| 研究課題/領域番号 |
19K12140
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| 研究機関 | 琉球大学 |
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研究代表者 |
國田 樹 琉球大学, 工学部, 准教授 (20645478)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 行動変容能 / 学習記憶能 / 環境適応能 / 単細胞生物 / ゾウリムシ / 膜電位動態 / 数理モデル / Hodgkin-Huxleyモデル |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，自律的に移動可能なマイクロロボットの行動設計への応用を目指し，自然が創り出したマイクロロボットである単細胞生物の行動のしくみを明らかにすることを目的としている．具体的には，単細胞生物ゾウリムシの学習能をターゲットに，その学習能が高等生物と比較してどのくらいのレベルか，どのような細胞機能に基づいて実現されているかを生物実験と数理モデルの両面から明らかにしようとするものである．
その実現のために研究を3段階に分けて遂行している．第1段階は，ゾウリムシが通常の生活空間とは異なる形状の空間におかれたとき，空間形状に適した運動を試行錯誤的に獲得する行動変容能(学習能)を持つことを実験的に示す段階である．第2段階は，その行動変容が短期的に記憶できることを実験的に示す段階である．第3段階は，それら学習能および短期記憶能をゾウリムシの行動を制御する膜電気動態に基づいて数理モデルで表現する段階である．2020年度までに，上述の第1段階および第2段階の基礎となる実験的研究，第3段階の数理モデルの基盤構築までを終えていた．
2021年度は，研究成果の論文化のために，第1～2段階の実験結果の検証と追加実験，第3段階の数理モデルの3次元化と実験データを再現し得るパラメータ探索を行った．追加実験により， ゾウリムシの行動変容について運動方向と運動速度の定量的特徴，および行動変容の短期的記憶能に関する記憶保持時間の定量的特徴が得られた．数理モデル化の3次元化については，ボルボックスの運動モデルとロボットの順運動学を参考に構成しているところである．さらに，これまでのモデルでは力学刺激応答の入力刺激強度を定数としていたが，実験データに基づいてゾウリムシの物体への衝突力から入力刺激強度を決定する方法へと変更した．これらの変更等により，実際のゾウリムシの運動がより反映されたモデル基盤が構築されつつある．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究成果の論文化に向けて実験データの定量的特徴が得られた．また，ゾウリムシの行動を再現し得る数理モデルについて，入力刺激強度を実験に基づいてパラメータとし，また3次元化を進められた．これらに関する研究成果の一部を第22回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会で発表した．最終年度となる2022年度中には論文投稿できる目途が立っており，概ね当初の計画通りに進行していると考える．
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度は本採択研究の最終年度であり，論文執筆および論文投稿を行う．論文完成のためには，数理モデルの3次元化，実験結果を再現し得るパラメータサーチを終える．数理モデルについては，ゾウリムシ以外の遊泳原生生物の既存モデルとの対応関係も考慮し，将来的に汎用な数理モデルとなるように設計する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2021年度は，COVID-19感染症拡大の影響により支出予定の旅費が不要となった．具体的には，学会が中止もしくはオンライン開催となったこと，国内研究者との打ち合わせをオンライン実施に切り替えたことが直接的な理由である．次年度使用額分については2022年度の旅費と実験消耗品の購入を予定している．
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