情報部会主催第40回自律分散システム部会研究会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-06-26
• [学会発表] Modeling of the adaptive network of true slime mold (2007)
  • 著者名/発表者名: A.Tero, 小林亮, 中垣俊之, 三枝徹
  • 学会等名: SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems
  • 発表場所: Snowbird, Saltlake City, USA
  • 年月日: 2007-05-29
• [学会発表] 計算するアメーバ-真正粘菌変形体- (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 学会等名: 京都算楽会第3回研究会
  • 発表場所: 由布市
  • 年月日: 2007-05-13
• [図書] 理論生物学(分担執筆)(真正粘菌の運動と知性) (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林亮, 中垣俊之
  • 総ページ数: 176-200
  • 出版者: 共立出版
• [図書] PHPサイエンスワールド新書(粘菌?その驚くべき知性?) (2010)
  • 著者名/発表者名: 中垣俊之
  • 総ページ数: 198
  • 出版者: PHP研究所
• [図書] 「空間」の数理生物学(分担執筆)(フェーズフィールドモデル、シリーズ数理生物学要論巻2) (2009)
  • 著者名/発表者名: 小林亮
  • 総ページ数: 167-180
  • 出版者: 共立出版
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.kobayashi-lab.jp/kobayashi/intro.html
• [備考]
  • URL: http://www.fun.ac.jp/staff/staff_comp/nakagakitoshiyuki.html