大自由度生命システムの次元縮減：検証、理論化、生物状態論及び神経系学習への展開

[I]進化シミュレーションによる次元縮減の検証およびその条件の解明：遺伝子制御ネットワークの進化シミュレーションをさらに進めて、適応状態だけでなく、ストレス応答に対しても次元縮減されていることを確認し、縮減された次元を求めた。[II]理論解析：まず、実際のタンパクデータを用いて次元縮減を明らかにし、それが進化と揺らぎと相関していることを確認した。ついでスピン系の統計力学進化モデルを用いた次元縮減の理論研究をタンパクのアロステリック制御へ拡張する研究を進めた。活性部位以外の場所(調節部位)に物質が結合することで構造および活性が変化するタンパク質の進化をモデル化した。調節部位に対する入力に応じて出力スピン配置が変わる模型としてアロステリック酵素を表現し、入出力関係が頑健になるために必要な進化の条件を求めることができた。このときも低次元への縮減が成立することを確認した。力学系理論では、次元縮減により少数自由度の変化が遅く、他の自由度はそれに比べ速く緩和していることを確認した。[III]細胞―多細胞階層への展開：バイオフィルムなど微生物が集団を形成して全体で増殖、維持する例をふまえて、微生物集合体のモデル化を行い、そのダイナミクスを調べた。また、分子―細胞レベルの次元縮減理論を目指して、遺伝子発現とエピジェネティックスの相互影響するモデルの研究をすすめて、細胞分化やリプログラミングへの適用を行った。[IV]神経集団における学習過程：抽象化されたニューラルネットワークを用いて入出力関係の学習モデルを構築した。このモデルを用いて、神経活動の次元と非線形度と、学習速度および想起性能との関係を明らかにした。この学習モデルにより、カオスの縁で学習速度および想起性能が同時に最適化されることを明らかにした。また、２つのスケールをもつ神経系の解析でベイズ情報が埋め込まれていくことを確認した。

[I]進化シミュレーションによる次元縮減の検証およびその条件の解明：遺伝子制御ネットワークの進化シミュレーションをさらに進めて、適応状態だけでなく、ストレス応答に対しても次元縮減されていることを確認し、縮減された次元を求めた。[II]理論解析：まず、実際のタンパクデータを用いて次元縮減を明らかにし、それが進化と揺らぎと相関していることを確認した。ついでスピン系の統計力学進化モデルを用いた次元縮減の理論研究をタンパクのアロステリック制御へ拡張する研究を進めた。活性部位以外の場所(調節部位)に物質が結合することで構造および活性が変化するタンパク質の進化をモデル化した。調節部位に対する入力に応じて出力スピン配置が変わる模型としてアロステリック酵素を表現し、入出力関係が頑健になるために必要な進化の条件を求めることができた。このときも低次元への縮減が成立することを確認した。力学系理論では、次元縮減により少数自由度の変化が遅く、他の自由度はそれに比べ速く緩和していることを確認した。[III]細胞―多細胞階層への展開：バイオフィルムなど微生物が集団を形成して全体で増殖、維持する例をふまえて、微生物集合体のモデル化を行い、そのダイナミクスを調べた。また、分子―細胞レベルの次元縮減理論を目指して、遺伝子発現とエピジェネティックスの相互影響するモデルの研究をすすめて、細胞分化やリプログラミングへの適用を行った。[IV]神経集団における学習過程：抽象化されたニューラルネットワークを用いて入出力関係の学習モデルを構築した。このモデルを用いて、神経活動の次元と非線形度と、学習速度および想起性能との関係を明らかにした。この学習モデルにより、カオスの縁で学習速度および想起性能が同時に最適化されることを明らかにした。また、２つのスケールをもつ神経系の解析でベイズ情報が埋め込まれていくことを確認した。