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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

大自由度生物系统的降维：验证、理论化、生物状态理论和神经系统学习的发展

基本信息

批准号：
20H00123
负责人：
金子邦彦
金额：
$ 14.14万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00123/
关键词：
頑健性可塑性学習進化次元圧縮

项目摘要

[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]The evolution of the system is based on the analysis of the conditions for dimensional reduction. The evolution of the system is based on the analysis of the conditions for dimensional reduction. [II]The theory analysis: the real time and the real time and the real time A Theoretical Study on the Evolution of Statistical Mechanics in the System of Computer Science The structure and activity of the binding sites other than the active sites (regulatory sites) are changed. The evolution of the binding sites is changed. The input and output of the regulation part are different from each other. This is the first time I've ever seen you. The theory of mechanical system is to reduce the number of degrees of freedom, and to confirm the number of degrees of freedom. [III]The development of cell-multicellular hierarchy: the formation of microbial aggregates, the growth and maintenance of microbial aggregates, the development of microbial aggregates, and the regulation of microbial aggregates. The theory of dimensionality reduction of molecular-cellular interaction is proposed, and the research on the interaction of molecular and cellular differentiation is carried out. [IV]The learning process of mental aggregation: abstracting, constructing, and integrating the learning process of effort relationships The relationship between mental activity, non-linearity, learning speed and memory performance is clearly defined. The learning speed and memory performance are optimized simultaneously. 2. The analysis of the mental system and the confirmation of the information

项目成果

期刊论文数量（59）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Macroscopic Theory for Adaptation and Evolution: Multilevel Consistency, Dimensional Reduction, and Fluctuation-Response Relationship

适应和进化的宏观理论：多级一致性、降维和波动响应关系

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Inomoto;T. Mihara;K. Kondo;H. Kaneko;K. Kusano;S. Kamio;E. Kawamori;Takuro Ideguchi;Kunihiko Kaneko
通讯作者：
Kunihiko Kaneko

Chaotic dynamics introduce the discrete response and show the high susceptibility

混沌动力学引入离散响应并表现出高敏感性

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
JOURNAL OF COMPUTATIONAL NEUROSCIENCE
影响因子：
1.2
作者：
Akiko Baba;Keidai Sato;Kazuki Yokoyama;Ulf Olsson;Masayuki Imai;Tomoki Kuriakwa
通讯作者：
Tomoki Kuriakwa

Functional sensitivity and mutational robustness of proteins

蛋白质的功能敏感性和突变稳健性