真性粘菌変形体における創発的経路形成の解析

真粘菌变形体中突现路径形成分析

• 批准号: 07J08731
• 负责人: 白川 智弘
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J08731/
• 关键词: 真性粘菌; 経路形成; パターン形成; 生物計算; 細胞運動; バイオコンピューティング; 真性粘菌変形体; ポロノイ図; 創発

真性粘菌の変形体は単細胞単核のアメーバが多数融合して形成される単細胞多核の巨大アメーバであり,適切な環境下で培養すると数十センチメートルから数メートルにまで成長する.また,変形体の細胞体全体は一定の周期で同調的に振動している.局所的に受容された情報は振動の位相変化として細胞全体に伝播され,それにより走化性応答などの行動が引き起こされる.従って変形体細胞は,脳などと同じく,能動的な素子によって作られる複雑なシステムであるとみなすことができる。近年,変形体のこのような性質を利用して例えば迷路の最短経路解を求めることなどが可能であることが示されており,変形体は集合的知性のモデルとして注目を集めている.筆者は変形体に関する生化学的・細胞生物学的研究を経て,近年は変形体の行動に関する数理的研究を展開すると同時に,「生命であること」を利用した計算系の実装を試み,構成的に生命とは何かを理解することを目指している.筆者は,変形体細胞が形成するチューブネットワークをグラフ理論的に解析することにより,サブネットワーク同士がトポロジーを共有すること及び,新しいネットワークは過去の運動及びネットワーク形成の履歴に依存して形成されることを発見した.つまり,変形体は細胞体の局所間で交信すると同時に,過去の履歴を参照しつつネットワーク形成を行うことが明らかとなり,細胞システムの適応的行動に関する新たな知見が得られた.また,これらの知見を元に変形体の経路探索に関する数理モデルを構築し,変形体の運動を良く再現することに成功した.

真正的粘液模具的变体是一种巨大的单细胞多核变形虫，由多个单细胞单核变形虫融合而形成，当在适当的环境下培养时，它从数十千万米数到几米。此外，变形体的整个细胞体在特定时期同步振动。局部接受的信息是在整个细胞中传播的，作为振动的相变，导致诸如趋化反应之类的行为。因此，变形的体细胞可以被视为由活性元素制成的复杂系统，类似于大脑。近年来，已经表明，可以使用变形物体的这些特性来找到迷宫的最短路径解，而变形的身体已吸引了作为集体智能的模型。在对变形物体进行了生化和细胞生物学研究之后，近年来，他一直在发展对变形身体行为的数学研究，与此同时，他试图使用“生命”来实施计算系统，以了解什么生活是组成型。作者分析了图理论中变形物体形成的管网。这表明子网共享拓扑，并根据过去的运动和网络形成历史而形成新的网络。换句话说，揭示了变形的身体同时在细胞体和网络形成之间进行通信，并且该网络形成是在参考过去历史的同时进行的，从而提供了有关细胞系统自适应行为的新知识。此外，基于这些发现，构建了用于搜索变形物体路径的数学模型，并成功地重现了变形物体的运动。

项目成果

ON SIMULTANEOUS CONSTRUCTION OF VORONOI DIAGRAM AND DELAUNAY TRIANGULATION BY PHYSARUM POLYCEPHALUM

• DOI: 10.1142/s0218127409024682
• 发表时间: 2009-09-01
• 期刊: INTERNATIONAL JOURNAL OF BIFURCATION AND CHAOS
• 影响因子: 2.2
• 作者: Shirakawa, Tomohiro;Adamatzky, Andrew;Miyake, Yoshihiro
• 通讯作者: Miyake, Yoshihiro

真性粘菌変形体における形態発展パターンの自発的切り替え

真正的粘菌变形体形态发育模式的自发转换

• 发表时间: 2009
• 作者: 山千代真規;白川智弘;郡司ペギオ幸夫
• 通讯作者: 郡司ペギオ幸夫

Analysis for the behavior of Physarum plasmodium using lattice

利用晶格分析绒泡菌的行为

• 发表时间: 2009
• 作者: 谷伊織;白川智弘;郡司ペギオ幸夫
• 通讯作者: 郡司ペギオ幸夫

Cell motility of Physarum plasmodium depends on its locomotive history

绒泡菌的细胞运动取决于其运动历史

• 发表时间: 2008
• 作者: Shirakawa T.;Gunji Y. -P.;Miyake Y.
• 通讯作者: Miyake Y.

Spatial search and computation by Physarum ; a model analysis on Physarum plasmodium developing pattern

通过 Physarum 进行空间搜索和计算；

• 发表时间: 2009
• 作者: Gunji Y. -P.;Shirakawa T.;Yamachiyo M.;Tani I.
• 通讯作者: Tani I.