2019 Fiscal Year Research-status Report
Construction of general purpose model of dynamical networks and its general theory
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18K03453
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
守田 智 静岡大学, 工学部, 教授 (20296750)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉村 仁 静岡大学, 工学部, 教授 (10291957) [Withdrawn]
伊東 啓 長崎大学, 熱帯医学研究所, 助教 (80780692)
泰中 啓一 静岡大学, 創造科学技術大学院, 客員教授 (30142227)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 複雑ネットワーク / ネットワーク科学 / 伝播モデル / 生態系モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ランダム乗算過程をネットワークに組み込み，動的モデルを構築する目標に向かって研究をおこなっている．ランダム乗算過程において変数の変動範囲に下から制限を設けた場合，変数が冪分布に従うことが知られているが，この事実をスケールフリーネットワークと統合して理解することで動的ネットワーク理論を構築しようという試みである．今年度は，応用面での研究に大きく進展があった．とくに性感染症モデルにおける性接触ネットワークの影響を確かめる研究が進展した．一つは実際の性接触ネットワークがどのような特徴を持っていっているかに関してインターネット上のアンケートを用いて調査したことである（Ito et al. 2019. PLOS ONE）．ここで得られたデータの解析から日本における性接触する異性の人数の分布が、男女ともに冪分布に従う（ネットワークがスケールフリー性を持つ）ことが確かめられた．また諸外国での先行研究との比較することで，日本は性感染症のリスクが高いことが示唆された．今後の理論面での研究にこのデータを活用していく予定である．さらに性感染症の数理モデルを構築し，スケールフリー性のある水平感染と世代を超えるショートカットである垂直感染の影響を比較した（Ito et al. 2019. Sci. Rep.）．ここでは「子供」と「成人女性」と「成人男性」の３つのコンパートメントに分けたモデルを用いて，それぞれのタイプ別再生産数を定式化した．その結果，効果的な予防ワクチンが存在する場合には,男性ではなく女性にワクチン接種を集中させるのが効率的であるという知見が理論的に導かれた.逆に感染するウイルス側の進化的適応として見た場合，女性から男性に感染する率を上げるより，男性から女性に感染する率を上げたほうが有利に働くという傾向があるという性感染症の動学として興味深い傾向が示唆された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は，多くの学術分野にわたって応用されるような動的ネットワークモデルを構築し，その一般的理論を整備していくことである．平成３０年度の段階で抽象的なモデリングの理論研究(Morita 2018. JPSJ)と当初計画では主に次年度でおこなう予定であった応用面での研究（Ito, et al. 2019. Appl. Math. Comp.）の２つのアプローチから大きく進展したことは昨年度の報告書にも記した通りである．令和元年度は，とくに応用面での研究が大きく進展した．本研究課題の分担者である長崎大学熱帯医学研究所の伊東らとの共同研究が２報の論文が比較的インパクトの高い学術誌に掲載された（Ito et al. 2019. PLOS ONE； Ito et al. 2019. Sci. Rep.）．前者の論文は性接触ネットワークについての実データを取り扱った論文であり，今後のネットワーク理論の発展に重要な寄与がある．後者は前年度の研究をさらに発展させたものであり，理論疫学の分野で基本再生産数に変わって着目されるようになっているタイプ別再生産数という指標を定式化したものである．いずれも社会医学・公衆衛生学の分野への重要度も高く，大学ジャーナルのオンライン版でもインパクトのある研究として取り上げられていた．上記の結果は８月に北京で行われた数理生物学の国際会議で招待講演として発表し，内外の研究者にアピールできたと自負している．動的ネットワークの数学的な厳密な公式化については，まだ論文として投稿していないものの，進展しており令和２年度の早い時期に完成する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
まずはランダム乗算過程を用いたネットワークモデルの構築を完成させる．いままでに試みた連続時間モデルへの拡張・一般化ではなく，離散時間モデルでのモデル構築に集中していく．現実にあるデータは多くが離散的であることを考えると，離散時間モデルのほうが有効性が高いとも言える．本研究課題では分野横断的な汎用モデルの構築を目指しており，他分野に波及させていく場合もエレガントなものよりシンプルでわかりやすいモデルのほうが好まれると考えている．また，最初の２年間で進んだ性接触ネットワークモデルの研究もさらに進展させていく．これまでのモデルは冪乗分布を外的に与えているが，冪乗分布が自己組織的に成立していくモデルに拡張していく．また公衆衛生の重要な問題である性感染症の伝播過程をより明確に記述する数理モデルを構築する．この数理モデルを解析することにより性感染症抑制のための政策提言も可能になるだろう．また長期的な性感染症の進化についても考察する．性感染症を始めとする感染する細菌・ウイルスは，その蔓延の後の弱毒化という現象が知られているが，その詳細な進化メカニズムも解明する．感染症の進化としてより重要な問題に薬剤耐性の進化があるが，この問題についても考察していきたい．これらの現象は，ネットワークの動的構造とネットワーク上の個体の共進化として捉えることができる．感染症伝播，進化ゲーム，さらにリスク・情報・文化の伝播に幅広く応用できる汎用的数理モデルを構築することを目指している．
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| Causes of Carryover |
３月に参加予定であった研究会が新型コロナウイルス感染対策のため急遽中止になり，出張旅費として使用する予定であった経費が残ってしまったため，残額は出張旅費として次年度に使用する．
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Research Products
(13 results)
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[Journal Article] Grazing enhances species diversity in grassland communities2019
Author(s)
Pulungan Muhammad Almaududi、Suzuki Shota、Gavina Maica Krizna Areja、Tubay Jerrold M.、Ito Hiromu、Nii Momoka、Ichinose Genki、Okabe Takuya、Ishida Atsushi、Shiyomi Masae、Togashi Tatsuya、Yoshimura Jin、Morita Satoru
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 9 (11201)
Pages: 1～8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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