生物における管のネットワークのダイナミクスの数理的研究

生物体管网动力学的数学研究

• 批准号: 16654017
• 负责人: 小林 亮
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16654017/
• 关键词: 真正粘菌; 変形体; ネットワーク; 結合振動子系; 最短経路探索; 迷路; Physarum Solver; 上皮細胞

中垣らは、真正粘菌変形体が迷路を解いたり、最短経路探索問題を解く能力があることを、2000年にNatureに発表した。我々は真正粘菌変形体がどのようにこれらの問題を解いているのかを観察し、それを数理的に記述することにより、グラフ上の最短経路探索問題を解く新しいシステム□Physarum Solver-を開発した。各エッジに長さが与えられた連結無向グラフにおいて2つのノード間の最も短いパスを見いだすのが、最短経路探索問題であるが、迷路の問題はこのような形で記述される。グラフを水道管のネットワークとみなし、2つのノードの一方から水を流し込み、他のノードから水が流れ出るという状況を考えると、水の流れの様子はネットワーク上のPoisson方程式を解くことで求めることができる。粘菌では原形質流動の流量に対し管の太さが適応的に変化するという性質があり、このことが迷路を解くことを可能にしていると考えられる。これに倣って、流量に対し管の太さが適応的に変化するようにモデルを構成すると、ある管は時間とともに太くなり、ある管は細くなるといった変化が生じる。そして、最終的に残った管が迷路の解を与えるのである。いずれの場合も、袋小路の部分は直ちに消えるが、適応的な変化を与える関数形によって、競合的なパスの漸近挙動は異なる。関数が線形である場合には、どのような初期値に対しても必ず最終的に最短経路が得られることが、シミュレーションにより確認された(簡単なグラフの場合には数学的証明も可能)。このPhysarum Solverでは計算時間がノード数の約1.32乗に比例しており、最短経路探査苦悶を解くアルゴリズムとしてはかなり速いものであり、しかも必ず最短経路に到達できるという長所がある。カーナビゲーションやインターネットにおける経路探索への応用が考えられる。

Nakagaki, true myxoid form, shortest path exploration problem, ability to solve, 2000, Nature The problem of finding the shortest path in the mathematical description is solved by a new method called Physarum Solver. The longest and longest links in each span are undirected links between two blocks of space, and the shortest path between two blocks of space can be seen. The problem of exploring the shortest path can be seen, and the problem of getting lost can be described in this way. The water flow of the water pipe is calculated by solving the Poisson equation. The flow rate of the original mass is different from that of the original mass. The flow rate of the pipe is different from that of the other pipes. The final solution to the problem is to find a solution to the problem. In the case of the case, the bag path is partially straight, the appropriate shape is changed, and the competing shape is gradually changed. In the case of a linear relationship, the initial value of the relationship must be determined by the shortest path of the relationship (in the case of a mathematical relationship). The calculation time of this Physarum Solver is about 1.32 seconds. The shortest route is the shortest route. The design of the design is based on the design of the design.

项目成果

Physarum solver:: A biologically inspired method of road-network navigation

• DOI: 10.1016/j.physa.2006.01.053
• 发表时间: 2006-04-15
• 期刊: PHYSICA A-STATISTICAL MECHANICS AND ITS APPLICATIONS
• 影响因子: 3.3
• 作者: Tero, A;Kobayashi, R;Nakagaki, T
• 通讯作者: Nakagaki, T

Collective movement of epithelial cells on a collagen gel substrate

• DOI: 10.1529/biophysj.104.047654
• 发表时间: 2005-03-01
• 期刊: BIOPHYSICAL JOURNAL
• 影响因子: 3.4
• 作者: Haga, H;Irahara, C;Kawabata, K
• 通讯作者: Kawabata, K

Coupled oscillator model with a conservation law in rhythmic amoeboid

节律性变形虫中具有守恒定律的耦合振子模型

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physica D To appear
• 作者: S.Moriguchi;A.Shioura;K.Murota;A.Tero;H.Haga;A.Tero;A.Tero
• 通讯作者: A.Tero

Obtaining multiple separate food sources : Behavioural intelligence

获取多种不同的食物来源：行为智力

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proc.R.Soc.Lond.B 271
• 作者: S.Moriguchi;A.Shioura;K.Murota;A.Tero;H.Haga;A.Tero;A.Tero;T.Nakagaki
• 通讯作者: T.Nakagaki

A coupled-oscillator model with a conservation law for the rhythmic amoeboid movements of plasmodial slime molds

• DOI: 10.1016/j.physd.2005.01.010
• 发表时间: 2005-06
• 期刊: Physica D: Nonlinear Phenomena
• 作者: A. Tero;R. Kobayashi;T. Nakagaki