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論文 【 表示 ／ 非表示 】

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• Dynamic remodeling model based on chemotaxis of slime molds

  Uza, M; Kunita, I

  BIOINSPIRATION & BIOMIMETICS ( Bioinspiration and Biomimetics )  19 ( 5 )   2024年09月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  Social infrastructure networks, essential for daily life and economic activities, encompass utilities such as water, electricity, roads, and telecommunications. Dynamic remodeling of these systems is crucial for responding to continuous changes, unexpected events, and increased demand. This study proposes a new dynamic remodeling model inspired by biological mechanisms, focusing on a model based on the chemotaxis of slime molds. Slime molds adapt spontaneously to environmental changes by remodeling through the growth and degeneration of tubes. This capability can be applied to optimizing and dynamic remodeling social infrastructure networks. This study elucidated the chemotactic response characteristics of slime molds using biological experiments. The mold’s response was observed by considering changes in the concentration of chemicals as environmental changes, confirming that slime molds adapt to environmental changes by shortening their periodic cycles. Subsequently, based on this dynamic response, we propose a new dynamic model (oscillated Physarum solver, O-PS) that extends the existing Physarum solver (PS). Numerical simulations demonstrated that the O-PS possesses rapid and efficient path-remodeling capabilities. In particular, within a simplified maze network, the O-PS was confirmed to have the same shortest-path searching ability as the PS, while being capable of faster remodeling. This study offers a new approach for optimizing and dynamically remodeling social infrastructure networks by mimicking biological mechanisms, enabling the rapid identification of solutions considering multiple objectives under complex constraints. Furthermore, the variation in convergence speed with oscillation frequency in the O-PS suggests flexibility in responding to environmental changes. Further research is required to develop more effective remodeling strategies.

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• Estimating individual exposure to predation risk in group-living baboons, Papio anubis.

  Suire A, Kunita I, Harel R, Crofoot M, Mutinda M, Kamau M, Hassel JM, Murray S, Kawamura S, Matsumoto-Oda A

  PloS one ( Public Library of Science (PLoS) )  18 ( 11 ) e0287357 - e0287357   2023年 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  In environments with multiple predators, vulnerabilities associated with the spatial positions of group-living prey are non-uniform and depend on the hunting styles of the predators. Theoretically, coursing predators follow their prey over long distances and attack open areas, exposing individuals at the edge of the group to predation risk more than those at the center (marginal predation). In contrast, ambush predators lurk unnoticed by their prey and appear randomly anywhere in the group; therefore, isolated individuals in the group would be more vulnerable to predators. These positions of vulnerability to predation are expected to be taken by larger-bodied males. Moreover, dominant males presumably occupy the center of the safe group. However, identifying individuals at higher predation risk requires both simultaneous recording of predator location and direct observation of predation events; empirical observations leave ambiguity as to who is at risk. Instead, several theoretical methods (predation risk proxies) have been proposed to assess predation risk: (1) the size of the individual ‘unlimited domain of danger’ based on Voronoi tessellation, (2) the size of the ‘limited domain of danger’ based on predator detection distance, (3) peripheral/center position in the group (minimum convex polygon), (4) the number and direction of others in the vicinity (surroundedness), and (5) dyadic distances. We explored the age-sex distribution of individuals in at-risk positions within a wild baboon group facing predation risk from leopards, lions, and hyenas, using Global Positioning System collars. Our analysis of the location data from 26 baboons revealed that adult males were consistently isolated at the edge of the group in all predation risk proxies. Empirical evidence from previous studies indicates that adult male baboons are the most frequently preyed upon, and our results highlights the importance of spatial positioning in this.

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• A Three-Dimensional Scanning System for Digital Archiving and Quantitative Evaluation of Arabidopsis Plant Architectures.

  Kunita I, Morita MT, Toda M, Higaki T

  Plant & cell physiology     2021年05月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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• シロイヌナズナ草姿の立体再構成

  國田 樹, 金城 愛梨, 戸田 真志, 檜垣 匠

  ＰＬＡＮＴ　ＭＯＲＰＨＯＬＯＧＹ ( 日本植物形態学会 )  33 ( 1 ) 67 - 69   2021年

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  <p>植物のかたちとその変化を正確に把握するためには，非破壊的な立体再構成技術が不可欠である．我々はモデル植物の代表であるシロイヌナズナを主な解析対象とし，植物科学を専門とする研究室でも容易に取得することのできる省スペースかつ安価な植物の立体再構成システムを開発した．本システムは，ローテーターの上で低速回転するシロイヌナズナを固定カメラにより複数方向から撮影し，視体積交差法に基づいて草姿を立体再構築する．大きさと形状が既知の立体模型を用いて立体再構成精度を検証したところ，およそ1°間隔で360枚程度撮影すれば，サブミリオーダーかつ形状再現度の高い立体再構成像が得られることがわかった．本システムはシロイヌナズナの表現型解析の推進に寄与することが期待される．</p>

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    CiNii Research J-GLOBAL

• Millimeter-sized belt-like pattern formation of actin filaments in solution by interacting with surface myosin in vitro

  Kentaro Ozawa, Hirotaka Taomori, Masayuki Hoshida, Itsuki Kunita, Shigeru Sakurazawa, Hajime Honda

  Biophysics and Physicobiology ( Biophysics and Physicobiology )  16   1 - 8   2019年01月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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著書 【 表示 ／ 非表示 】

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• 行動

  尾崎, まみこ, 村田, 芳博, 藍, 浩之, 定本, 久世, 吉村, 和也, 神崎, 亮平, 日本比較生理生化学会 ( 担当: その他 , 担当範囲: 生命のリズムを取り出す )

  共立出版  2015年07月 ( ページ数: viii, 222p )

MISC（その他業績・査読無し論文等） 【 表示 ／ 非表示 】

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• Cellular Ethological Dynamics in Diorama Environments

  Nishigami, Y; Kunita, I; Sato, K; Nakagaki, T

  JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN ( Journal of the Physical Society of Japan )  92 ( 12 )   2023年12月  [査読有り]

   

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• ヒヒの性別年齢属性による行動差を反映した陣形形成モデルの提案

  本間野々花, 松本晶子, 國田樹

  第23回 公益社団法人 計測自動制御学会 システムインテグレーション部門講演会     1F2-02   2023年12月  [査読有り]

   

• 軌跡クラスタリングによる顧客の行動分類手法の検討

  宮里佳音, 國田樹

  第23回 公益社団法人 計測自動制御学会 システムインテグレーション部門講演会     2E2-06   2023年12月  [査読有り]

   

• 真正粘菌変形体の生体信号と成長サイクルから得る数理モデル

  宇座恩, 國田樹

  第23回 公益社団法人 計測自動制御学会 システムインテグレーション部門講演会     2B2-02   2023年12月  [査読有り]

   

• マルチシェパリングにおけるエージェント間の相互作用が群れ制御にもたらす影響

  仲田圭吾, 松本晶子, 國田樹

  第23回 公益社団法人 計測自動制御学会 システムインテグレーション部門講演会     1F2-04   2023年12月  [査読有り]

   

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研究発表等の成果普及活動 【 表示 ／ 非表示 】

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• Reforming network routes using phase changes in slime molds

  Megumi Uza, Itsuki Kunita

  SCIS&ISIS 2024  2024年11月  -  2024年11月   

• Impact of Shepherd Interaction on Flock Dynamics in MultiShepherding

  Keigo Nakada, Akiko Matsumoto-Oda, Itsuki Kunita

  SCIS&ISIS 2024  2024年11月  -  2024年11月   

• Relationship between the Proportion of Agents with Different Repulsion Distances and Their Spatial Arrangement

  Nonoka Homma, Akiko Matsumoto-Oda, Itsuki Kunita

  SCIS&ISIS 2024  2024年11月  -  2024年11月   

• Biological rhythm in the acorn barnacle Fistulobalanus albicostatus: The cirrus behavior synchronizing to light-dark and tidal cycles

  Aoi Katayama, Hiroki Takekata, Itsuki Kunita, Akihiro Takemura

  OIST-CNRS Joint Symposium on West Pacific Marine Biology  2024年04月  -  2024年04月   

• アクチンフィラメントの末端を数ナノメートルの精度で観察

  圓福 光, 三谷 隆大, 國田 樹, 本多 元

  第61回 日本生物物理学会年会  2023年11月  -  2023年11月   

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学術関係受賞 【 表示 ／ 非表示 】

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• 優秀講演賞

  2023年12月   計測自動制御学会システムインテグレーション部門   軌跡クラスタリングによる顧客の行動分類手法の検討  

  受賞者: 宮里佳音, 國田樹

• 第8回実践的IT教育シンポジウムrePiT2022 優秀教育実践賞

  2022年02月   実践的IT教育研究会   オンライン授業におけるグループ活動のプロセス管理評価およびグループ活動支援アプリの開発  

  受賞者: 亀沢 佑一,國田 樹

• 優秀ポスター賞

  2016年10月   第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム   圧力駆動流によるオンチップ血管新生の促進  

  受賞者: 中山雅宗, 梨本裕司, 國田樹, 中益朗子, 鳥澤勇介, 新宅博文, 小寺秀俊, 西山功一, 三浦岳, 横川隆司

• 優秀研究賞(第32回研究会)

  2016年   化学とマイクロ・ナノシステム   血管新生現象を利用した組織-マイクロ流路間の接続と灌流培養への取り組み  

  受賞者: 梨本裕司, 國田樹, 中益朗子, 鳥澤勇介, 中山雅宗, 今村(滝川)寿子, 小寺秀俊, 西山功一, 三浦岳, 横川隆司

• Best Paper Award

  2015年09月   The 6th Japan-China-Korea MEMS/NEMS 2015   Angiogenic sprouts form perfusable vascular networks inside multicellular spheroid  

  受賞者: Yuji Nashimoto, Itsuki Kunita, Akiko Nakamasu, Yusuke Torisawa, Hisako Imamura-Takigawa, Hidetoshi Kotera, Koichi Nishiyama, Takashi Miura, Ryuji Yokokawa

科研費獲得情報 【 表示 ／ 非表示 】

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• マイクロロボットとしての単細胞生物ゾウリムシの空間適応行動アルゴリズムの定式化

  基盤研究(C)

  課題番号: 23K11251

  研究期間: 2023年04月  -  2027年03月 

  代表者: 國田 樹 

  直接経費: 3,600,000（円）  間接経費: 4,680,000（円）  金額合計: 1,080,000（円）

• 繊毛虫・アメーバの集団的空間探査と空間活用のアルゴリズムの解明

  学術変革領域研究(A)

  課題番号: 21H05310

  研究期間: 2021年09月  -  2026年03月 

  代表者: 中垣 俊之, 棟朝 雅晴, 田中 良巳, 國田 樹, 佐藤 勝彦 

  直接経費: 92,400,000（円）  間接経費: 120,120,000（円）  金額合計: 27,720,000（円）

• 自律型マイクロロボットとしての単細胞生物ゾウリムシの知的行動の創発原理の解明

  基盤研究(C)

  課題番号: 19K12140

  研究期間: 2019年04月  -  2023年03月 

  代表者: 國田 樹 

  直接経費: 3,400,000（円）  間接経費: 4,420,000（円）  金額合計: 1,020,000（円）

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  本研究は，自律的に移動可能なマイクロロボットの行動設計への応用を目指し，自然が創り出したマイクロロボットである単細胞生物の行動のしくみを明らかにすることを目的としている．具体的には，単細胞生物ゾウリムシの学習能をターゲットに，その学習能が高等生物と比較してどのくらいのレベルか，どのような細胞機能に基づいて実現されているかを生物実験と数理モデルの両面から明らかにしようとするものである． その実現のために研究を3段階に分けて遂行している．第1段階は，ゾウリムシが通常の生活空間とは異なる形状の空間におかれたとき，空間形状に適した運動を試行錯誤的に獲得する行動変容能(学習能)を持つことを実験的に示す段階である．第2段階は，その行動変容が短期的に記憶できることを実験的に示す段階である．第3段階は，それら学習能および短期記憶能をゾウリムシの行動を制御する膜電気動態に基づいて数理モデルで表現する段階である． 2019年度は，上述の第1段階および第2段階の基礎となる実験的研究を遂行した．その遂行にあたり「ゾウリムシが単一の刺激反応行動を繰り返すことで，行動を変容させて空間適応的な行動を生み出すか？」という問いをたてた．この問いに答えるために，ゾウリムシをその身体を転回できないほど細く行き止まりのある空間に閉じ込めて，その空間内でのゾウリムシの行動を画像解析により定量評価した． その結果，ゾウリムシが反復刺激を受けることで徐々に長距離を後退遊泳できるようになる行動変容を示し，それが数分程度の短期間のみ維持されることがわかってきた．またその維持にはゾウリムシ自身が分泌する分泌物が影響を与えている可能性があることもわかってきた．これはゾウリムシが環境適応能や記憶能を示す際に細胞機能として通常とは異なる物質を分泌していることを示すもので，ゾウリムシの行動のしくみを明らかにするうえで重要である．

• 葉の力学的最適化過程における細胞平面充填の画像計測数理解析

  新学術領域研究(研究領域提案型)

  課題番号: 18H05492

  研究期間: 2018年06月  -  2023年03月 

  代表者: 桧垣 匠, 加藤 壮英, 國田 樹 

  直接経費: 44,200,000（円）  間接経費: 57,460,000（円）  金額合計: 13,260,000（円）

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  本研究では、特に子葉の団扇型の形態形成との関連に注目して、子葉表皮組織における細胞壁湾曲の構造学的意義を探る。細胞と器官の形態をシームレスに解析するため、成長に伴う子葉の形態変化と同時に子葉表皮を構成するほぼ全ての表皮細胞の位置と形態の変化を計測する実験系を確立する。また本研究で得られた知見に基づき、葉表皮細胞同士の噛合いを模した継ぎ手（ジョイント）構造を創造するなど、建築構造分野への応用を目指す。さらに、本領域の統一課題である重力応答への適用を目指して三次元的な樹形構造の画像解析系を構築する。 １．子葉表皮細胞における細胞壁湾曲の構造学的検討 金属顕微鏡法と深層学習に基づいてシロイヌナズナ子葉の表皮細胞形態を広範囲かつ経時的に計測する実験系を確立した（Kikukawa et al. 2021a）。本実験系を用いて微小管結合タンパク質RIC1の過剰発現体における子葉とその表皮細胞の形態を解析したところ、ジグゾーパズル型の細胞形状は器官レベルでの局所的な成長量を緩衝することによって子葉の団扇型の形態形成に寄与する可能性が示唆された。そこで、力学シミュレーション解析を実施したところ、個々の細胞の形態が器官全体の形態に影響を及ぼし得ることが判明した。また、建築構造物に葉表皮細胞のジグゾーパズル形状を活用するための力学的検討も実施した（Kikukawa et al. 2021b）。 ２．樹形構造を定量評価する画像取得解析系の構築 シロイヌナズナの花茎や側枝など地上部の三次元形態を非破壊的に再構成し、側枝の角度分布および曲率を計測する実験系を開発した（Kunita et al. 2021）。現在、本実験系を用いて、ミオシンXI変異体における側枝の構造解析を実施している。

• ソフトマター物理による生体情報処理の新しいインターフェイスの提案

  若手研究(B)

  課題番号: 25730178

  研究期間: 2013年04月  -  2015年03月 

  代表者: 國田 樹 

  直接経費: 2,200,000（円）  間接経費: 660,000（円）  金額合計: 2,860,000（円）

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その他研究費獲得情報 【 表示 ／ 非表示 】

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• 繊毛虫ゾウリムシの膜電位ダイナミクスの分岐構造とパラメータ依存 性

  研究費種類: 公的研究費（省庁・独法・大学等）  参画方法: 研究代表者

  研究種別: 研究助成  事業名: 物質・デバイス領域共同研究拠点（基盤共同研究）

  課題番号: 20241066

  研究期間: 2024年04月  -  2025年03月 

  連携研究者: 中垣 俊之  資金配分機関: 物質・デバイス領域共同研究拠点

  直接経費: 150,000（円）  間接経費: 0（円）  金額合計: 150,000（円）

• 単細胞生物ゾウリムシの環境適応能を生み出す運動モデルの定式 化

  研究費種類: 公的研究費（省庁・独法・大学等）  参画方法: 研究代表者

  研究種別: 研究助成  事業名: 物質・デバイス領域共同研究拠点（展開共同研究）

  課題番号: 20234007

  研究期間: 2023年04月  -  2024年03月 

  連携研究者: 中垣 俊之  資金配分機関: 物質・デバイス領域共同研究拠点

  直接経費: 300,000（円）  間接経費: 0（円）  金額合計: 300,000（円）

• 沖縄県産マンゴーの安定生産を目指した栽培情報モニタリングシステムの開発

  研究費種類: 学内助成（後援会・財団含む）  参画方法: 研究代表者

  研究種別: 研究助成  事業名: 令和4年度SDGs社会課題解決型研究再チャレンジプロジェクト

  研究期間: 2022年12月  -  2023年03月 

  代表者: 國田　樹  資金配分機関: 琉球大学

  直接経費: 800,000（円）  金額合計: 800,000（円）

• 単細胞生物ゾウリムシの学習記憶能を生み出す運動方程式の定式 化

  研究費種類: 公的研究費（省庁・独法・大学等）  参画方法: 研究代表者

  研究種別: 研究助成  事業名: 物質・デバイス領域共同研究拠点（展開共同研究）

  課題番号: 20224034

  研究期間: 2022年04月  -  2023年03月 

  連携研究者: 中垣 俊之  資金配分機関: 物質・デバイス領域共同研究拠点

  直接経費: 200,000（円）  間接経費: 0（円）  金額合計: 200,000（円）

• ICT によるバイタルチェック自動化システムの構築

  研究費種類: 学内助成（後援会・財団含む）  参画方法: 研究代表者

  研究種別: 研究助成  事業名: 令和3年度 産学金地域・企業ニーズ解決型共同研究助成事業

  研究期間: 2021年08月  -  2022年03月 

  代表者: 國田　樹  連携研究者: 医療法人海秀会 うえむら病院  資金配分機関: 琉球大学

  直接経費: 1,000,000（円）  金額合計: 1,000,000（円）

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SDGs 【 表示 ／ 非表示 】

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担当授業科目（学内） 【 表示 ／ 非表示 】

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