ブックタイトルGSIS_2019

概要

GSIS_2019

応用情報科学専攻Department of Applied Information Sciences 61■研究キーワード■■KEYWORDS ■In biological systems, observed phenomena at behavioral level could not be attributed to a few genes.Complex, inter- and trans-hierarchical interactions mediate between gene and behavior. In order todisclose emerging mechanisms underlying diverse functions of living systems, synthetic approachesbased on top-down modeling should be essential. In our laboratory, we attempt to disclose substratesof higher-order brain functions and life by carrying out integrated modeling study of dynamics in livingsystems.（1）Modeling of biological clock systemIntegrated modeling is performed concerning oscillatory mechanisms of genetic networks, anensemble of pacemaker cells, and macroscopic oscillators at behavioral level. In addition, knowledgeobtained through modeling is applied to an optimal schedule design of shift work and time-zone flight.（2）Dynamics of neural network and their functionsExperimental and modeling studies are performed focusing on possible roles of neural networkdynamics in development and maintenance of neural circuit as well as higher-order brain functions.（3）Development of bio-signal processing algorithms and clinical applicationsDigital signal processing algorithms for extraction of fetal electrocardiogram from mother’s abdominalelectrical signals and the real-time neuronal signal processing system for the brain-machine interface（BMI） are developed.Modeling of biological mechanisms and theirapplications生体システムにおいては行動レベルの現象を少数の遺伝子情報に還元して論じることはできない。その間に横たわる多くの階層間の複雑な相互作用が両者を媒介しているからである。生命システムの持つ多様な機能の発現メカニズムを明らかにするには、生物学的知見に立脚しながら、トップダウン的モデリングに基づく構成論的アプローチが欠かせない。本研究室では、生命システムのダイナミクスのモデリングを統合的に進めることによって、高次脳機能や生体・生命システムの本質に迫っている。（1）生体リズム機構の数理モデリング遺伝子ネットワークによる振動機構から、振動子細胞集団を経て、行動学的レベルにおける振動機構までを統合的にモデル化する。その成果を交代勤務や時差飛行の就労スケジュールの最適設計に応用する。（2）神経回路網ダイナミクスとその機能神経回路網ダイナミクスが、神経回路の発達・維持や、高次機能において果たす役割について実験的・モデル論的に研究する。（3）生体信号処理アルゴリズムの開発と臨床応用母体腹壁心電図から胎児の心電図波形を抽出するディジタル信号処理アルゴリズムや，ブレイン・マシンインタフェース（BMI）のためのリアルタイム神経情報処理システムを開発し，臨床応用をめざす。生体・生命現象を解き明かし活かすProf.Mitsuyuki NakaoAssoc. Prof.Norihiro KatayamaAssis. Prof.Toshihiro Uchibayashi教 授准教授中尾 光之片山 統裕Biological rhythms ／ brain ／ gene network ／ signal processing ／ simulation生体リズム／脳／遺伝子ネットワーク／信号解析／シミュレーションバイオモデリング論 http://www.biomdl.ecei.tohoku.ac.jpBiomodeling神経科学研究のためのマウス用バーチャルリアリティ行動実験システムの開発．図はバーチャル廊下内の風景．バーチャルリアリティ空間で自由行動中のマウスで記録された海馬脳波Development of a virtual reality equipment for behavioral experiments in micefor neuroscience research. The picture shows a landscape in the virtual corridor.Hippocampal EEG measured from a mouse freely behaving in the virtualreality environment特任助教（研究）内林 俊洋