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Studies on analysis and control of attractors for developing biological control theory

吸引子分析与控制研究，发展生物控制理论

基本信息

批准号：
18560443
负责人：
UCHIDA Kenko
金额：
$ 1.45万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18560443/
关键词：
制御理論生物制御アトラクター制御

项目摘要

生物アトラクター研究の第一歩として生命現象の典型的な例である概日リズムというアトラクターに焦点を絞って研究を進めた。モデルに基づくシミュレーション・解析を行い現象の特性を解明するためには、モデルの低次元化、単純化が望まれる。生物システムの特徴である環境の変化に対する安定性・定常性の維持機能(ロバスト性)を定量化し、その指標に基づくモデルの選択、低次元や単純化の方法を提案した。モデルに基づく解析を進めるためにはモデリングの議論が先行させる必要があるが、生物のような完成されたシステムに対しては、モデリングと解析は分離して行うことは得策ではない。そこでモデリングの検討と平行して周期軌道などのアトラクターの特性を与えている制御メカニズムの検討を進めた。特に制御メカニズムの検討においては、モジュールやシステム全体における制御の目的をアトラクターの安定性やロバスト性を確保することと捉える立場から研究を遂行した。モデリングの問題としては、生物システムの複雑・大規模・非線形モデルを対象として、機能を確保できる範囲でモデルの簡略化の方法を提案した。具体的には、分子レベルの概日リズムの生化学反応モデルをについて、リズムを維持する範囲(周期アトラクターの軌道安定性を維持する範囲)で、生化学反応ネットワークの相互チャンネルの重要性を評価し、その評価の順位によってモデルを低次元化するという方法である。制御メカニズムについては、概日リズムの温度補償という制御を実現している速度パラメータを推定するアルゴリズムについて検討した。温度補償性は概日リズムのロバスト性とみることも環境適応性と見ることもできる。本研究では、環境温度の変化に応じてパラメータが変化することにより温度補償性が実現されているという仮説に基づいて、温度補償性を実現するパラメータの温度依存性を決定することに成功した。このようにして構成された概日リズムのモデルは実際の環境温度変化に対して同調性も示すことも確認できた。変異体における温度補償を実現するパラメータ推定についても本手法を適用して、実験結果に合うシミュレーションモデルを得ることに成功した。概日リズムに代表される周期アトラクターを内部にもつ人工物の制御アルゴリズムについても検討し、飛行船モデルを例題としてその構成法を提案した。これまでに明らかにしてきたアトラクターの適応性・ロバスト性を保証している制御メカニズムについて、想定される様々な変動の中での解析と評価を行った。機能実現にとって有利であることを定量化できる評価関数の探索から始め、生物の備わった制御メカニズムはある評価関数に対して最適なものであるはずであるという仮説のもとで、これまで検討してきた制御メカニズムを最適性の観点から特徴付けを行った。特に、生物の重要な細胞機能の一つである概日リズムについて、そのリズムを最適なアトラクターとして、また最悪条件下の最適なアトラクターとして実現している制御メカニズムがあることを示した。

The first step in the study of biological phenomena is to study typical examples of biological phenomena. The characteristics of the phenomenon are analyzed and analyzed. It is hoped that the phenomenon will be reduced and purified. To propose a method for quantification, selection, and purification of biological characteristics, environmental stability, and steady-state maintenance functions. The basic analysis is carried out in advance, and the biological analysis is carried out in advance. The characteristics of the periodic orbit and the control of the periodic orbit are discussed. The purpose of the control system is to ensure the stability and stability of the system. A method for simplifying the image of a biological system is proposed. Specifically, the molecular structure of the biochemical reaction system can be maintained in the range of maintaining orbital stability of the cycle, and the importance of biochemical reaction system can be evaluated in the range of evaluating the sequence of the system. Temperature compensation and temperature control are performed in the control system. Speed estimation is performed in the control system Temperature compensation is the property of the environment. This study was successful in determining the temperature dependence of temperature compensation on temperature variation. The composition of this paper is based on the determination of the coherence of the ambient temperature. The temperature compensation method is applied to the temperature compensation of different materials, and the result is successful. A new method for the construction of a ship is proposed. The analysis and evaluation of the change in the process of the change in the characteristics of the products are carried out in the following ways: The function is to evaluate the number of exploration, biological preparation, control, evaluation, number of optimization, characteristic, etc. In particular, the biological important cell function of one of the most appropriate conditions, the most appropriate conditions, the most appropriate control of the most appropriate conditions, the most appropriate conditions.