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2022 Fiscal Year Annual Research Report

複雑ネットワーク上の情報の流れの理論構築と生物の環境適応機構の解明

Research Project

Project/Area Number 19K03663
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

森 史  九州大学, 芸術工学研究院, 助教 (90525891)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岡田 崇  京都大学, 医生物学研究所, 特定准教授 (10741043)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords複雑ネットワーク / 数理生物学 / 情報流 / ブーリアンネットワーク / 環境適応
Outline of Annual Research Achievements

遺伝子制御系やニューラルネットワーク系などの生物ネットワークが、効率的な情報伝達をどのように実現しているのかという問題は、生物学のみならず物理学としても非常に興味深い。近年、情報処理を担う生体内の様々なネットワークが網羅的にデータベース化されつつあるが、本研究は、理論的アプローチにより、環境に適した情報出力を可能にしているネットワークの特徴を明らかにするために、複雑ネットワーク上の情報の流れに対する理論を構築することを目的としている。これらの系の記述には、各素子がONとOFFの2状態を取るブーリアンネットワークモデルが適しているので、ブーリアンネットワーク上の移動エントロピー(Transfer Entropy)に対する解析的アプローチが存在すれば、情報伝達に有利なネットワークシステムの特徴が明らかになると考えられる。しかし、ブーリアンネットワークの状態空間は極めて広大であるため、従来の一般的な方法で移動エントロピーを解析的に求めるのは非常に困難であった。また、形式的な行列計算では、生成される情報流と背後にあるグラフ構造との関係性はこれまで不透明であった。最終年度は、期間全体の集大成として、ネットワークモチーフの情報転送の特徴を明らかにし、論文にまとめ、物理学の国際誌上に発表することができた。研究期間全体を通して、ネットワーク上の情報流を記述する理論を構築することから始まり、それをさらに一般化することに成功し、一般性の高い理論を最後にまとめることができた。

  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Information-transfer characteristics in network motifs2023

    • Author(s)
      Mori Fumito、Okada Takashi
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 5 Pages: 013037

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.5.013037

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Root PRR7 Improves the Accuracy of the Shoot Circadian Clock through Nutrient Transport2023

    • Author(s)
      Uemoto Kyohei、Mori Fumito、Yamauchi Shota、Kubota Akane、Takahashi Nozomu、Egashira Haruki、Kunimoto Yumi、Araki Takashi、Takemiya Atsushi、Ito Hiroshi、Endo Motomu
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 64 Pages: 352~362

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad003

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Lineage frequency fluctuations reveal the spatial dynamics of disease transmission in SARS-CoV-22023

    • Author(s)
      Takashi Okada
    • Organizer
      APS March Meeting 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Graphical expansion of information flows in network motifs2022

    • Author(s)
      Fumito Mori
    • Organizer
      Conference on complex systems 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Output systems can improve accuracy of biological rhythms2022

    • Author(s)
      Hotaka Kaji, Fumito Mori, and Hiroshi Ito
    • Organizer
      Conference on complex systems 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 振動の時刻データを用いた振動子間の結合強度の推定2022

    • Author(s)
      森史
    • Organizer
      研究集会:データサイエンスにおける統計科学
  • [Presentation] 概日時計出力系は時計を正確にし得る2022

    • Author(s)
      梶穂高、森史、伊藤浩史
    • Organizer
      第29回日本時間生物学会学術大会
  • [Remarks] ネットワークの三角構造が担う情報伝達の役割を解明

    • URL

      https://www.kyushu-u.ac.jp/f/51272/23_0126_02.pdf

URL: 

Published: 2023-12-25  

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