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研究紹介

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*脳・神経システムの情報処理に関する数理的研究 [#m4f62218]

脳における情報処理の仕組みを理解するため、神経ネットワークの数理モデル研究および実験データ解析を行っている。具体的に、神経ダイナミクスやその背後にある認知過程の数理モデル化、情報理論の観点から最適なシナプス学習則の導出、非線形システム論に基づく神経ネットワークモデルの解析などを行ってきた。また、神経の実験データを解析するための新しい時系列解析手法や統計解析手法を提案し、脳の高次機能の一端を明らかにしてきた。さらに、神経モデルの情報処理原理を利用したアナログ計算デバイスの開発にも取り組んでいる。
脳における情報処理の仕組みを理解するため、神経ネットワークの数理モデル研究および実験データ解析を行っている。例えば、神経ダイナミクスやその背後にある認知過程の数理モデル化、情報理論の観点から最適なシナプス学習則の導出、非線形システム理論に基づく神経ネットワークモデルの解析等を行ってきた。また、神経の実験データを解析するための新しい時系列解析手法や統計解析手法を提案し、脳の高次機能の一端を明らかにしてきた。さらに、神経モデルの情報処理原理を利用したアナログ計算デバイスの開発にも取り組んでいる。


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-最近の研究発表
--K. Sakamoto, Y. Katori, N. Saito, S. Yoshida, K. Aihara, and H. Mushiake: PLOS ONE, Vol. 8, No. 12, e80906-1-26 (2013).
--T. Kanamaru, H. Fujii, and K. Aihara: PLOS ONE, Vol. 8, No. 1, e53854 (2013).
--Y. Katori, Y. Otsubo, M. Okada, and K. Aihara: Front. Comput. Neurosci., Vol. 7, 6 (2013).
--J. Li, Y. Katori, and T. Kohno: Front. Neurosci., Vol. 6, 183 (2012).
--K.-I. Sawai, Y. Sato, and K. Aihara: Front. Psychol., Vol. 3, 524 (2012).
--T. Kiwaki and K. Aihara: Artif. Intell. Res., Vol. 4, No. 1, 53 (2015).
--T. Leleu, K. Aihara: Phys. Rev. E, Vol. 91, 022804 (2015).
--T. Kohno, J. Li, and K. Aihara: NOLTA, Vol. 5, No. 3, pp. 379-390 (2014).
--F. Duan, K. Watanabe, Y. Yoshimura, M. Kikuchi, Y. Minabe, and K. Aihara: Brain Cogn., Vol. 86, pp. 10-16 (2014).



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*非線形システム解析とリアルワールドへの応用 [#q7c6e102]

実世界に見られる様々な複雑現象を理解するため、数理モデリングを通して現象を再現し、非線形力学系理論や時系列解析手法などを適用して複雑さの本質を明らかにすることを目指している。最近では、ハイブリッド力学系、結合振動子系、ゲーム理論、複雑ネットワーク、リカレンスプロットなどに関する基礎数理的な研究を行ってきている。また、実世界への応用として、風速・風向、神経膜応答、脳波、経済、電力ネットワーク等の実データ解析やモデリングにも取り組んできた。
実世界に見られる様々な複雑現象を理解するため、数理モデリングを通して現象を再現し、非線形力学系理論や時系列解析手法などを適用して複雑さの本質を明らかにすることを目指している。最近では、ハイブリッド力学系、結合振動子系、ゲーム理論、複雑ネットワーク、リカレンスプロット、画像連想記憶、などに関する基礎数理的な研究を行ってきている。また、実世界への応用として、風速・風向、神経膜応答、経済、地震等の実データ解析にも取り組んできた。

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-最近の研究発表
--L. Speidel, R. Lambiotte, K. Aihara, N. Masuda: Phys. Rev. E, Vol. 91, 012806 (2015).
--M. Nagata, N. Fujiwara, G. Tanaka, H. Suzuki, E. Kohda, and K. Aihara: Eur. Phys. J. Special Topics, Vol. 223, No. 12, pp. 2549-2559 (2014).
--Y. Hirata, K. Aihara, and H. Suzuki: Eur. Phys. J. Special Topics, Vol. 223, No. 12, pp. 2451-2460 (2014).
--T. Omi, Y. Ogata, Y. Hirata, and K. Aihara: Geophys. Res. Lett., Vol. 41, No. 3, pp. 850-857 (2014).
--I. Aihara, T. Mizumoto, T. Otsuka, H. Awano, K. Nagira, H.G. Okuno, and K. Aihara: Sci. Rep., Vol. 4, 3891 (2014).
--T. Omi, Y. Ogata, Y. Hirata, and K. Aihara: Sci. Rep., Vol. 3, 2218 (2013).
--K. Sasahara, Y. Hirata, M. Toyoda, M. Kitsuregawa, and K. Aihara: PLOS ONE, Vol. 8, No. 4, e61823 (2013).
--H. Suzuki, J. Imura, Y. Horio, and K. Aihara: Sci. Rep., Vol. 3, 1610 (2013).
--H. Suzuki, J. Imura, and K. Aihara: Sci. Rep., Vol. 3, 1127 (2013).


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*疾病の数理モデリング [#qb45e087]

効果的な予防法や治療法が十分に確立されていないがんや感染症などの疾病に対し、数理モデリングを通じて病気の進行や感染の拡大を理解し、実効的な治療法や対策を提案することを目指している。前立腺がんの数理モデル研究では、がんの再燃に対する間歇的ホルモン療法の有効性を時系列解析や分岐解析によって調べた。また、感染症に対しては、季節型および新型インフルエンザの同時流行時のワクチン最適配分問題やパーソントリップデータを用いた新型インフルエンザ伝播の大規模解析システムの開発に取り組んできた。
効果的な予防法や治療法が十分に確立されていない、がんや感染症などの疾病に対し、数理モデリングを通じて病気の進行や感染の拡大を理解し、実効的な治療法や対策を提案することを目指している。前立腺がんの数理モデル研究では、がんの再燃に対する間欠的ホルモン療法の有効性を時系列解析や分岐解析によって調べた。また、感染症に対しては、季節型および新型インフルエンザの同時流行時のワクチン最適配分問題やパーソントリップデータを用いた新型インフルエンザ伝播の大規模解析システムの開発に取り組んできた。

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-最近の研究発表
--K. Sato, N. Misawa, S. Iwami, Y. Satou, M. Matsuoka, Y. Ishizaka, M. Ito, K. Aihara, D.S. An, Y. Koyanagi: PLOS PATHOGENS, Vol.9, No.12, e1003812-1-12 (2013).
--K. Ejima, K. Aihara, and H. Nishiura: PLOS ONE, Vol. 8, No. 4, e62062 (2013).
--R. Liu, M. Li, Z.-P. Liu, J. Wu, L. Chen, and K. Aihara: Sci. Rep., Vol. 2, 813 (2012).
--B. Wang, L. Cao, H. Suzuki, and K. Aihara: Sci. Rep., Vol. 2, 887 (2012).
--L. Chen, R. Liu, Z.-P. Liu, M. Li, and K. Aihara: Sci. Rep., Vol. 2, 342 (2012).
--T. Hatano, Y. Hirata, H. Suzuki, and K. Aihara: J. Theor. Biol., Vol. 366, pp. 33-45 (2015).
--B. Wang, G. Tanaka, H. Suzuki, and K. Aihara: Phys. Rev. E, Vol.90, 032806-1-12 (2014).
--K. Sato, J.S. Takeuchi, N. Misawa, T. Izumi, T. Kobayashi, Y. Kimura, S. Iwami, A. Takaori-Kondo, W.-S. Hu, K. Aihara, M. Ito, D.S. An, V.K. Pathak, and Y. Koyanagi: PLOS Pathog., Vol.10, No.10, e1004453 (2014).
--G. Tanaka, C. Urabe, and K. Aihara: Sci. Rep., Vol.4, 5522 (2014).



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