11－3

データ数理研究分野

らの刺激に対する応答として始まる一連の構造変化とそれ

データ数理研究分野に伴う化学反応」であり、階層を越えた「状態変化」のつながりの産物といえる。そのような生命システムを理解す

教授

小松崎民樹（総研大、理博、2007.10～）

るためのアプローチには、大別して、背後に存在する数理准教授

寺本央（東大院、博(学術)、2017.4～）構造を提唱するトップダウン的構成論的手法と微視的な立助教

水野雄太（東大院、博(学術)、2019.8～）

場からマクロな現象の再現を試みるボトムアップ的還元論

助教

伊藤創祐（東大院、博（理）、2017.4～2018.11）

的手法が存在する。前者は大胆な仮定や粗視化のために自助教

西村吾朗（阪大院、理博、2007.10～）

然と乖離したモデルに陥る可能性が存在する一方で、後者特任助教

James N. Taylor（ライス大、PhD、2014.10～）

田畑公次（北大院、博（情報科学）、2017.7～）
Mikhail Tsitsvero（ローマ・ラ・サピエンツァ大、Phd
博士研究員
学術研究員

は個々の微視的事象を枚挙するだけでシステム全体を捉えることは困難である。
自然科学研究において革命的な発展をもたらすものは、

2019.10～）
Sulimon Sattari（UC Merced、PhD、2017.7～）

多くの場合、新しい実験技術とその新しい実験事実に基づ

永幡 裕（北大院、博（生命科学）、2019.10～）

飛躍的な進展により、「観測」の在り方が大きな変貌を遂げ、土田旭（北大院、博（理）、2017.12～2019.2）

サブミリ秒程度の時間分解能で、一分子レベルの大規模構

Aurelien Pelissier(University Grenoble –造変形や細胞の分化の経時変化を直接観測することが可能

Alpes、2018.10～2019.3)
Abdul Halim Bhuiyan（University of Dhaka、
Master of Science、2019.5～2019.9）になってきた。

Md. Menhazul Abedin （ University of
Rajshahi、Master of Science、2020.2～）

いた理論・概念の転回である。近年、一分子計測技術等の当該研究分野では、化学反応や生体分子の構造転移などの状態変化における「偶然と必然」、「統計性と選択性」、「部
分と全体」の基礎原理を解明するとともに、“トップダウン”

学振外国人特別研究員 Jean-Emmanuel Clement (University of Burgundy、PhD、2018.11～2020.12）と“ボトムアップ”の両アプローチを橋渡しする概念や方外国人協力研究員 Md Motaleb HOSSAIN（北大院、博(理学)、2019.7～）

生命システムの階層性の論理を構成し、生命の中に積木細学

生法論を確立し、できるだけ自然現象に照らし合わせながら工をこえる新しい概念を創出することを目指している。
この他、単一分子分光を用いた生体計測を通して、階層

博士課程後期を越えた構造と機能の相関を探っている。具体的には、700

Khalifa Mohammad Helal（生命科学院 生命融合科学コース、2015.10～2019.12）～1400 nmの近赤外波長領域の光計測技術を用いた非侵襲Udoy Sankar Basak（生命科学院 生命融合科学コース、
2017.10～）を確立する。それにより、単一分子レベルから個体レベル

Abdul Halim Bhuiyan（総合化学院
2019.10～）

物質化学コース、計測により、生きたままの生体組織の定量的生体計測技術までの階層をまたいだ総合的理解を目指している。

２．研究成果Zannatul Ferdous（生命科学院 ソフトマター専攻）（2020.4～）（1）対称性下におけるバンド交差の幾何構造の特異点論に

博士課程前期

よる分類

宮下 彩季（理学部 化学科）（2020.4～）
学部生

バンドエンジニアリングとは固体の複数のバンドを衝突させることにより、そのバンド構造を変化させ、それによ宮下 彩季（理学部 化学科、2019.4～2020．3）

り物性の制御を目指すものであり、Dirac-cone engineer-

滝川 皇（理学部 化学科、2018.4～2019.3）

ingを含むより一般的な枠組みを指す。近年、ナノテクノロ

近藤 僚哉（理学部化学科、2020.4～）

ジーおよび観測技術の進歩により、バンド構造を物性パラ

田中 綾一（理学部 化学科、2020.4～）

メータを変化させることで制御したり、バンド構造を直接浅野 光平（理学部

観測したりすることが可能となってきた。そのバンドエン

数学科、2020.4～）

ジニアリングを実現するためには、与えられた結晶の対称１．研究目標性および時間反転対称性の下、二つのバンドを衝突させることでバンドにどのような幾何学的変化が生じ、それによ

生体分子、細胞、組織、そして個体に至る生命システム

りどのように物性が変わるのかを理解することが重要であは常に外界に晒(さら)されながら、ミクロレベルでの“刺る。結晶の時間反転対称性又は空間反転対称性が破れた状

激”がマクロレベルまで伝達し頑健な機能を作り出してい況におけるブリルアンゾーン上の一般の位置にある結晶運る。生体系の反応現象の多くは、複雑な中に特異性、すな

動量において生じるバンド交差の幾何構造を特異点論を用

わち、選択性・機能性を保有していて、その特異性が生命いて分類し、そのバンド交差の特異点分類の不変量と分岐現象の豊かさの源泉となっている。生体機能とは「外界かを議論し、さらにこの枠組みをより一般の対称性を持つ結晶運動量におけるバンド交差の幾何構造の分類が可能となるように拡張した。その特異点の分類問題は我々が提案するK[r(G)]同値という同値関係による分類問題として定式化することができる。その定式化の結果は現在論文投稿中である。その一般的な枠組みのもとバンド交差の幾何構造を分類する必要があるのだが、点群の対称群の対称性だけでも122種類の可能な磁気点群があり、さらに着目するバン
ドがどの既約（複）表現に属しているのかに依存してその幾何構造は変わりうるため、それらを網羅的に手で計算するのはほぼ不可能である。そこで、我々は包括的グレブナ
ー基底系に基づいた特異点の自動分類アルゴリズムを構築した。その自動分類アルゴリズムのおかげで複雑なモジュライパラメータを含み、従来法では分類が難しかったような分類問題も組織的に解くことが可能となった。この成果は現在論文投稿準備中である。

経済学の問題の設定の下で調べられてはいるものの一般的な状況でどのような構造となりうるのかはほとんど知られていなかった。本研究ではまず多目的最適化問題が強凸問題というクラスの問題であるときに、そのパレート最適解全体の集合ととそれを目的関数の空間でみたパレートフロントの構造がどのようなものとなるかを明らかにした。その結果、それらはその境界が目的関数の数を減じた多目的
最適化問題の部分問題のそれになっていること等が明らかになった。そのような階層的な構造を利用することで、パレート最適解全体を効率よく見つけることも可能となる。
この成果は SIAM Optimization に投稿し、受理された(N.
Hamada, K. Hayano, S. Ichiki, Y. Kabata, H. Teramoto,“Topology of Pareto Sets of strongly convex problems”, SIAM Optimization, accepted)。現在は、より一般のクラスの多目的最適化問題のパレート最適解全体の集合およびパレートフロントの構造の微分位相幾何学的構造の網羅的分類を特異点論を用いて行っている。この分類を得るために、広中平祐らによる局所環上の加群に対する標準基底を混合加群に一般化し、その標準基底を計算するためのアルゴリズムを開発した。この成果は数式処理トップ
カンファレンス ISSAC2020に投稿し受理された(H. Teramoto and K. Nabeshima, “Parametric Standard System
for Mixed Module and its Application to Singularity
Theory”, Proceedings of the International Symposium
on Symbolic and Algebraic Computation, ISSAC2020, accepted)。

（3）情報幾何を用いた熱力学理論の構築
大腸菌(E.coli)の走化性における適応のダイナミクスに代表されるような生体の情報処理において, 機能の正確性
やスピードを高めるために十分な熱力学的なコストを支払っていることが知られていた。これは熱力学的なトレード
図 1：Γ 点と呼ばれる結晶運動量において Bi2Se2 のフェルミ面近傍の二つのバンドが交差し、その点において TKNN 指数が変化する瞬間のバンドの幾何構造の変化

オフ関係(例えばenergy-speed-accuracy trade-off)とよ
ばれ, 様々な模型で各論的に調べられてきた流れがある。
これに対して我々は情報幾何と確率過程における熱力学の（2）多目的最適化問題に表れるパレート集合とフロントの微分位相幾何学的分類
多目的最適化問題とは、二つ以上の目的関数を同時に最適化する問題であるが、一般には異なる目的関数は異なる
最小点を持っており、一つの目的関数を最小化しようとす
れば、他方の目的関数の値は上昇してしまうというように複数の目的関数の最小化は一般にはトレードオフの関係にある。そのような多目的最適化においては単目的関数の最小点を多目的関数へ一般化した概念として、パレート最適解というものが経済学者パレートによって提案されている。
ある点がパレート最適解であるとは、その点における目的関数の値の一つを減少させようとすれば、必ずほかの目的関数の値が増大してしまうことを指し、英語では best compromize な解と呼ばれている。多目的最適化問題は現在でも様々な応用に使われており、例えば進化計算のトップカ
ンファレンスの一つである GECCO には RWA (Real World
Application)というセッションが設けられており、そこには多目的最適化の実問題への応用が毎年多数集められている。多目的最適化問題において一つ解を選ぶとすると、その解はパレート最適解から選びたいと考えられる。実際にパレート最適解のうちどの解を選ぶべきかはユーザーのニ
ーズによって異なるが、パレート最適解全体の構造がわからない状況では、最適な判断を下すことは難しいため、パレート最適解全体の構造がわかっていることが望ましい。
パレート最適解全体の構造は古くは Smale らにより特殊な間の関係性を明らかにすることで, 普遍的な情報幾何のト
レードオフとして熱力学的な不確定性関係の一種を導出す
ることに成功した。
（4）Raman分光画像によって癌／非癌を分類する新しい識別子の開発
我々は高い空間およびスペクトル分解能を持つRaman顕

図 2：空間的にコヒーレントな細胞域を示す癌性および非癌性のヒト瀘胞甲状腺細胞の Raman 顕微鏡画像の分類。通常のヒト瀘胞甲状腺細胞からヒト瀘胞甲状腺癌細胞を区別する上で有益となる明確な細胞環境を示している。

微鏡画像を用いて、ヒト瀘胞甲状腺(Nthy-ori 3-1)細胞と、の差別化は困難である一方で、（脂質含量が低い）正常群は高分化型甲状腺癌であるヒト瀘胞甲状腺癌(FTC-133)細胞ほぼ問題なく識別できていた。NAFLは多様であり、いくつの違いを調べている。一細胞Ramanスペクトルの分類と比較

かの画像では（高い脂質含量の）NASHに類似している一方することで、Raman画像に含まれる細胞内部の情報の重要さで、NASHからほど遠い画像もあった。これらの分類は類似が強調される。高い空間分解能(~ 1.7 μm²)でスペクトル性スコアによって確認が可能で、我々のRaman分析では正常の粗視化を行うことで細胞内部の情報が抽出され、似通っ(HFD 8w-3)なマウス1匹とNASH (HFHC 4w-4)マウス1匹がた生化学的組成をもつ位置を表す特性スペクトルグループ

NAFLと分類され、奇妙な組織像(HFD 4w -1, mild fibro-の組が生成される。我々はそれぞれの単一細胞内の特性スsis)のマウス1匹とNAFL (HFD 4w-4, 16w-2)マウス2匹が正ペクトルの出現頻度に基づく細胞分類器を開発している。

常と分類され、NAFL (HFHC 4w (1-3), 8w (2,3,4))マウス

この分類器を用いることで、一細胞スペクトルの場合6匹がNASHと分類された。我々の結果は、このクラスタリン(77.6%)に比べて、FTC-133およびNthy-ori 3-1をより正確グ手法を用いたRaman画像によって、組織診断と比べてに(89.8%)分類することができる。また、細胞の区分においてどの細胞内成分が重要であるかを考察し、癌性のFTC-133(a)

細胞はNthy-ori 3-1と比べて、脂肪を含有する成分が増加、シトクロームを含有する成分が減少し、寄与した部分の多くは細胞核の外側にあることを発見した。この手法は、分類の正確性を高めることに加え、通常および癌性の濾胞性
甲状腺細胞の区別に関連する生化学的差異や細胞内分布に関する豊富な細胞内部の情報をもたらす。
（5）非アルコール性脂肪肝疾患を予測するためのRaman顕微鏡画像の情報理論的ソフトクラスタリング(b)

適切なデータ分析技術と組み合わせたRaman顕微鏡法は、複雑なラマンスペクトルを詳細に分析するための強力な診Decreasing lipid fraction

断ツールとなり得る。我々は、類似の特性を持つグループにデータをクラスタリングすることで、マウスの肝組織のRamanハイパースペクトル画像が、非アルコール性脂肪肝疾

図 3：(a) クラスタの空間分布 (b) クラスタの平均ポピュレーション

患(NAFLD)のステージをどのように分類できるかを分析し

NAFLDをよりロバストに診断することが可能で、異なるた。Raman画像データ対するいくつかの前処理の後、情報理

NAFLDの状態の生化学的変動の解明に繋がることを示唆し論的アプローチであるレート歪み理論(RDT)によるソフトている。

クラスタリング法を行った。これは、類似の統計的性質を持つスペクトルを同じグループに割り当てる。RDTは、条件付き確率p(C_k |S_i)について汎関数F=I(C;S)+β〈d〉を最小化することで、スペクトルの集合をより少ない数のグループにクラスタリングする。ここで、Cは得られたクラスタの集合、Sは所与のスペクトルの集合、I(C;S)はCとSの間の相互情報量、〈d〉はそれぞれのクラスタ内での全スペクトルの歪みを全てのクラスタについて平均したもの、βはラグ
ランジュ乗数を表している。我々は、データを説明する最適なモデルを得た。このモデルは７つのクラスタからなり、そのそれぞれが類似の分子情報をもつ画像領域を表現する。
図3aに、それぞれの画像内の7つのクラスタの空間分布を示す（それぞれの色が個々のクラスタに相当）。これにより、全ての画像で生化学的類似度の分布が明らかになる。この
図では、各画像に対する規定食や組織性状が上部にラベルされている。各組織性状におけるそれぞれのクラスタの平均ポピュレーション分布を図3bに示す（クラスタは脂質の割合に対して降順に配列）。個々のマウスのクラスタ数と平均ポピュレーション分布の類似度を計測し、それを各マウスの診断に用いた。脂肪含量という観点では、NAFLとNASH(6)病理診断を応用とした多腕バンディットアルゴリズムの開発
細胞の Raman 顕微鏡を使った癌診断などの病理診断や機械の故障の診断などでは、異常のある個所がある一定個数
以上かそれ未満なのかのみが知りたい場合がある。Raman
顕微鏡など分光顕微鏡では、一度に明視野の計測を行うのではなく逐次的な計測が行われるため、このような診断を行う場合には、一定個数#個以上異常がある、または、#個
未満なことが確定した時点で計測を打ち切って異常ありと診断することで高速化が期待できる。
# = 1のときは、このような計測の高速化は「悪腕存在チ
ェック問題」として定式化できる。 悪腕存在チェック問
題では、確率的多腕バンディット設定において、閾値θ∈(0, 1)に対し、報酬平均 μ が θ より大きければ正の腕、θ より小さな場合は負の腕と定義し、与えられた許容誤り確率 δ∈(0,0.5)に対し、正の腕が存在する場合には
1-δ 以上の確率で「正」、負の腕しか存在しない場合は1δ 以上の確率で「負」と出力するできるだけ試行回数が少ないアルゴリズムを開発することを目標とする。
新たに腕判定規則を提案し、従来手法と比較して、難しい問題のインスタンスに対しては必要なサンプル数が約半分になることを理論的に示し、また実験的にも性能が良い

ことを確認した。この成果は Machine Learning に投稿し、受理された。

る癌のスペクトルマーカーのレベルを評価することにより、

また、一般の#に対する識別バンディットと呼ばれる問題にも有用なアルゴリズムを提案している。

（例えば生細胞の空間-化学情報のような）高次元データを

細胞内構造レベルで癌疾患の定量化を可能にする。しかし、取得するには時間がかかりすぎ、これは臨床応用の際にこの技術の効果を限定的にする。この難点を乗り越えるために、我々は、圧縮センシング理論の考えを利用した新たなRaman顕微鏡を開発した。圧縮センシング理論は、古典的なデータ収集システムに共通する方法論に対し、情報のアン
ダーサンプリングにより対抗するセンシングパラダイムである。実際、この枠組みを用いることで、非適応的線形測定をごく少数回行うだけでRamanハイパースペクトル画像の識別と圧縮を同時に行うことができる。このアンダーサンプリングのシナリオ（測定回数 m は信号次元 n よりもはるかに小さい）で、圧縮センシング理論は、都合のいい基底におけるスパース構造を用いることで、オリジナルのハイパースペクトル画像を復元することが可能である。ハイパースペクトル画像の復元のための戦略は、空間方向とスペクトル方向両方の平滑度といったハイパースペクトル画像のスパース性およびモデル特性を増進させるような制約つきの最適化問題を解くことである。この方向性に従い、

図 4 ：人工データによるシミュレーション実験の結果(Δ=0.1,δ=0.01)。損失がベルヌーイ分布に従う 100 腕のうち m 腕を平均損失が閾値よりも大きな腕とし、100-m 腕を閾値
θよりも小さな腕とし、APTP、LUCB、UCB、TS の 100 回実行した停止時刻のバイオリン図と平均を示した。

我々は、変換領域ハイパースペクトル全変動と呼ばれる混合L_1,2ノルムの最小化を提案した。
（8）時間分解法を用いた、高感度蛍光ターゲット検出法の開発：シミュレーションによる検討
蛍光を用いた組織病変部などの高感度検出法は、従来からの放射性プローブを用いた手法を置き換える手法として重要である。しかし、生体組織による強い散乱により表面にある蛍光プローブの観測に限られ、深部にある蛍光プローブの検出は極めて難しい。ピコ秒時間分解手法により背景光に隠れた蛍光プローブ信号を時間領域で分離することにより、従来より高感度に蛍光プローブ信号を取り出すことが可能であることを確かめた。さらに、その方法をシミュレーションにより考察した。

図5 識別バンディット問題に対するアルゴリズムのフローチャート。

散乱体の中の蛍光は、モンテカルロ法によりシミュレー
ションした。このシミュレーションは励起光子をある位置から入射しその軌跡を追跡する。散乱が起きる場所、散乱（7）圧縮センシングによるラマン顕微鏡開発により変わる方向、さらに吸収され光子が消滅するそれぞ

癌を早期に発見することは、死亡率の減少に大きな影響れの現象を乱数により決め、それを繰り返すことにより蛍を与える。しかしながら、早期発見を可能にするためには、

光プローブに吸収されるまでの軌跡を、さらに蛍光を発し

良性と悪性の間の過渡的な状態を識別できなければならなた後も同様にすることにより、検出器に入るまでの軌跡をい。したがって、癌を早期にスクリーニングするためには、追う。検出された光子の辿った軌跡の長さが、光子が入射

例えば細胞や組織のような生物学的システムの構造的変化

してから検出されるまでの時間に対応し、実際の実験に合および微小環境変化を高感度で検知できる新たな技術の開わせ検出時刻に対する検出された光子のヒストグラムで時発が必要である。光-物質相互作用の非弾性散乱を利用する、間応答特性を表す。シミュレーションには実際の生体組織

無標識の非侵略的な技術である共焦点Raman顕微鏡は、生物の代表的な吸収、散乱係数を用い、背景光に埋もれること

学的サンプルの豊富な化学的指紋を与える診断ツールとしを模擬するために試料全体にも僅かに蛍光体を含むようにて大きな可能性を有すると示されている。特に、生物医学設定した。

の研究における新しいツールであり、実空間の化学情報をシミュレーションから得られた時間応答関数を用い、蛍取得できるRamanハイパースペクトルイメージングは、異な光プローブからの蛍光像のコントラストを評価した（図6）。

蛍光像の取得は、1点で励起し別の1点で検出しそれを表面で走査することにより得る「表面走査」と通常の蛍光カメ
ラで測定するような励起光の平面照射、平面検出との２つの方法を用いた(図右)。得られた時間応答関数のうちプローブの蛍光体からの信号が強くなる1ns 付近の値を取り出しその強度を用いて求めたものを時間ゲート、時間応答関数を時間に対し積分したものを定常光と図では示している。
蛍光プローブ画像のコントラストは、蛍光プローブの含まれる深さが深くなるにつれ、どの条件の結果も指数関数的に小さくなる。時間ゲートを用いるとすべての場合について定常光のコントラストを大きく改善する。最も一般的な蛍光イメージング手法（平面照射面検出）に比べると1桁程度の改善が得られることがわかる。さらに時間ゲートの場合点照射点検出の2点間の距離が短いほどコントラストが改善すると言う新しい結果が得られた。
以上のことより、時間ゲートを用いることにより蛍光プ
ローブをより高感度に検出でき、また励起検出点間の距離を小さくしたほうがその効果が大きいことがわかった。今後は、例えば今回のシミュレーションでは蛍光寿命は0としているため、それを考慮することなどを行い、結果として最も高感度に蛍光プローブ検出が可能な条件を探る予定である。
(9) 時間分解法を用いた、蛍光ターゲットの位置形状推定

図 6:蛍光プローブ画像のコントラストの深さ依存性に関する検討
生体組織の内部の病変部の高感度検出法では、放射性プ
ローブを用いた手法が一般的であるが被曝の問題などから蛍光などを用いた別の方法に置き換えることが望ましい。
しかし、光学的手法は、生体組織の強い散乱により、深部にある蛍光プローブの検出や位置形状の特定は極めて難しい。このような強い散乱の中で拡散する蛍光からその蛍光体の位置や形状を特定する手法は拡散蛍光トモグラフィ（FDOT）と呼び、多くの研究が行われているが、外乱に弱く確立した手法はない。本研究では、ピコ秒時間分解手法を用いて失われた空間情報を時間領域から補完する時間領域手法を用いた FDOT についてより安定的に正しく位置を推定する手法を研究する。特に、蛍光体の形状を直方体で近似することにより、確定するべきパラメータ数を減らし安定的に推定する手法を研究した。
生体組織での光伝搬は、拡散方程式が良い近似となるが、空間を半空間とし蛍光体を直方体と仮定しその解を解析的に求めた。その結果、未知のパラメータ数は7個を、半空間の界面での計測データから推定する逆問題となる。この問題について、シミュレーションで得たデータと食肉を生体
組織模擬サンプルとした実験データの両方を用いて検証したところ、比較的少数のデータから位置と直方体としての形状を再現することができた。またこの手法は計算量も少なく高速に結果を得られることを示した（C.Sun et al,
JOSAA2020）。
形状を直方体とした近似と任意の形状との対応関係や複数の蛍光体を含むような条件などの問題を今後検討し、これまでより医療現場で実際に用いることが可能な手法として確立を目指す。
(10)運動解析によるリーダーフォロワー同定
目標：我々の目標は、集団運動しているエージェントグル
ープから、その運動軌跡のアンサンブルだけを使用して、リーダーとフォロワーを特定する情報理論的な枠組みを提案することである。
成果：エージェント間の相互作用領域を運動軌跡から推定する情報理論的枠組みの提案論文を Physical Review E 誌において発表した。我々は、同定された最適な相互作用領域を用いることで、リーダーとフォロワーの分類が大幅に改善する事を示した。
概要：鳥、魚と細胞のような、局所的に相互作用する粒子
やエージェントからなるシステムは、全体として自然発生
的・時空間的な集団挙動を示す。エージェント間の相互作
用は、エージェントの時空間的協調の重要な特徴である。
ほとんどの場合、２つのエージェントは無限の距離を隔てて交信する事は出来ないため、相互作用は本質的に局所的であると仮定する事は自然だ。相互作用半径は、エージェント間の相互作用ネットワークを定義するので、集団挙動分析の分野において重要な量である。
集団挙動を研究するために、Reynolds' フロッキングモ
デル、 Vicsek モデル (VM)、Couzin モデルなど、様々なシミュレーション・モデルが提案されてきた。これらのモデルはコンピュータ上でのシミュレーションが容易であり、これは集団運動の解析を容易にする。VM はミニマルなモデルであるため、集団運動する自己駆動粒子（SPP）の様々なダイナミクス（対称性の破れや相転移など）を研究するのに広く使われているモデルの一つである。このモデルもリーダーとフォロワーの分類に使われてきた。VM では、動いている粒子は距離 R の範囲内にある粒子とのみ相互作用し、相互作用領域は円状であると考える。
我々は、多粒子系において、背後にある粒子間の相互作用
領域もしくは相互作用距離を、軌跡アンサンブルから推定する情報理論的枠組みを提案した。集団挙動分析において、捕食者-被食者相互作用とリーダーとフォロワー識別を研究するために、シミュレーションデータと実験データの双方に対し、移動エントロピー（TE）が用いられている。我々は、修正 VM において、同定された最適相互作用領域を用いることで、リーダーとフォロワーの分類が、移動エントロ
ピーが距離にかかわりなくすべてのペアーにおいて計算されるケースと比較して、大幅に改善することを示した。現
実には、人は動物、細胞、または鳥のグループの相互作用領域を推察できない。軌跡アンサンブルからそれを推測するために、カットオフ距離λを導入する。我々は、カット
オフ距離に対する平均 TE の関数の微分が、実際の相互作用半径の近傍で最小となり、この枠組みは集団運動するエージェントの相互作用領域を捉えられることを示した。
我々は非線形尺度としての TE が、相互作用領域の同定において、相互相関（CC）より優れていることも示した。

（11）細胞性粘菌の細胞場解析と因果解析
細胞性粘菌は最も一般的に研究されている種の一つである。細胞性粘菌は、ある条件下では、個体で独立した細胞として働くが、飢餓状態などの過酷な状態におかれると、結合して多画構造を形成する。私たちの目標は、細胞運動とcAMPシグナルから細胞間関係を定量化する事と、周囲を指揮するシンギュラリティ細胞を探求する事である。また、凝集場所に関する事前予測も行いたいと考えている。
私たちは、細胞間の情報と方向性を定量化するという方法で、リーダーとフォロワーの識別可能性の研究を行っている。相互情報量や移動エントロピー、因果エントロピーのようなさまざまなツールが、2つの過程間の情報フローを

Onset

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After 6 hours

After 8 hours

化学反応を理解する上で分子構造３次元から得られる情報は、立体異性体や創薬におけるドッキング法など、分子の機能を知り、利用する上で欠かすことができない。他方、データベースから得られた情報を使って反応性や機能の予測をする化学情報学は分子構造式もしくは分子グラフに代表される２次元の情報を使っている。これは、一般の部分グラフ同型判定問題が NP 完全だが、平面グラフにおいては多項式時間となるためである。
他方、量子化学計算を使って得られるトラジェクトリーや反応経路のデータでは、１．立体構造は変わるが分子構造
式はあまり変わらないことが多い、２．立体構造間の原子の移動が特定できている、３．扱う立体構造の原子数に対して量子化学計算による制約がある といった特徴がある。
我々は、複数の分子構造群から、適当な閾値以下の変化（図8）を許容した場合に、変化しない３次元部分構造を特定するアルゴリズムを開発した。

図 7： 典型的な Dicty 細胞の凝集過程計測するために開発されてきた。二つの確率変数XとYに対し、条件Xの下でのYの条件付きエントロピーは、&((│*) =− ∑!,# .(*, () log .(*, ()/.(() と 定 義 さ れ る 。 こ こ で 、

図 8
解析によって得られたアリルビニルエーテルのクライゼン転位反応における反応系分子構造群がもつ構造モ
チーフ.(*, ()はその同時確率分布であり、.(*)は*の周辺確率分布である。移動エントロピー（TE）はこれら2つの過程の情報フローを測るのに用いられる。YからXへのTEは56(( →*) = &(*$%& │*$ ) − &(*$%& │*$ , ($ )と定義される。リーダ
ーとフォロワーの関係の場合、リーダー細胞からフォロワー細胞に伝わる情報は、フォロワー細胞からリーダー細胞に伝わるものよりも大きくなるべきである。しかしながら、
TEは、より深い解釈をもたらす他の情報量の組に更に分解可能である。私たちはコロニーにおけるリーダーとフォロ
ワーの関係を解明する事でTEの利点と欠点の問題について取り組んでいる。その一方で、凝集場所を明らかにする為に、我々は、位相差画像のシークエンスに対して粒子画像
流速測定（PIV）を適用し、画像上の異なる箇所（グリッド）の間でどのように速度が変わるのかを調べている。我々はこれらのグリッドの方位も測定している。速度分布もしくはグリッドの方位がどの位変わるかを判定するために、カントロヴィッチ距離を用いる。この測度は、誘因（になりうる）運動がいつどのように起こるかを知る為の測度の候補であり、細胞場中の情報伝達の解明につながることが分かった。
(12) ３次元分子構造がもつ構造モチーフの解析法開発

図 9 トラジェクトリーデータから得られた構造モチーフが示す部分構造がある時刻以降安定化(13)Voronoi 分割による化学反応動力学の相空間構造の計
算
ポテンシャルエネルギー面上の最小エネルギー経路に基づく反応経路図は，化学反応機構の系統的解明と反応速度・選択性の予測に不可欠な学術的基盤となっている．しかし，最小エネルギー経路は動力学効果（分子の運動の効果）を無視しているため，この伝統的な反応経路図の枠組みによって扱えない化学反応の例が，近年多数報告されている．
そこで本研究では，動力学効果を取り込める相空間幾何学の理論的枠組みと，量子化学計算の技術とを融合させ，動力学的反応経路図の自動作成プログラムを開発する．これまで我々は，Voronoi 分割と動力学計算を用いた相空間構造の数値計算法の研究開発を行った．このアルゴリズムは，ランダムに動力学計算の初期条件を選ぶより効率的に化学
反応動力学の相空間構造を計算できる．
図10 Voronoi 分割による相空間構造の計算例．

計算機などの新概念コンピューティング技術を用いて，大規模化学反応ネットワークの解析と設計問題を解くことができる実用的計算技術を開発する．これまでで，問題の定式化とイジング計算機を用いるために必要なイジングハミ
ルトニアンの理論設計を行い，シミュレーティッドアニー
リングにより中規模の問題を解けることを確認している．
今後は，量子アニーラーや CMOS アニーラ―などのイジン
グ計算機の実機を利用した計算を行い，さらに大規模問題
を部分問題に分割する方法論を開発する予定である．

(14) 化学探索における不確実性の評価手法の開拓
実験設定下での反応物の物理的コストのため、もしくは、計算化学であれば多大な計算時間/リソースを必要とするために、化学では実験データであっても、計算データであっても、データを得るために非常にコストが掛かる。最も重要なこととして、計算ができることとその計算の精密さとはトレードオフの関係にあるため、得られる計算または実験データの確信度にはばらつきが生じる。

３．今後の研究の展望

そのため、まず化学データに現れる不確実性の問題に取り組む必要がある。不確実性を定量化する方法として、ガウ動態現象として具現化されているものと思われる。しかし生体機能を司る分子は、多くの場合、アボガドロ数個ではなく、少数個が参画し、有限時間内に生体機能は生起する。そこでは平衡統計の枠組みが必ずしも成立している保証はなく、一分子観察を通して、長時間の分子記憶などのながら、シグナル伝達、エネルギー伝達、DNA複製などの細胞機能において重要な役割を果たす分子機械は、熱揺らぎに晒されながら、入力刺激に対する応答として始まる一連の構造変化とそれに伴う化学反応から成り、平均熱エネル
ギー（～kBT）よりもさほど大きくない入力に対し、その機能を効率的かつ選択的に発現する。しかしながら、その指導原理は未だに解明されていない。それゆえ、統計性を予め仮定しない基礎理論から化学反応や構造転移の根本原理を追求するとともに、あらかじめ系についての性質（統計性、次元性など）を前提としないで、（実際に観測される）一分子時系列情報から背後に存在する動態構造について読み解く方法論を確立することは熱揺らぎ存在下における生体機能の指導原理を考察するうえで本質的に重要である。
今後、引き続き、一分子生物学における自由エネルギー地形概念そのものの再考、生体分子系ダイナミックスと熱揺らぎの拮抗関係、時空間スケールの異なる階層間の情報伝ス過程には望ましい特性が多くある。第一に、ガウス過程
はベイズ推論に依拠しており、そのことは事前分布という形で我々が持っている事前信念をモデルに組み込むことを可能とする。第二に、ガウス過程で用いられている様々な
カーネル関数は、化学の特定の問題に対処するためにデザインすることができるであろうからである。

達、環境に適応しながら時々刻々変化する階層ネットワー

さらに次に問題になってくるのが、正確な分子記述子のデザインである。完璧な記述子であるためには、原子座標の変化に関する連続性と微分可能性、回転と置換不変性、完全性といった、いくつかの条件を満たさなければならない。例えば、SOAP のような関数ベースのアプローチは、こういった条件をほぼ満たしている。しかしながら、可能な限り非冗長でありながらも表現の完全性の問題にも対処できるように、更なる改善がこのアプローチには必要である。
さらに我々は、分子のトポロジー的特徴を捉える別の記述子の一群についても研究を行った。

またいだ計測とその医学生物学応用を進めていく予定であ(15) 新概念コンピューティングによる化学反応ネットワークの解析と設計
化学反応ネットワークの解析と設計問題（e.g. 合成経路最適化、反応経路列挙）の多くは，従来型計算機では計算困難である，NP 完全な組合せ最適化問題として定式化される．本研究では，組合せ最適化問題に特化したイジング

ク構造の遍歴現象などを考察していき、一分子基礎学の創出を目指していく予定である。
一方、近赤外波長域を用いた生体組織レベルでの定量的計測法の確立を目指し、それを用いた生物システムの階層をる。またそれにとどまらず幅広い応用も進めて行く。

４．資料
4.1

学術論文（査読あり）

１)

Y. Sugie, Y. Yoshida, N. Mertig, T. Takemoto, H.
Teramoto, A. Nakamura, I. Takigawa, S. Minato,
M. Yamaoka and T. Komatsuzaki: “Minor-embedding
heuristics for large-scale annealing processors
with sparse hardware graphs of up to 102,400
nodes”, Soft Computing (2021)

２)

U. S. Basak, S. Sattari, K. Horikawa and T. Komatsuzaki: “An information-theoretic approach
to infer the underlying interaction domain among
elements from finite length trajectories in anoisy environment”, J. Chem. Phys. , 154:
034901-1–034901-12 (2021)

３)

４)

５)

６)

７)

８)

９)

Jijun Liu, Manabu Machida, Gen Nakamura, Goro
Nishimura and Chunlong Sun, On fluorescence imaging: diffusion equation model and recovery ofabsorption coefficient of fluorophores, Science
China Mathematics, doi:10.1007/s11425-020-1731y.(2020) in press
U. Basak, S. Sattari, H. Motaleb, K. Horikawa
and T. Komatsuzaki: “An information-theoretic
approach to infer the underlying interaction domain among elements from finite length trajectories in a noisy environment” J. Chem. Phys.
Accepted for publication
U. Basak, S. Sattari, K. Horikawa and T. Komatsuzaki: “Erratum: Inferring domain of interactions among particles from ensemble of trajectories”, Physical Review E, 102(124040):
069902-1–069902-3 (2020)
N. Shimamoto, M. Toda, S. Nara, T. Komatsuzaki,
K. Kamagata, T. Kinebuchi and J. Tomizawa: “Dependence of DNA length on binding affinity between TrpR and trpO of DNA”, Scientific Reports,
10: 15624-1–15624-9 (2020)
U. Basak, S. Sattari, K. Horikawa and T. Komatsuzaki: “Inferring domain of interactions
among particles from ensemble of trajectories”,
Phys. Rev. E, 102(1): 012404-1–012404-9 (2020)
T. Aizawa, M. Demura, K. Gohara, H. Haga, K.
Ishimori, M. Kinjo, T. Komatsuzaki, K. Maenaka
and M. Yao: “Biophysical Research in Hokkaido
University, Japan”, Biophysical Reviews, 12(2):233–236 (2020)

How to utilize asymmetric problem structure?”,Machine Learning, 109: 327–372 (2020)
１４) T. Komatsuzaki, S. Pressé and P. Senet: “Deciphering Molecular Complexity in Dynamics and Kinetics - From the Single Molecule to the Single
Cell Level”, The Journal of Physical ChemistryB, 123(30): 6387–6388 (2019)１５) K. M. Helal, J. N. Taylor, H. Cahyadi, A. Okajima,
K. Tabata, Y. Itoh, H. Tanaka, K. Fujita, Y.
Harada and T. Komatsuzaki: “Raman spectroscopic
histology using machine learning for nonalcoholic fatty liver disease”, FEBS Letters, 593:
2535–2544 (2019)１６) J. N. Taylor, K. Mochizuki, K. Hashimoto, Y.
Kumamoto, Y. Harada, K. Fujita and T. Komatsuzaki: “High-Resolution Raman Microscopic Detection of Follicular Thyroid Cancer Cells with Unsupervised Machine Learning”, The Journal of
Physical Chemistry B, 123(20): 4358–4372 (2019)１７) H.Toba, S.Odate, K.Otaki, and G.Nishimura, “Thestability condition for FDTD of the optical diffusion equations”, Optical Review, 27: 81-89(2020).
１８) C.Sun, G.Nakamura, G.Nishimura, Y.Jang, J.Liu
and M.Machida, "Fast and robust reconstuction
algorithm for fluorescence diffuse optical tomography assuming a cuboid target", Journal of
the Optical Soceity of America A, 37: 213-239(2020).
１９) T. Takemoto, N. Mertig, M. Hayashi, S. SusaTanaka, H. Teramoto, A. Nakamura, I. Takigawa,

T. Komatsuzaki, H. Nakamura, J. Tame, S. Yanaka,
T. Nagai and K. Nagayama: “Editorial for theSpecial Issue of Biophysical Reviews focused on
the Biophysical Society of Japan with selectscientific content from the 57th BSJ annual
meeting, Miyazaki, Japan”, Biophysical Reviews,
12: 183–185 (2020)１０) K. Yamamoto, K. Ando, N. Mertig, T. Takemoto, M.
Yamaoka, H. Teramoto, A. Sakai, S. TakamaedaYamazaki, and M. Motomura, STATICA: A A 512-Spin
0.25M-Weight Full-Digital Annealing Processor
with a Near-Memory All-Spin-Updates-at-Once Architecture for Combinatorial Optimization with
Complete Spin-Spin Interactions, 2020 IEEE International Solid- State Circuits Conference (ISSCC), San Francisco, CA, USA, 138, (2020)

S.

Minato,T.

Komatsuzaki

and

M.

Yamaoka:“FPGA-Based QBoost with Large-Scale Annealing
Processor

andAccelerated

Hyperparameter

Search”, In Proc. of IEEE CAS 2018 International Conference on Reconfigurable Computing
and FPGAs (ReConFig 2018), Dec. 2018 (2019)２０) G.Nishimura: “Contrast improvement in indocyanine green fluorescence sensing in thick tissue
using a time-gating method”, Biomed.Opt.Exp.,10, pp.1234-1249,(2019)

２１) Y. Sugie, Y. Yoshida, N. Mertig, T. Takemoto, H.
Teramoto, A. Nakamura, I. Takigawa, S. Minato,
M. Yamaoka and T. Komatsuzaki: “Graph Minors

１１) Y. Sugie, N. Mertig, Y. Iwata, H. Teramoto, A.
Nakamura, I. Takigawa, S. Minato, T. Komatsuzaki,
and T. Takemoto, “Compiling higher order binary
optimization problems into annealing processors”, 25th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 25th 2020), Beppu,
Japan, January 22-24, (2020)

from Simulated Annealing for Annealing Machineswith Sparse Connectivity”, Theory and Practiceof Natural Computing - 7th International Conference, TPNC 2018, Dublin, Ireland, December 1214, 2018, Proceedings, 11324: 111–123 (2018)

１２) H. Teramoto, A. Tsuchida, K. Kondo, S. Izumiya,
M. Toda and T. Komatsuzaki, “Application of
singularity theory ot bifurcation of band structures in crystals”, Journal of Singularities,
21, 289-302 (2020).

２２) S. Ito: “Stochastic thermodynamic interpreta-

１３) K. Tabata, A. Nakamura, J. Honda and T. Komatsuzaki: “A bad arm existence checking problem:

4.2

tion of information geometry”, Physical Review
Letters 121(3), pp.030605-1-030605-7 (2018)１)

学術論文（査読なし）
T. Komatsuzaki, H. Nakamura, J. Tame, S. Yanaka,T. Nagai and K. Nagayama: “Editorial for theSpecial Issue of Biophysical Reviews focused on
the Biophysical Society of Japan with selectscientific content from the 57th BSJ annual
meeting, Miyazaki, Japan”, Biophysical Reviews,
12: 183–185 (2020)

4.3

総説・解説・評論等

１)

小松崎 民樹: 「化学反応理論の普遍性：GRRM に期するもの」、IQCE NEWS、57: 1 (2018)

７)

T. Komatsuzaki* : “Raman pathology and its phenotypic landscape for Non-alcoholic fatty liverdiseases”, The Complexity of Dynamics and Kinetics from Single Molecules to Cells, Telluride,CO., USA (2019-06)

８)

T. Komatsuzaki* : “Deciphering hierarchicalfeatures in reaction network and energy landscape”, Network analysis to elucidate natural
system dynamics, diversity and performance,
CECAM-FR-RA, France (2019-05)

９)H. Teramoto* : “A Fully Automated Algorithm forClassification

4.4 著書１)

２)

３)

寺本 央、"計算機で挑戦する特異点を持つ写像の分類とその応用(1) 様々な応用に現れる特異点"、68,
数学セミナー（日本評論社）2020 年 3 月号

inSingularity

Theory”,

AMS

Spring Central and Western Joint Sectional Meeting, University of Hawaii at Manoa, UnitedStates of America (2019-03)

寺本 央、"計算機で挑戦する特異点を持つ写像の分類とその応用(2) 特異点分類アルゴリズム"、68, 数学セミナー（日本評論社）2020 年 3 月号

１０) T. Komatsuzaki* : “How can one bridge infor-

T. Komatsuzaki : “Minorities and Small Numbers

ternational Symposium The 17th SANKEN Nanotech-from Molecules to Organisms in Biology-Toward a

nology International Symposium "Next Generation

New Understanding of Biological Phenomena”,

Science and Technology for Super Smart Society",

Springer (2018)

大阪大学, Japan (2019-01)

mation science and measurement science to accelerate the measurements?”, The 22nd SANKEN In-

１１) G.Nishimura*:”Sensitivity of Florescence Sig4.5 講演

nal in Strong Scattering Medium”, A3 Workshop

ａ．招待講演（国際学会）
１)
T. Komatsuzaki* : “On-the-fly Raman image microscopy by reinforcement machine learning: How
to accelerate the measurement?”, SCIX2020, Nevada(オンライン）, United States of America (the)(2020-10)

in

２)

３)

４)

５)

６)

T. Komatsuzaki* : “Raman pathology and its phenotypic landscape for Non-alcoholic fatty liverdiseases”, The Complexity of Dynamics and Kinetics from Single Molecules to Cells, Telluride,CO., United States of America (the) (2020-06)
T. Komatsuzaki* : “Geometrical aspect of chemical reaction dynamics in thermally fluctuating
environments and Future Directions”, Chaos Indicators, Phase Space and Chemical Reaction Dynamics, University of Bristol（オンライン）,
United Kingdom of Great Britain and Northern
Ireland (the) (2020-05)
T. Komatsuzaki* : “On-the-fly Raman image microscopy by reinforcement machine learning”,
Biomedical Raman Imaging 2019, Icho Kaikan,
Suita Campus, Osaka University, Japan (2019-11)
T. Komatsuzaki* : “Causal inference in Leaderfollower relationship”, ICSB 2019: Singularity
Biology: small elements change the function of
the whole systems, Okinawa Institute of Scienceand Technology Graduate University, Japan (201910)
Y. Mizuno* : “A diagrammatic approach to understanding complicated nonadiabatic chemical reaction dynamics”, XV INTERNATIONAL WORKSHOP ON
QUANTUM REACTIVE SCATTERING (QRS2019 workshop),
Saitama University, Japan (2019-07)

AppliedInverseProblems,

Okinawaken

Seinenkaikan, Naha, Japan (2019.1).
１２) T. Komatsuzaki* : “Revisit transition state
theory:Past,

Present,

Future”,

Workshop“Trends in Computational Molecular Biophysics”,
The Fourth High School Memorial Museum of Cultural Exchange, Kanazawa, Japan (2018-11)
１３) H. Teramoto* : “Normal Forms in Singularity
Theory for Geometric Classifications of Band
Structures”, Dynamics Days Europe 2018, Loughborough University, Japan (2018-09)
１４) G.Nishimura*:”Time-domain

OpticalTomography

for Fluorescence Objects”, Tianyuan Workshop on
Mathe-matical and Computational Challenges ofMedical Imaging and Iverse Problems, Shanghai
University of Finance and Economics, Shanghai,
China (2018-8).
１５) S. Sattari* and T. Komatsuzaki : “A turnstilebased view of multi-exponential decay”, Geometry of Chemical Reaction Dynamics in Gas andCondensed Phases, Telluride, CO., United Statesof America(2018-07)

１６) H. Teramoto*, A. Tsuchida, Y. Kabata, K. Kondo,
K. Nabeshima, S. Izumiya, M. Toda and T. Komatsuzaki : “Normal forms in singularity theory
for geometric classifications of local band

structures”, Geometry of Chemical Reaction Dy-

５) T. Komatsuzaki* : “Information theoretic ap-

namics in Gas and Condensed Phases, Telluride,

proach to reveal singularity in biology”, 第 56

CO., United States of America

回日本生物物理学会年会, 岡山大学 津島キャンパス,(2018-07)

１７) T. Komatsuzaki* : “Open questions in Higher

Japan (2018-09)

rank saddles and related”, Geometry of Chemical

６) 寺本 央* : 「結晶点群、時間反転対称性の下でのバ

Reaction Dynamics in Gas and Condensed Phases,

ンド構造の幾何学的分類」、第 65 回トポロジーシンポ

Telluride, CO., United States of America(2018-

07)

ジウム、信州大学全学教育機構、Japan (2018-08)
７) 西村

吾朗、「組織深部拡散蛍光トモグラフィー：時１８) S. Sattari* and T. Komatsuzaki : “Computing

間領域からのアプローチ」、第 37 回日本医用画像工学

Chaotic Transport and Phase Space Structure with会大会、筑波大学天王台キャンパス大学会館、つくば

Symbolic Dynamics”, Geometry of Chemical Reac-

市、(2018-7).
８) 寺本 央* : 「対称性下でのバンド交差近傍でのハミルトニアンの分類」、微分幾何学・微分式系・特異点論の応用、広島工業大学、Japan (2018-05 〜 201806)tion Dynamics in Gas and Condensed Phases, Telluride, CO., United States of America (2018-07)
１９) T. Komatsuzaki* : “Phase Space geometry andChemical Reaction Dynamics in Driven Systems”,
Geometry of Chemical Reaction Dynamics in Gasｃ．一般講演（国際学会）

and Condensed Phases, Telluride, CO., United

１)

C.Sun, G.Nishimura* , G.Nakamura, M.Machida,
Y.Jiang and J.Liu, Time-domain Fluorescence Diffuse Optical Tomography using a Cuboid, Biophotonics Congress: Biomedical Optics 2020 (Translational, Microscopy, OCT, OTS, BRAIN), OSA
Technical Digest, JTu3A.20.(2020-4)

２)

H.Fujii*, G.Nishimura, S.Endo, N.Nomura, K.Kobayashi, and M.Watanabe: “Numerical study onlight propagation in a white bread loaf”, The
7th Asian NIR Symposium, Avani Hotel, Khonkaen,
Thailand (2020-2).

３)

N.Nomura*,H.Fujii,K.Kobayashi,M.Watanabe
andG.Nishimura: “Analysis of interference effects
on light scattering in colloidal suspensions”,
The 7th Asian NIR Symposium, Avani Hotel, Khonkaen, Thailand (2020-2).

４)

A. Pelissier*, A. Nakamura, and K. Tabata :“Feature Selection As Monte-Carlo Search in
Growing Single Rooted Directed Acyclic Graph by
Best Leaf Identification”, 2019 SIAM International Conference on Data Mining, Hyatt Regency
Calgary, Canada (2019-05)

５)G.Nishimura*: “Fluorescence Image Contrast Im-

States of America(2018-07)

２０) T. Komatsuzaki* : “How One can Extract Energy
Landscape from Single -Molecule Time Series under the Existence of Noise?”, Biophysical Dynamics, Telluride, CO., United States of America(2018-07)
２１) H. Teramoto*, A. Tsuchida, Y. Kabata, K. Kondo,
K. Nabeshima, S. Izumiya, M. Toda and T. Komatsuzaki : “Normal forms in singularity theory
for geometric classifications of local band
structures”, Geometry of Chemical Reaction Dynamics in Gas and Condensed Phases, Telluride,CO., United States of America(2018-07)

２２) H. Teramoto* : “Normal forms in singularity forgeometric classifications of band structures”,
TraX International Conference 2018, Campus de
Cantoblanco of the Universidad Autónoma de Madrid, Spain (2018-05)

prove-ment by a Time-domain Method”, 2018 OSA
ｂ．招待講演（国内学会）
１) 西村吾朗、生体組織内に内在する蛍光体の高感度検出、レーザー学会第 3 期第 5 回「レーザーバイオ医療」技術専門委員会、北海道大学、札幌市 (2019-7)２) 寺本 央* : 「イジング型計算機、日立製作所と北海道大学の取り組み」、数学パワーが世界を変える 2019、
東京ガーデンパレス、Japan (2019-03)
３) 寺本 央* : 「包括的グレブナー基底系等を用いた特異点分類のアルゴリズムの紹介」、応用特異点論研究

Biophonics Congress: Biomedical Optics, The Diplomat Beach Resort, Hollywood, FL, USA (2018-4).
ｄ. 一般講演（国内学会）
１)
Chunlong Sun, *西村 吾朗, 中村 玄, 町田 学,
Jijun Liu, Yu Jang, 「直方体形状を仮定した拡散蛍光トモグラフィ」 Optics and Photonics Japan
2020, (2020) 11.14-17 (Virtual Conference)２)

田代 剛大、山田 幸生、丹羽 治樹、牧 昌次郎、
北田 昇雄、斉藤 亮平、小池 卓二、道脇 幸博、
西村 吾朗,「近赤外蛍光を用いた咽頭残留の非侵襲検出法の開発: ファントムを用いた検出能評価」
Optics and Photonics Japan 2020, (2020) 11.14-17 (Virtual Conference)３)

S. Sattari*, U. Basak, M. M. Hossain, K. Horikawa

会、神戸大学、Japan (2018-12)４) 小松崎 民樹* : 「ラマン計測と情報科学：情報科学
は計測を迅速化できるか」、第１回計測インフォマテ
ィクス研究会、大阪大学産業科学研究所、Afghanistan(2018-09)

and T. Komatsuzaki : “Quantifying the lengthand time-scales of influence of cells in collective motion”, 第 58 回日本生物物理学会年会, オ
ンライン, Japan (2020-09)
４)

５)

６)

J. Clement*, K. Mochizuki, K. Fujita and T. Komatsuzaki : “Raman imaging for cancer diagnosis”, 第 58 回日本生物物理学会年会, オンライン,
Japan (2020-09)
U. S. Basak*, S. Sattari, H. M. Motaleb, K.
Horikawa and T. Komatsuzaki : “Inferring domain
of Interactions among Dictyostelium discoideum
colony from the Ensemble of Trajectories ofcells”, 第 58 回日本生物物理学会年会, オンライン, Japan (2020-09)
M. M. Hossain*, S. Sattari, U. S. Basak, K.
Horikawa and T. Komatsuzaki : “Vector analysisof amoeba motion with respect to the propagationof chemoattractant cyclic-AMP”, 第 58 回日本生物物理学会年会, オンライン, Japan (2020-09)

７)

西村吾朗* :「生体組織中にある蛍光ターゲットの高感度検出(3)」、Optics and Photonics Japan 2019,
大阪大学 (2019-12).

８)

野村航希*、藤井宏之、西村吾朗、小林一道、渡辺正
夫:「干渉性を考慮したコロイド溶液における光伝搬解析」Optics and Photonics Japan 2019, 大阪大学
(2019-12).

９)

田代剛大*、鈴木崇弘、山田幸生、丹羽治樹、牧昌次郎、北田昇雄、斉藤亮平、小池卓二、道脇幸博、西村吾朗,「誤嚥検査のための近赤外蛍光を用いた咽頭残留検出システムの開発」Optics and Photonics Japan
2019, 大阪大学 (2019-12).

１０) U. S. Basak*, S. Sattari, K. Horikawa and T.
Komatsuzaki : “An Information-theoretic approach toward identifying the leader(s) and aggregation place in Dictyostelium Discoideum colony”, 第 57 回日本生物物理学会年会, シーガイア
コンベンションセンター, Japan (2019-09)
１１) S. Sattari*, T. Komatsuzaki, M. Toda, S. Nicholson, J. R. Green and U. Basak : “A leadershipbased phase transition in a flocking model withactivated and un-activated agents”, 第 57 回日
本生物物理学会年会, シーガイアコンベンションセ
ンター, Japan (2019-09)
１２) 田代剛大*、鈴木崇弘、山田幸生、丹羽治樹、牧昌次郎、北田昇雄、斉藤亮平、小池卓二、西村吾朗、道脇
幸博:「近赤外蛍光を用いた咽頭残留食物の非侵襲検出法の開発 -ヒトを対象にした計測-」、日本機械学会第３０回バイオフロンティア講演会 (2019)7.1920 (霧島国際ホテル、霧島市)
１３) ジェームス ニコラス テイラー*、Pirchi Menahem、Haran Gilad、小松崎 民樹 : 「アデニレートキナー
ゼの一分子観察データから再構成するエネルギー地形の階層性」、第 22 回理論化学討論会、北海道大学
学術交流会館、Japan (2019-05)
１４) K. M. Helal*, H. Cahyadi, J. N. Taylor, A.
Okajima, Y. Kumamoto, H. Tanaka, Y. Harada andT. Komatsuzaki : “Machine Learning Approaches
to Raman Micro-spectroscopic Images”, 第 56 回
日本生物物理学会年会, 岡山大学 津島キャンパス,Japan (2018-09)
１５) 伊藤 創祐* : 「Information geometry and thermodynamic uncertainty for biochemical process」、第56 回日本生物物理学会年会, 岡山大学 津島キャン
パス, Japan (2018-09)
１６) 伊藤 創祐* : 「情報幾何の確率的熱力学による解釈と熱力学不確定性関係」、日本物理学会 2018 年秋季大会、同志社大学, Japan (2018-09)
ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど
１)
寺本 央*：「実特異点の分類および認識アルゴリズムの進展」、数学と諸分野の連携にむけた若手数学者交流会 2021、オンライン、Japan（2021-03）
２)

U. S. Basak*, S. Sattari, M. Hossain, K. Horikawa
and T. Komatsuzaki : “Study on Identificationof Leader and Follower agents and its Interaction domain from Trajectories in a Collectively
Moving Colony”, 生物物理学会学会 北海道支部－
東北支部合同例会, オンライン, Japan (2021-03)

３)

近藤 僚哉*、ジェームス ニコラス テイラー、Clement
Jean-Emmanuel、水野 雄太、藤田 克昌、原田 義規、
小松崎 民樹 : 「化学的不均一性も考慮したラマン
顕微鏡画像解析」、生物物理学会学会 北海道支部－東北支部合同例会、オンライン、Japan (2021-03)

４)

M. Hossain*, S. Sattari, U. S. Basak, K. Horikawa
and T. Komatsuzaki : “Analysis Dictyostelium
Discoideum cells motion response to a chemoattractant cyclic-AMP wave”, 生物物理学会学会 北海道支部－東北支部合同例会, オンライン, Japan(2021-03)

５)

S. Sattari*, U. S. Basak, J. P. Crutchfield andT. Komatsuzaki : “Modes of Information Flow inCollective Cohesion”, 生物物理学会学会 北海道
支 部 － 東 北 支 部 合 同 例 会 , オ ン ラ イ ン , Japan(2021-03)

６)小松崎 民樹* : 「強化学習を用いたラマン計測迅速化：On-the-fly Raman image microscopy」、大阪大学・ナノ理工学情報交流会、大阪府豊中市、Japan(2021-02)

７)

Z. Ferdous*, M. Tsuda, J. Clement, K. Tabata, J.
P. Gong, S. Tanaka and T. Komatsuzaki : “Detection of Cancer Stem Cells in Sarcoma Model Cells
Using Morphological Features for Developing New
Diagnostics Tools”, ICReDD 3rd International
Symposium, 札幌（オンライン）, Japan (2021-02)

８)

Y. Nagahata*, T. Taketsugu, S. Maeda and T. Komatsuzaki : “The hierarchy of observable reaction networks associated with observation timeintervals”, ICReDD 3rd International Symposium,
札幌（オンライン）, Japan (2021-02)

９)

寺本 央*：「Parametric standard system for generalized mixed module and its application to singularity theory, Hiroshi Teramoto and Katsusuke
Nabeshima」、トポロジープロジェクト：幾何や自然科学に現れる特異点、オンライン、Japan（2021-02）

１０) 田中 綾一*、水野 雄太、堤 拓朗、チツベロ ミカイ
ル、武次 徹也、小松崎 民樹 : 「AFIR 法を用いた化学反応における動的効果の研究：1, 3-シグマトロピ

ー転移の類似反応を例に」、化学系学協会北海道支部
2021 年冬季研究発表会、オンライン、Japan (202101)
１１) 近藤 僚哉*、ジェームス ニコラス テイラー、Clement
Jean-Emmanuel、水野 雄太、藤田 克昌、原田 義規、
小松崎 民樹 : 「機械学習を用いた化学的不均一性の情報を含むラマン顕微鏡画像中のスペクトルの分類 」、化学系学協会北海道支部 2021 年冬季研究発表
会、オンライン、Japan (2021-01)
１２) R. Kondo*, J. N. Taylor, J. Clement, Y. Mizuno,
K. Fujita, Y. Harada and T. Komatsuzaki : “Classification of Spectra in Raman Microscopic Imageby Chemical Heterogeneity”, The 21st RIES-HOKUDAI International Symposium, 札幌（オンライン）,
Japan (2020-12)M. M. Abedin*, K. Tabata, J.
Clement, M. Tsuda, S. Tanaka and T. Komatsuzaki :“Application of Linear Bandit in Drug Screening
Example”, The 21st RIES-HOKUDAI International
Symposium, 札幌（オンライン）, Japan (2020-12)１３) M. M. Hossain*, S. Sattari, U. S. Basak, K.
Horikawa and T. Komatsuzaki : “Vector analysisof amoeba motion response to a cyclic-AMP wave”,
The 21st RIES-HOKUDAI International Symposium,
札幌（オンライン）, Japan (2020-12)
１４) S. Sattari*, U. Basak, M. M. Hossain, K. Horikawa
and T. Komatsuzaki : “Vector analysis of amoeba
motion with respect to the propagation of chemoattractant cyclic-AMP”, The 21st RIES-HOKUDAIInternational Symposium, 札幌（オンライン）, Japan (2020-12)１５) J. Clement*, K. Mochizuki, K. Fujita and T. Komatsuzaki : “Raman Imaging for Exploring Cancer
Metabolism”, The 21st RIES-HOKUDAI International Symposium, 札 幌 （ オ ン ラ イ ン ） , Japan(2020-12)
１６) A. B. Halim*, J. Clement, K. Mochizuki, J. N.
Taylor, K. Tabata, Y. Mizuno, A. Nakamura, Y.
Harada, K. Fujita and T. Komatsuzaki : “To classify Raman spectra using Deep Learning Approach”, The 21st RIES-HOKUDAI International
Symposium, 札幌（オンライン）, Japan (2020-12)
１７) U. S. Basak*, S. Sattari, M. M. Hossain, K.
Horikawa and T. Komatsuzaki : “Inferring domain
of Interaction among Dictyostelium discoideum
colony from the ensemble of Trajectories ofcells”, The 21st RIES-HOKUDAI International
Symposium, 札幌（オンライン）, Japan (2020-12)１８) Z. Ferdous*, M. Tsuda, J. Clement, K. Tabata, Y.
Ishida, J. Suzuka, J. P. Gong, S. Tanaka and T.
Komatsuzaki : “Analysis of Cancer Stem Cells inSarcoma Model Cells by Deep Neural Network”,
The 21st RIES-HOKUDAI International Symposium,
札幌（オンライン）, Japan (2020-12)１９) 小松崎 民樹* : 「一細胞ラマン計測と情報科学の融合による細胞診断の迅速解析技術の開発」、ＣＲＥＳ
Ｔ・さきがけ複合領域「計測技術と高度情報処理の融合によるインテリジェント計測・解析手法の開発と応用」第 5 回 CREST 領域会議、オンライン、Japan(2020-10)２０) 寺本 央* : 「特異点論の諸科学への応用」、数学パワーが世界を変える 2020、秋葉原コンベンションホー

ル、Japan (2020-02)
２１) 宮下 彩季*、滝川 皇、水野 雄太、寺本 央、小松崎
民樹 : 「古典的軌道計算とボロノイ分割を用いた反応チューブの計算方法」、化学系学協会北海道支部
2020 年冬季研究発表会、北海道大学学術交流会館、Japan (2020-01)
２２) 小松崎 民樹* : 「シンギュラリティ生物学における情報✕計測」、シンギュラリティ生物学×細胞ダイバース合同ワークショップ、東京大学医科学研究所、
Japan (2020-01)
２３) 滝川 皇、宮下 彩季、水野 雄太*、寺本 央、小松崎
民樹 : 「A computational method for reaction
tubes based on trajectory calculation and Voronoi tessellation」、北海道大学電子科学研究所 2019年度 研究交流会、北海道大学、Japan (2020-01)
２４) H. Teramoto* : “Standard Basis for Mixed Module,
Computational Algorithm and Application to Classification Problems in Singularity Theory”, 研究集会「可微分写像の特異点論とその応用」, 京都大学数理解析研究所, Japan (2019-12)２５) 寺本 央* : 「特異点論によるバンド交差の幾何構造の分類、不変量および分岐の解析」、離散幾何解析とその周辺 2019、CIC 東京、Japan (2019-12)２６) H. Teramoto*, Y. Kabata, K. Hayano and N.
Hamada : “Type of singularity that can appear
in Pareto set”, The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium, Hokkaido University Conference
Hall, Japan (2019-12)２７) M. Takigawa, S. Miyashita, Y. Mizuno*, H. Teramoto and T. Komatsuzaki : “A computational
method for reaction tubes based on trajectory
calculation and Voronoi tessellation”, 2019 International Symposium of Research Institute forElectronic Science (RIES) Hokkaido University &Center for Emergent Functional Matter Science(CEFMS) National Chiao Tung University, Hokkaido
University, Japan (2019-12)２８) J. Clément*, K. Mochizuki, K. Fujita and T. Komatsuzaki : “Raman Imaging for Exploring Cancer
Metabolism”, The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium, Hokkaido University Conference
Hall, Japan (2019-12)２９) J. N. Taylor*, K. Mochizuki, K. Hashimoto, Y.
Kumamoto, Y. Harada, K. Fujita and T. Komatsuzaki : “High Resolution Raman Microscopic Detection of Follicular Thyroid Cancer Cells with
Unsupervised Machine Learning”, The 20th RIESHOKUDAI International Symposium, Hokkaido University Conference Hall, Japan (2019-12)３０) K. M. Helal*, H. Cahyadi, J. N. Taylor, A.
Okajima, Y. Kumamoto, H. Tanaka, Y. Harada andT. Komatsuzaki : “Raman Microscopic Histology
using Ensemble Learning for Non-alcoholic Fatty
Liver Disease”, The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium, Hokkaido University Conference
Hall, Japan (2019-12)３１) K. Tabata*, A. Nakamura and T. Komatsuzaki :“Bad Arm Existence Checking Algorithm with Bandit Feeedback”, The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium, Hokkaido University Conference
Hall, Japan (2019-12)３２) S. Sattari*, U. Basak, S. Nicholson, J. R. Green,
M. Toda and T. Komatsuzaki : “A sandbox model
system for analyzing leadership in collective
motion”, The 20th RIES-HOKUDAI International
Symposium, Hokkaido University Conference Hall,
Japan (2019-12)３３) U. S. Basak*, S. Sattari and T. Komatsuzaki :“An Information-theoretic approach to identify
the interaction radius of a group of collectively moving animals”, The 20th RIES-HOKUDAIInternational Symposium, Hokkaido University
Conference Hall, Japan (2019-12)３４) U. Basak* and T. Komatsuzaki : “Identificationof interaction radius of a group of collectively
moving animals: an information-theoretic approach”, 2019 年度人･環境と物質をつなぐイノベー
ション創出ダイナミック・アライアンス 生命機能物
質・デバイスシステムＧ3 分科会, 大阪大学吹田キャンパス銀杏会館, Japan (2019-11)３５) K. M. Helal*: “Ensemble Learning Framework for
Raman Microscopic Analysis of Non-alcoholic
Fatty Liver Disease”, 2019 年度人･環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアン
ス 生命機能物質・デバイスシステムＧ3 分科会, 大
阪大学吹田キャンパス銀杏会館, Japan (2019-11)３６) 寺本 央* : 「計算機でチャレンジする写像の特異点の分類とその応用」、令和元年度第 1 回徳島数学談話会（冬の会）、徳島大学総合科学部、Japan (2019-11)３７) K. M. Helal*, H. Cahyadi, J. N. Taylor, A.
Okajima, Y. Kumamoto, H. Tanaka, Y. Harada andT. Komatsuzaki : “Raman Hyperspectral Image
Analysis Using Ensemble Learning for Non-alcoholic Fatty Liver Disease”, Biomedical Raman
Imaging 2019, Icho Kaikan, Suita Campus, Osaka
University, Japan (2019-11)３８) J. Clement*, S. Ono, K. Mochizuki, K. Fujita andT. Komatsuzaki : “Accelerated Raman hyperspectral imaging for cancer diagnosis”, Biomedical
Raman Imaging 2019, Icho Kaikan, Suita Campus,
Osaka University, Japan (2019-11)３９) H. Teramoto* : “Classification of band crossing
geometries, their invariants and bifurcations”,
6th International Workshop on Singularities inGeneric Geometry and its Applications, Campus de
Burjassot of the Universitat de València, Spain(2019-10)
４０) U. Basak* : “Information theory to classify
leaders and followers in collective motion”, 研
究会「理論と実験」２０１９, 広島大学, Japan(2019-10)
４１) J. Clement* : “Raman imaging for cancer diagnosis”, 研究会「理論と実験」２０１９, 広島大学,
Japan (2019-10)４２) 寺本 央* : 「特異点論の物質科学への応用」、さきがけ「数学協働」第 11 回(H31-1st)領域会議、KKR ホテ
ル金沢、Japan (2019-09)
４３) H. Teramoto* : “Automation algorithms of classification of singularities, current status andfuture perspectives”, Singularity Theory andits Applications in Differential Equations andDifferential Geometry, Lomonosov Moscow State

University, Department of Mechanics and Mathematics, Russian Federation (the) (2019-09)
４４) 小松崎 民樹* : 「一細胞ラマン計測と情報科学の融合による細胞診断の迅速解析技術の開発」、ＣＲＥＳ
Ｔ・さきがけ複合領域「計測技術と高度情報処理の融合によるインテリジェント計測・解析手法の開発と応用」第４回 CREST 領域会議、AP 市ヶ谷、Japan (201908)４５) H. Teramoto* : “Classiﬁcation, bifurcation andinvariants of band crossings in terms of singularity theory”, Progress in the Mathematics ofTopological States of Matter, AIMR, Tohoku University, Japan (2019-07 〜 2019-08)
４６) J. Clement* : “Reflection about Surface Enhanced Raman Spectroscopy”, The Complexity of
Dynamics and Kinetics from Single Molecules to
Cells, Telluride, CO., USA (2019-06)
４７) 寺本 央* : 「特異点論によるバンド交差の幾何構造の分類、分岐解析およびその不変量の解析」、研究集
会「特異点論による空間研究」、JR 博多シティ会議室、
Japan (2019-06)
４８) 寺本央* : 「開催趣旨説明」、非ノイマン型計算、理論と応用、北海道大学電子科学研究所、Japan (201903)
４９) K. M. Helal *, H. Cahyadi, J. N. Taylor, A.
Okajima, Y. Kumamoto, H. Tanaka, Y. Harada andT. Komatsuzaki : “Analysis of Raman Microscopic
Images of Liver Tissu to Predict Non-alcholic
Fatty Liver Disease”, 生物物理・回折構造生物学
合同研究会, 北海道大学, Japan (2019-03)
５０) S. Sattari*, U. Basak, S. Nicholson, J. R. Green,
M. Toda and T. Komatsuzaki : “A sandbox model
system for understanding leadership in collective motion”, 生物物理・回折構造生物学 合同研究会, 北海道大学, Japan (2019-03)
５１) U. S. Basak*, S. Sattari, S. Ito, K. Horikawa
andT.

Komatsuzaki:“Identificationof

Leader(s) in a Dictyostelium Discoideum colony:
An Information-theoretic Approach”, 生物物理・
回折構造生物学 合同研究会, 北海道大学, Japan(2019-03)
５２) 田畑 公次*、小松崎 民樹 : 「A bad arm existence
checking problem: how to utilize asymmetricproblem structure?」、バイオ情報計測技術研究会、
グリーンピア大沼、Japan (2019-03)
５３) T. Komatsuzaki* : “Mathematical information
measurement science: acceleration of Raman spectroscopy by bridging information science”, バ
イオ情報計測技術研究会, グリーンピア大沼, Japan(2019-03)
５４) J. N. Taylor* and T. Komatsuzaki : “High resolution Raman microscopic detection of follicularthyroid cancer cells with unsupervised machinelearning”, バイオ情報計測技術研究会, グリーン
ピア大沼, Japan (2019-03)

６５) M. Takigawa*, S. Sattari, S. Ito, H. Teramoto
and T. Komatsuzaki : “The origin of why and how５５) A. Pelissier* and T. Komatsuzaki : “In combin-

reactions take place: Reaction cylinders by Vo-

ing single cell hyperspectral Raman images forronoi tessellation”, The 19th RIES-HOKUDAI In-

the diagnosis of follicular thyroid carcinoma

ternational Symposium, Jozankei View Hotel, Ja-

measured at different data”, バイオ情報計測技

pan (2018-12)

術研究会, グリーンピア大沼, Japan (2019-03)

６６) J. N. Taylor*, K. Mochizuki, K. Fujita and T.

５６) J. Clement* and T. Komatsuzaki : “Cell Raman

Komatsuzaki : “Data-Driven Analysis of Raman

imaging Compress sensing”, バイオ情報計測技術

Microscopic Images of Human Follicular Thyroid研究会 チームミーティング, グリーンピア大沼,

Cells”, The 19th RIES-HOKUDAI International

Japan (2019-03)

Symposium, Jozankei View Hotel, Japan (2018-12)５７) 寺本 央* : 「特異点論の物質科学への応用」、さきが６７) H. Teramoto*, A. Tsuchida, Y. Kabata, K. Kondo,

け「数学協働」第 10 回（H30-2nd)領域会議、湘南国

K. Nabeshima, S. Izumiya, M. Toda and T. Ko-

際村センター、Japan (2019-02)

matsuzaki : “Application of Singularity Theory５８) 小松崎 民樹* : 「1 分子時系列情報からどのように

to Material Science”, The 19th RIES-HOKUDAI In-

背後の反応ネットワーク を抽出できるのか？」、「生ternational Symposium, Jozankei View Hotel, Ja-

命動態の理解と制御のための基盤技術の創出」研究領

pan (2018-12)

域 第 7 回領域会議・第 11 回数理デザイン道場、

６８) K. M. Helal* and T. Komatsuzaki : “Ensemble

AP 市ヶ谷 6 階 会議室 C、Japan (2019-01) (招待)

Machine Learning Approach to Raman Hyper-spec-

５９) 田畑 公次*、中村 篤祥、小松崎 民樹 : 「病理診断

tral Images to Evaluate Non-alcoholic Fatty

迅速化に向けたバンディットアルゴリズムの応用」、

Liver Disease in Rats”, ダイナミック・アライア

北海道大学電子科研究所平成 30 年度 研究交流会、ンス平成３０年度 生命機能 物質・デバイス・システ

北海道大学電子科学研究所、Japan (2019-01)

ム G3 分科会, 東京工業大学すずかけ台キャンパス,６０) 寺本 央* : 「特異点論から社会実験へ向けた取り組

Japan (2018-11)

み、ハードソフト両面から望ましいグラフトポロジー

６９) 寺本 央* : 「特異点論の物質科学への応用」、ダイナは？」、時空間展開 CREST のキックオフ合宿、定山渓

ミック・アライアンス平成３０年度 生命機能 物質・

グランドホテル瑞苑、Japan (2018-12)

デバイス・システム G3 分科会、東京工業大学すずか

６１) U. S. Basak*, S. Sattari, S. Ito, K. Horikawa

け台キャンパス、Japan (2018-11)

and T. Komatsuzaki : “Information theoretic ap-７０) Sosuke Ito* : “Stochastic thermodynamics andproach to identify the leader(s) in Dictyoste-

information geometry”, Advances in Physics oflium Discoideum colony”, The 19th RIES-HOKUDAI

Emergent orders in Fluctuations 2018, Ito Inter-

International Symposium, Jozankei View Hotel,
Japan (2018-12)

national Research Center, Japan (2018-11)
７１) 田畑 公次*、中村 篤祥、小松崎 民樹 : 「非対称性６２) K. M. Helal*, H. Cahyadi, J. N. Taylor, A.

を利用した悪腕存在チェックアルゴリズム」、第 21 回

Okajima, Y. Kumamoto, H. Tanaka, Y. Harada and

情報論的学習理論ワークショップ、かでる 2.7、JapanT. Komatsuzaki : “Information-theoretical Approaches to Raman Microscopic Images to Predict(2018-11)
７２) 西村吾朗* :「医療応用のための近赤外蛍光プロー

Non-alcoholic Fatty Liver Disease”, The 19thブの高感度検出」、第 34 回近赤外フォーラム,北海道

RIES-HOKUDAI International Symposium, Jozankei

大学学術交流会館、(2018-11)

View Hotel, Japan (2018-12)７３) J. N. Taylor*, K. Mochizuki, K. Fujita and T.

６３) S. Sattari*, U. Basak, S. Nicholson, J. R. Green,

Komatsuzaki : “Classification of Raman Spectra

M. Toda and T. Komatsuzaki : “A sandbox modelof Healthy and Cancerous Human Follicular Thy-system for analyzing leadership in collectiveroid Cells”, 研究会「理論と実験」2018, 広島大学

motion”, The 19th RIES-HOKUDAI International

理学部, Japan (2018-10)

Symposium, Jozankei View Hotel, Japan (2018-12)

７４) S. Sattari*, U. Basak, S. Nicholson, J. R. Green,

６４) K. Tabata*, A. Nakamura and T. Komatsuzaki :M. Toda and T. Komatsuzaki : “A sandbox model“Bad Arm Existence Checking Algorithms withsystem for studying leadership in collective mo-

Bandit Feedback”, The 19th RIES-HOKUDAI Inter-tion”, 研究会「理論と実験」2018, 広島大学理学部,

national Symposium, Jozankei View Hotel, Japan

Japan (2018-10)(2018-12)

７５) H. Teramoto* : “Application of Singularity The-J. R. Green : “Understanding cell colony dynam-

ory to Material Science”, The 6th International

ics from images using velocity extraction andSymposium on AMBITIOUS LEADER’S PROGRAM Foster-

analysis”, 理研シンポジウム「細胞システムの動態

ing Future Leaders to Open New Frontiers in Ma-と論理 X」, 理化学研究所 生物科学研究棟, Japan

terials Science, Akira Suzuki Hall, Hokkaido(2018-04)

University, Japan (2018-10) (招待)
７６) 西村吾朗* :「生体組織中にある蛍光ターゲットの4.6

シンポジウムの開催

高感度検出(2)」、Optics and Photonics Japan 2018,１)

小松崎 民樹、寺本央他 : 「複雑系数理：物理・化学・

筑波大学東京キャンパス文京校舎、(2018-10).

生物・情報とカオス」、奈良女子大学記念館 (奈良市)７７) 小松崎 民樹* : 「一細胞ラマン計測と情報科学の融合による 細胞診断の迅速解析技術の開発」、CREST さ(2021年03月27日〜2021年03月28日)
２)

きがけ複合領域「情報計測」CREST 第 3 回領域会議、

バイオイメージング数理の協働の展望」、オンライン

JST 東京別館 1 階ホール、Japan (2018-08 〜 201809)(オンライン) (2020年10月14日)
３)７８) 小松崎 民樹* : 「研究内容の概要説明」、新学術領域

小松崎 民樹 : 「日立北大ラボ✕北海道大学「社会創造数学コンテスト2019」表彰式」、オンライン (札幌「シンギュラリティ生物学」キックオフシンポジウ
ム・公募班概要説明、東京大学本郷キャンパス、Japan

小松崎 民樹、諏訪 牧子、原田 慶恵 : 「次世代統合市) (2020年03月06日)
４)(2018-09)

小松崎 民樹、水野 雄太 : 「International & Interdisciplinary Workshop on Chemical Reaction

７９) 寺本 央* : 「特異点論の物質科学への応用」、さきがDynamics: Mathematics Informatics, and Physics

け「数学協働」第 9 回(H30-1st)領域会議、ホテルメ

Meet Chemistry」、19人、北海道大学 (北海道札幌市)

ルパルク長野、Japan (2018-09)８０) 小松崎 民樹* : 「新概念コンピューティングとは？」、(2019年10月08日)
５)小松崎 民樹 : 「ラマン情報計測会議」、18人、ニセ平成 30 年度北海道大学公開講座「去る時代、来る時

コ町民センター (北海道ニセコ町) (2019年08月03日

代を考える」、北海道大学高等教育推進機構、Japan〜2019年08月05日)(2018-07) (招待)６)

T. Komatsuzaki, S. Presse and R. S. Berry : “The

８１) T. Komatsuzaki* : “How One can Extract Energy

Complexity of Dynamics and Kinetics from Single

Landscape from Single-Molecule Time Series under

Molecules to Cells”, Telluride Intermediate

the Existence of Noise?”, Department Seminar,

School (Telluride, CO. United States of America

Johns Hopkins University, Department of Chemis-(the)) (2019年06月16日〜2019年06月20日)

try, Johns Hopkins University, United States of７)

America (2018-07) (招待)理論と応用」」、北海道大学電子科学研究所（札幌市）

８２) 伊藤 創祐* : 「生物の情報伝達をどう取り扱うか生体センサーの熱力学の最近の話題-」、物理学にとっ

寺本 央:「AIMaPワークショップ「非ノイマン型計算、（2019年3月26日）

８)

小松崎 民樹 : 「北大・日立新概念コンピューティン

ておもしろい生物学、東京大学理学部、Japan (2018-

グコンテスト 2018 表彰式」、福岡大学七隈キャンパ

05)

ス (福岡市) (2019年03月15日)

８３) 小松崎 民樹* : 「１細胞ラマン分光イメージングに基づく細胞場の分子データ科学」、新学術領域研究「分子夾雑化学」 分子夾雑の生命化学 第二回領域会議、
ホテルマリノアリゾート福岡、Japan (2018-05)
８４) Sosuke Ito, 「Stochastic thermodynamic interpretation of information geometry」, Big data analysis from a dynamical systems point of view, 北海道大学, Japan (2018-05). （招待）８５) J. N. Taylor* and T. Komatsuzaki : “Quantifi-

９)

小松崎 民樹、永井 健治、鷲尾 隆 : 「バイオ情報計
測技術研究会」、グリーンピア大沼 (北海道茅部郡森町) (2019年03月01日〜2019年03月03日)

１０) 小松崎 民樹 : 「シンギュラリティ生物学デザイン
思考研究会」、THE HAMANAKO (浜松市) (2019年02月23日〜2019年02月25日)
１１) J. R. Green, S. Berry, H. Teramoto and H.
Waalkens : “Geometry of Chemical Reaction Dynamics in Gas and Condensed Phases”, Telluridecation of Raman Microscopic Images of Human Thy-

Intermediateroid Cells with Machine Learning”, 理研シンポStates of America) (2018年07月17日〜2018年07月

ジウム「細胞システムの動態と論理 X」, 理化学研究

27日)

所 生物科学研究棟, Japan (2018-04)
８６) S. Sattari*, T. Komatsuzaki, N. B. Schuyler andSchool(Telluride,CO.

United

4.7

度

共同研究

ａ. 国内大学、研究期間との共同研究
該当なし
ｂ. 産業界等との共同研究
１) 株式会社日立製作所「数学モデルとハードウェアアル
ゴリズムに基づく社会応用」2016-2021 年度

７) 寺本 央、基盤研究 C、包括的グレブナー基底系を用いた特異点分類の自動化、2019～2021 年度
８) 田畑 公次、若手 B、確率的多腕バンディット設定における効率的な良腕識別手法の開発とその応用、
2018～2021 年度
９) 西村 吾朗、挑戦的研究(萌芽)、蛍光食品を用いた非侵襲誤嚥検査法の研究開発、2018～2020 年度

２) 西村 吾朗、株式会社ニコン、光学的手法を用いた生体組織計測技術に関する応用研究、2015～2019 年度

１０)西村 吾朗、基盤研究 C、生体組織内部にある蛍光体の高感度検出を可能とするタイムドメイン蛍光法、2019～2021 年度

ｃ. 国際共同研究
１) J. N. Taylor, 小松崎民樹（北海道大学）、Gilad
Haran （ワインズマン研究所、イスラエル）との国際共同研究「AK タンパク質の折りたたみ一分子観察からのエネルギー地形再構成」

１１)小松崎 民樹、萌芽研究、細胞の集団と少数性のシス

２) 小松崎民樹（北海道大学）、Rigoberto Hernandez （ジョンズ・ホプキンス大学）との国際共同研究「化学反応動力学における相空間構造理論」
３) 西村吾朗(北海道大学)、Jijun Liu(東南大学、中国)との国際共同研究「拡散蛍光トモグラフィに関する逆問題とその応用」
４) 小松崎民樹（北海道大学）、Haw Yang （プリンストン
大学）、Henning Mootz(ミュンスター大学)との国際共
同研究「非リボゾームペプチド還元酵素の 1 分子生物学」
５) 小松崎民樹（北海道大学）、Thomas Bocklitz （Leibniz
Institute of Photonic Technology）、Ioan Notingher(University of Nottingham)との国際共同研究「ラマン分光計測における標準化手法の統一とオンライン
計測」

ｄ．外国人研究者の招聘
１) David M Leitner、United States of America、（2019年 10 月 07 日〜2019 年 10 月 12 日）
２) James P. Crutchfield、UC Davis, United States of

テム生物学、2016〜2018 年度
１２)伊藤ｂ．大型プロジェクト・受託研究
１) 水野 雄太、JST さきがけ、離散的化学反応論のための量子計算技術、2020～2023 年度、科学技術振興機
構２) 小松崎 民樹、JST CREST、一細胞ラマン計測と情報科学の融合による細胞診断の迅速解析技術の開発、2016～2021 年度、科学技術振興機構
３) 小松崎 民樹、株式会社日立製作所)、数学モデルとハードウェアアルゴリズムに基づく社会応用、2016〜
2021 年度
４) 小松崎 民樹、JSPS 二国間交流協定、データサイエン
スと非線形科学の融合による新たな非平衡現象の探
求、2018～2019 年度
５) 小松崎 民樹、JST CREST、数学に依拠する精度保証等の安全・安心を担保する最適化問題の研究、2018～2023 年度
６) 寺本 央、JST さきがけ、特異点論の物質科学への応用、2016～2019 年度、科学技術振興機構
７) 伊藤

予算獲得状況

ａ． 科学研究費補助金
１) 水野 雄太、若手研究、相空間幾何学に基づく動力学
的反応経路図の自動作成法の開発、2020～2023 年度
２) 西村 吾朗、基盤研究 B、高密度なコロイド溶液におけるふく射の干渉効果とふく射輸送に及ぼす影響の解明, 2020 年度～2022 年度 (分担)３) 西村 吾朗、基盤研究 C、近赤外蛍光検査システムを応用した新しい嚥下機能評価に関する基礎研究,
2020 年度～2022 年度 (分担)４) 小松崎 民樹、新学術領域研究、細胞集団とシンギュ
ラリティ細胞のデータ駆動型数理解析技術の開発、
2018～2022 年度
５) 小松崎 民樹、基盤研究 B 、生命動態システムに対する分子データ科学の構築、2017〜2019 年度
６) 小松崎 民樹、特別研究員奨励費、1 細胞ラマン分光
イメージングのための情報計測技術、2018～2020 年

創祐、JST さきがけ、情報幾何と熱力学による

生体コンピューティング理論、2018～2021 年度
８) 西村

吾朗、株式会社ニコン、光学的手法を用いた生体組織計測技術に関する応用研究、2015～2019 年度

of America、（2018 年 10 月 31 日）
4.8

Ｂ、シグナル伝達系の情報熱力学、

2018 年度

America、（2019 年 01 月 13 日〜2019 年 01 月 14 日）
３) Steve Presse、Arizona State Univ., United States

創祐、若手

4.9

受賞

該当なし
4.10

アウトリーチ活動該当なし