2016 Fiscal Year Annual Research Report
Research for fundamental algorithm of natural intelligence by means of mathematical science and biological information science
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26310202
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
中垣 俊之 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (70300887)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上田 肇一 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 准教授 (00378960)
手老 篤史 九州大学, マス・フォア・インダストリ研究所, 准教授 (60431326)
黒田 茂 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (90431303)
佐藤 勝彦 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (90513622)
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| Project Period (FY) |
2014-07-18 – 2017-03-31
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| Keywords | 生体生命情報処理 / アルゴリズム / 単細胞 / 数理モデリング / 行動 / 繊毛虫 / 粘菌 / 反応拡散方程式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、単細胞レベルで実現される生命知のパフォーマンスを運動方程式により数理モデル化し、そこから高等動物に至る生命情報処理の共通則を探索した。単細胞生物である粘菌や繊毛虫をモデル生物として、ネットワーク最適化、学習、行動選択について成果を得た。どのサブテーマでも論文発表ないし論文投稿まで到達できた。以下では、特にネットワーク最適化についてより詳細に述べる。
ネットワーク最適化：粘菌の体内循環系である管ネットワークでは、「よく使われる部分は強化され、そうでない部分は弱化される」という用不用則が作用している。この粘菌法則に倣って、北海道地域の「交通路と町の共発展現象」を数理モデル化し、北海道の主な交通路と人口上位３０都市ほどの地理分布を概ね再現できた。粘菌の輸送系構築は、人の集住運動と思わぬ類似性があると示唆された。次にこの用不用則を構造物の形成に適用した。ヒト大腿骨におけるリモデリング現象では、骨粗しょう症に特徴的な骨の構造パタンを再現できた。輸送系と構造系でも、同様の用不用則モデルで記述できることがわかった。これらの発見を受けて、片持梁のデザインに用不用則を適用した。「どれほど使われるとどれほど強化されるか」を定める関数形（さじ加減）によって、多様なトポロジーをもつ形状が生み出された。また、初期状態をあえて一様でなくして、偏りをつけておくことによっても、多様さが生じた。用不用則の運動方程式に基づくアルゴリズムで構造物を設計する方法を提案できた。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] 繊毛虫の学習行動2017
Author(s)
中垣 俊之
Organizer
津田一郎教授退官記念研究会ー複雑系数理の新展開ー
Place of Presentation
北海道大学（北海道、札幌市）
Year and Date
2017-02-15 – 2017-02-15
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[Presentation] 単細胞生物の賢さを探る2016
Author(s)
中垣 俊之
Organizer
第２５回先端科学移動大学
Place of Presentation
釧路市生涯学習センター（北海道、釧路市）
Year and Date
2016-11-19 – 2016-11-19
Invited
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[Presentation] Introduction to physical ethology2016
Author(s)
T. Nakagaki
Organizer
University of Bremen, Institute for biophysics SONDERKOLLOQUIUM
Place of Presentation
University of Bremen（ドイツ）
Year and Date
2016-09-16 – 2016-09-16
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] physical ethology of single-celled organism2016
Author(s)
T. Nakagaki
Organizer
The 31st International Congress of Psychology, invited symposium [Ig Noble prize winners talk about the evolutionary basis of the human mind]
Place of Presentation
Pacifico Yokohama（神奈川県、横浜市）
Year and Date
2016-07-26 – 2016-07-26
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] 生き物に学ぶ最適化設計2016
Author(s)
中垣 俊之
Organizer
バイオミメティック市民セミナー
Place of Presentation
北海道大学（北海道、札幌市）
Year and Date
2016-04-02 – 2016-04-02
Invited
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