| 研究課題/領域番号 |
26540125
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
阿久津 達也 京都大学, 化学研究所, 教授 (90261859)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 複雑ネットワーク / ロバストネス / 構造的可制御性 / スケールフリーネットワーク / 最小支配集合 / ブーリアンネットワーク |
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| 研究実績の概要 |
支配集合に基づく頑健な制御については、昨年度に引き続き少し別の観点から研究を行った。最小支配集合のサイズが複雑ネットワークの次数分布だけではなく次数相関にも影響されることが知られていたが、その定量的な解析は十分に行われていなかった。そこで次数相関を持つネットワークに対して、ネットワーク分割と、正則二部グラフ構造の再帰的解析を組み合わせた新たな解析手法を開発し、その手法を最小支配集合のサイズの解析に適用した。その結果、正の次数相関はあまり影響を与えないが、負の次数相関はサイズを小さくすることに大きく影響することなどが示された。
ブーリアンネットワークの制御については、指定された目標状態に導くための最小制御頂点集合を計算する問題に対して整数計画法を用いた計算手法を開発した。さらに、制御に要する時間ステップ数が小さい場合の最小制御頂点の理論解析、および、シミュレーション解析を行い、両者が比較的良い一致を示すことを確認した。さらに、シミュレーション解析により長い時間ステップを用いても制御頂点数が一定以下には減らないことを見出し、その結果が妥当であることを理論解析により示した。
代謝ネットワークのブーリアンモデルについても研究を行い、正常細胞と異常細胞の遺伝子発現データが与えられた際に、遺伝子ノックアウト後の結果ができるだけ異常細胞の発現パターンに近くなるように制御頂点を選択するという問題の定式化を行い、整数計画法に基づく選択手法を開発した。実際の代謝ネットワークおよび遺伝子発現データを用いた解析により、既存の統計的手法に基づく選択手法と比較して提案手法がより妥当な結果を得られることを示した。
また、研究代表者らがこれまでに行ってきた最小支配集合を用いた複雑ネットワークの制御に関する結果などをまとめた解説論文を出版した。
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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
当初の予定とは少し別の展開を見せているが、最小支配集合における重要頂点の効率的な計算手法の開発や次数相関との関連の新規な解析手法の開発など研究成果は着実に得られており、研究は順調に進展していると判断できる。また、頑健性を高めるための新たな方法論として最小支配集合の概念を複数ネットワークに拡張するという新たなアイデアを生まれており、このアイデアの深化のために、研究機関を延長して研究を続けることになった。
ブーリアンネットワークモデルにおける可制御性解析についても、最小制御頂点の漸近的な解析のための新たな手法を開発することができ、当初と少し方向性はずれているが新たなアイデアが生まれ、着実に研究成果も出て順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の研究において、頑健性を高めることを主目的として複数ネットワークに対する最小支配集合という新たなアイデアを得ることができたので、その解析に注力する。
また、ブーリアンネットワークの解析においても、最小制御頂点の漸近的な解析のための新たな手法が開発できたが、その解析可能範囲が短いステップ数に留まっていたので、より長いステップに亘って解析できるように手法の拡張を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究は順調に進んでいるが、頑健性を持たせるための方策として複数ネットワークの同時制御という新たなアイデアが生じ、その理論解析やシミュレーション解析に時間を要しており、平成29年度も研究を継続することにした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
大学院生の協力を得てシミュレーション解析を加速するための謝金、および、研究成果を発表するための論文出版費用・学会旅費などに利用する。
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