同期したシステム間の結合を振動時刻データから推定する公式を考案

~事前データ不要で推定を可能に~

ポイント

1.生物に見られる多様なリズムを生み出す「振動子」の相互作用をコンピューターによる機械学習で推定するには膨大な事前のデータ(教師データ)が必要。
2.本研究で、事前データなく、振動子間の相互作用およびノイズの大きさを推定する新理論を開発。
3.機械学習やAIへの期待が集中する今日に、起きている現象を方程式で記述し、理論を作って答えを導く「物理学の伝統的スタイル」によって本研究は達成された

 約24時間周期の概日リズムや約1秒間隔の心臓の拍動など、生物に見られる多様なリズムは、振り子時計にもたとえることができる「振動子」から作り出されています。リズムを乱す要因となりうるノイズにさらされた中でも安定的なリズムが生み出されている理由は、複数の振動子が相互作用することによって、互いに足並みを揃える「同期状態」を維持しているからです。逆に、相互作用が十分強くなければ機能不全に陥ります。相互作用の強さを、観察対象を傷つけることなく自然な状態のままで測ることができれば、相互作用によって機能を正常に保つ仕組みを明らかにできる可能性があります。
 このような背景から、九州大学数理・データサイエンス教育研究センター/大学院芸術工学研究院の森史助教と東京大学大学院新領域創成科学研究科の郡宏教授の研究チームは、結合位相振動子と呼ばれる数理モデルを用いて、振動子間の相互作用およびノイズの大きさを、自然に発生する振動の時刻のデータだけから推定する公式を導出しました。同様の推定を機械学習で行おうとすると事前に膨大な教師データ、すなわち、相互作用強度があらかじめわかっているシステムの振動時刻データが必要ですが、本手法は教師データを必要とせず、しかも、比較的少量のデータで正確な推定を実現します。本手法によって、生物システムなどのデリケートなシステムの情報を得られる可能性が大きく広がりました。
 本研究成果は、米国科学アカデミー紀要『Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)』の掲載に先駆け、オンライン版が2022年2月2日(現地時間)に公開されました。

詳細

詳細につきましては、プレスリリースをご参照ください。

新ニーズに対応する九州がんプロ養成プラン「市民公開講座」YouTube配信

令和3年度 九州国際学生支援協会第2回シンポジウム

関連記事

  1. 工学研究院の安達千波矢主幹教授・馬奈木俊介主幹教…

    〜工学研究院の安達千波矢主幹教授・馬奈木俊介主幹教授が「Highly Cit…

  2. 《10/3開催》Qst Lounge #7「水素…

    「水素エネルギーと脱炭素」~水素技術の社会普及に向けて~本学社会連携…

  3. 日本初!グリーンエネルギーとIoTを活用したエビ…

    NEDO「脱炭素化・エネルギー転換に資する我が国技術の国際実証事業」の実証運…

  4. ウイルスは細胞同士の「会話」を乗っ取り感染を広げ…

    ~インフルエンザの新たな感染メカニズムを発見、治療薬開発に期待~医学研究…

  5. 【学内向け】日本医療研究開発機構 九州大学 A…

    【学内向け】日本医療研究開発機構 九州大学  AMED-CREST, PRI…

  6. 九州工業大学と九州大学の学生が共同で開発した 超…

    国立大学法人九州工業大学(以下、九工大)と国立大学法人九州大学(以下、九大)…

  7. 次世代電池の内部挙動シミュレーターの開発に成功

    ~体積膨張が激しい高容量電池の長寿命化・早期実用化に貢献~工学研究院…

  8. [4/7開催]令和8年度第1回I²CNER Se…

    講師は Prof. Wen-Yueh Yu (国立台湾大学)、Prof. H…