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*生体情報システムとその応用 [#w1e3b2f8] 生体の行っている高度な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に関する理論的研究[1-3]や，スパイク時系列データの新しい解析手法の提案[4-6]を行っている．また，神経活動の計測実験を行う研究室との共同研究も積極的に推進している[7]．さらに，生体の情報処理機能を模倣した新しい計算デバイスの開発とそのための理論構築を行っている[8]． + Y. Kakimoto and K. Aihara, New Math. and Natural Comput., Vol.5, No. 1, pp.123-134 (2009). + T. Kanamaru and K. Aihara, Neural Comput., Vol.22, No.5, pp.1383-1398 (2009). + S. Kubota, K. Hamaguchi, and K. Aihara, Neural Computing and Applications, Vol.18, No.6, pp.591-602 (2009). + K. Fujiwara and K. Aihara, J. Artificial Life and Robotics, Vol.13, No.2, pp.470-473 (2009). + K. Fujiwara and K. Aihara, European Phys. J. B, Vol.68, No.2, pp.283-289 (2009). + Y. Hirata and K. Aihara, J. Neurosci. Methods, Vol.183, No.2, pp.277-286 (2009). + H. Mushiake, K. Sakamoto, N. Saito, T. Inui, and K. Aihara, Int. Review of Neurobiology, Vol.85, pp.1-11 (2009). + H. Tanaka, T. Morie, and K. Aihara, IEICE Trans. Fund. Electron. Comm. Comput. Sci., Vol.E92-A, No.7, pp.1096-1098 (2009). *脳・神経システムの情報処理に関する数理的研究 [#m4f62218] *複雑現象の非線形システム解析 [#pa7f1081] 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，非線形力学系理論に基づく分岐解析や時系列解析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．具体的には結合振動子系[1,2]，ゲーム理論[3,4]，複雑ネットワーク[5]，リカレンスプロット[6]，ハイブリッド力学系[7]などに関連する基礎数理的な研究を行っている．また，実データの決定論性や非線形ダイナミクスを論ずるための新しい解析手法を構築し，実世界への応用として，風速・風向のデータ解析[8]，多階調画像復元[9]，部分放電パターン解析，経済データ解析などにも取り組んでいる． + I. Nishikawa, N. Tsukamoto, and K. Aihara, Physica D, Vol.238, pp.1197-1202 (2009). + Y. Hirata, M. Aono, and K. Aihara, Chaos, Vol.20, 013117 (2010). + B. Wang, Y. Han, L. Chen, and K. Aihara, Phys. Lett. A, Vol.373, pp.1519-1523 (2009). + K. Hashimoto and K. Aihara, J. Theor. Biol., Vol.258, pp.637-645 (2009). + H. Fan, Z. Wang, L. Chen, and K. Aihara, Phys. Rev. E, Vol.79, 026107 (2009). + Y. Hirata and K. Aihara, Phys. Rev. E, Vol.81, 016203 (2009). + G. Tanaka, S. Tsuji, and K. Aihara, Phys. Lett. A, Vol.373, pp.3134-3139 (2009). + D. Mandic, S. Javidi, A. Kuh, and K. Aihara, Renewable Energy, Vol.34, No.1, pp.196-201 (2009). + G. Tanaka and K. Aihara, IEEE Trans, Neural Networks, Vol.20, No.9, pp.1463-1473 (2009). 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。 *細胞・発生システムの数理と定量生物学 [#he506a99] 様々な細胞・発生現象の定量的な側面をシステムとして理解するための数理モデルの構築や実験データから情報を抽出するための画像・データ解析手法の開発を行っている．これらを用いて，細胞現象の示す確率的ゆらぎの制御方法やその機能[1,2]，また生物の体内時計におこる究極の時差ぼけ現象のメカニズムなどを明らかにしてきている[3]．さらに，分子・細胞ネットワークの振動現象や情報伝達に関する理論研究も行っている[4-7]． + H. Tozaki, T. J. Kobayashi, et al., FEBS Letter, Vol.582, No.7, pp.1067-1072 (2008). + H. Okano, T. J Kobayashi, et al., Biophys. J., Vol.95, pp.1063-1074 (2008). + H. Ukai, T. J. Kobayashi, et al., Nature Cell Biology, Vol.9, No.11, pp.1327—1334 (2007). + R. Wang, C. Li, L. Chen, and K. Aihara, Proc. IEEE, Vol.96, No.8, pp.1361-1385 (2008). + X.-M. Zhao, R.-S. Wang, L. Chen, and K. Aihara, Nucleic Acids Res., Vol.36, No.9, e48 (2008). + X.-M. Zhao, R.-S. Wang, L. Chen, and K. Aihara, Journal of Bioinformatics and Computational Biology, Vol.7, No.2, pp.309-322 (2009). +L. Chen, R. Wang, C. Li, and K. Aihara, [[Modeling Biomolecular Networks in Cells: Structures and Dynamics>../../発表文献/書籍リスト/Modeling Biomolecular Networks in Cells]], Springer (2010). -最近の研究発表 --Y. Katori, K. Sakamoto, N. Saito, J. Tanji, H. Mushiake, and K. Aihara: PLoS Comput. Biol., Vol.7, No.11, e1002266 (2011). --Y. Sato and K. Aihara: PLoS ONE, Vol.6, No.4, e19377 (2011). --M. Oku and K. Aihara: NOLTA, IEICE, Vol.2, No.4, pp.508-521 (2011). *社会・疾患システムの数理モデリング [#j212571f] 社会・疾患システムの数理モデル研究に取り組んでおり，特に社会的に重要で緊急性の高い課題を重点的に扱っている．近年欧米のみならず日本でも罹患率が急増している前立腺癌に注目し，投薬と非投薬の期間を繰り返す間欠的ホルモン治療の数理モデルの構築およびその解析を行ってきた[1-6]．さらに実際の臨床データの予測[7]や最適な治療方針の選択[8]を行う手法を開発し，臨床現場で使用可能なものへと改良を行っている．その他に，新型インフルエンザなどの新興再興感染症に関して，モデル解析[9]やパーソントリップデータを用いた大規模感染症伝播解析システムの開発を行っている． + A. Ideta, G. Tanaka, T. Takeuchi, and K. Aihara, J. Nonlinear Sci. Vol.18, No.6, 593-614 (2008). + G. Tanaka, K. Tsumoto, S. Tsuji, and K. Aihara, Physica D , Vol.237, No.20, 2616-2627 (2008). + N. Shimada and K. Aihara, Math. Biosci. Vol.214, No.1/2, 134-139 (2008). + Q. Guo, Y. Tao, and K. Aihara, Int. J. Bifur. Chaos, Vol.18, No.12, 3789-3797 (2008). + Y. Tao, Q. Guo, and K. Aihara, J. Nonl. Sci., Vol.20, No.2, pp.219-240 (2010). + G. Tanaka, Y. Hirata, N. Bruchovsky, S. Goldenberg, and K. Aihara, Phil. Trans. R. Soc. A, Vol.368, pp.5029-5044 (2010). + Y. Hirata, N. Bruchovsky, and K. Aihara, J. Theor. Biol., Vol.264, No.2, pp.517-527 (2010). + T. Suzuki, N. Bruchovsky, and K. Aihara, Phil. Trans. R. Soc. A, Vol.368, pp.5045-5059 (2010). + B. Wang, K. Aihara, and B. J. Kim, Phys. Lett. A, Vol.373, pp.3877-3882 (2009). *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。 -最近の研究発表 --G. Tanaka, K. Morino, and K. Aihara: Sci. Rep., Vol.2, No.232, pp.1-6 (2012). --K. Iwayama, Y. Hirata, K. Takahashi, K. Watanabe, K. Aihara, and H. Suzuki: Sci. Rep., Vol.2, No.423, pp.1-5 (2012). --K. Morino, G. Tanaka, and K. Aihara: Phys. Rev. E, Vol.83, No.5, 056208 (2011). --Y. Hirata and K. Aihara: Int. J. Bifurc. Chaos, Vol.21, No.4, pp.1077-1084 (2011). --Y. Hirata, Y. Shimo, H. L. Tanaka, and K. Aihara: SOLA, Vol.7, pp.33-36 (2011). --Y. Hirata and K. Aihara: Physica A, Vol.391, No.3, pp.760-766 (2011). --L. Cao, H. Ohtsuki, B. Wang, and K. Aihara: J. Theor. Biol., Vol.272, No.1, pp.8-15 (2011). *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。 -最近の研究発表 --L. Chen, R. Liu, Z.-P. Liu, M. Li, and K. Aihara: Sci. Rep., Vol.2, No.342, pp.1-8 (2012). --Y Hirata, G. Tanaka, N. Bruchovsky, and K. Aihara: Asian J. Androl., Vol.14, pp.270--277 (2012). --B. Wang, L. Cao, H. Suzuki, and K. Aihara: J. Phys. A, Vol.44, No.3, 035101 (2011). --L. Cao, X. Li, B. Wang, and K. Aihara: Phys. Rev. E, Vol.84, No.4, 041936 (2011). --H. Kuramae, Y. Hirata, Ni. Bruchovsky, K. Aihara, and H. Suzuki: Chaos, Vol.21, No.4, 043121-1-12 (2011).