11－2

知能数理研究分野

知能数理研究分野ントを得た構造物の設計方法を検討した。最たる特徴は，「よく使われる部分は強化され，そうでない部分は弱化さ

授

中垣俊之（名大院, 学博, 2013.10～）

れる」という，いわゆる「用不用則」である。この適応規准教授

佐藤勝彦（京大院, 理博, 2014.12〜）

則がシステムの局部で自律的かつ分散的に作用することに

准教授

佐藤讓

（東大院, 学博, 2017.4～）

よって，全体としてある種の最適性が実現される。以上の助教

西上幸範（兵県大院, 理博,2018.9～）

成果を踏まえて、（１）街と交通網の共発展現象，（２）樹学生（平成３０年〜現在）

教

木の構造力学を検討した。

博士課程 3 名

前者では、集住地形成モデルを従来の経済モデル（重修士課程 7 名

力モデル）に倣って構成し、流量強化則による交通路形成

学部学生 3 名との相互作用をモデル化した。このモデルを現実の地形情

研究生 1 名報（標高や河川湖沼海の存在）に合わせて計算機シミュレーションした。ケーススタデイとしてイタリアを取り上げ、現実の町の分布（人口ランクと地理分布）と比較検討

１．研究目標生き物の賢さは一体どのようにして生み出されるのだろうか？

生命システム特有の情報処理のしくみは、古代ギ

リシャ時代から今日に至るまで、その時代の学問を総動員して連綿と問い直されてきた問題である。これに取り組む
ことは、基礎学問として、人間そのものの理解を深めるであろう。生物らしい情報処理の方法を捉えることができれば、人間になじみの良い知能機械の設計応用も期待できる。
我々は、細胞の行動を主な対象として、生物の情報処理能力の高さを実験により評価し、さらにそのしくみをダイ
ナミクスの観点から解明することを目指す。単純な体制を活かして、モノの運動法則から生物行動を理解するという、いわば生命情報処理の原点を志向している。そのために、理論や実験ならびにフィールド調査を、また生命科学
や数物科学および情報科学を活用する。
具体的には９つの研究テーマを掲げている。(1)単細胞生物からヒトにいたる生命知の基本アルゴリズムの探求、(2)生体システムの用不用適応則から読み解く形状と機能の最適化、(3)原生生物と線虫の行動に関するバイオメカ
ニクスと細胞生物学、(4)微小な生物の動きを捉えるイメ
ージング技術の開発、(5)繊毛虫の遊泳力学と電気生理学、(6)アメーバの這行力学と高分子レオロジー、(7)胚発生の形態形成における細胞集団の力学解析、(8)収縮性タ
ンパク質のレオロジーから読み解く細胞運動、(9)ランダ
ム力学系の数理と非線形現象への適用。

した。
後者では、流量強化則を樹木の樹形形成に拡大適用した。すなわち、樹木の局部が、かかる力の負荷に応じて成長するという性質を、我々の流量強化則で数理モデル化した。樹木は、吹く風に揺さぶられることにより樹形を整えていき、他方樹木全体で揺れることで巧みに力学エネルギ
ーを散逸することで全倒壊しにくい構造を獲得する。このような樹木の構造特性の実験的評価と力学機構を調べるために、北大苫小牧研究林にてホウノキを、また北大和
歌山研究林にてバリバ
リノキの揺動実験を行い、その振動特性を計測した。従来の主流である縦揺れ模型の問題点を解明し、より良い模型として横揺れ模型を構築できた。
（b）線虫の行動学

C. elegans(線虫)は生物の業界で最もよく調べられているモデル生物の一つであり、例えばゲノムすべて明らかにされている。しかしながら、その行動についてはそれほどよく調べられていない。特に、dauer と呼ばれる耐性状態の行動はあまり調べられていない。これらの行動には自然界で生き延びる知恵が隠されていると考えられている。近年我々は耐性幼虫が尻尾だけで立ち上がった状態から

２．研究成果（nictation）高速で空中に飛び上がることを発見した。

(a) 生体システムの用不用適応則から読み解く形状と機能

今年度、我々は高速ジャンプのメカニズムとらえるための最適化：町と道の共発展ならびに樹木の風揺動特性に、尻尾と基盤の界面エネルギーを変える実験と外的環境

生物システムのつくる構造物は優れた機能性を有しているとしばしば指摘される。そのような機能的な構造がどを変える実験を行い、高速ジャンプの仕組みを大まかにとらえることに成功した。さらなる解析を行っている。

のようなアルゴリズムによって設計されているかは，興味深い問題である。本研究では，真正粘菌モジホコリという(c)

真核単細胞生物がつくる輸送ネットワークの設計方法にヒクラミドモナスは単細胞真核生物であり葉緑体を持ち光鞭毛虫クラミドモナスの運動学

合成することが知られている。また二本の鞭毛をもち光に粘菌が形成する管ネットワークの発達の仕組みは、「多く向かって泳ぐ正の走光性が報告されている。本研究ではク

流れる部位は発達し、そうでない部位は衰退する」というラミドモナスが集団で形成するパターンに注目した。上述

用不用則に依っている。この生物式適応ネットワーク形成の通りクラミドモナスは正の光走性があるが、細胞集団にの基本設計則に基づいて、欧州と日本の異なる二地域にお対して部分的な光照射を行うと、明暗境界に細胞が集積す

いて町と道の共発展を検討した。今後、さらに異なる地ることが知られている。我々は、特定の条件で照射光が対域、時代における町と道の共発展現象を検討し、人間社会

象でもクラミドモナスの集合パターンが非対称になることの基盤となる町と道のパタン形成機構を考察して行きたを発見し、この機構を明らかにするため実験および数値計い。

算を行った。その結果、クラミドモナスが示す螺旋遊泳軌

樹木の風揺動特性については、独自の力学模型を提案す

道が、非対称マクロパターン形成に重要であることが分かるに至ったので、これに基づき樹種、樹齢、生息地の違いった。

を計測し、風揺動耐性（エネルギー散逸機構）を調べた
い。

(d)

非線形確率現象における確率カオスの研究

非線形確率現象のひとつである確率カオスをランダム力(b) 繊毛の運動の力学モデル

学系理論の立場から概念化、定式化し、不変量の定量化に

繊毛は真核生物のほとんどすべての細胞に生えており、成功した。とくにランダム一次元写像における異常拡散を細胞の感覚器官、運動器官として重要な役割を果たしてい発見し、その間欠的ダイナミクスと劣拡散の性質を解明しる。繊毛の異常は直ちに真核生物の表現型の異常につながた。確率共鳴、ノイズ同期、確率カオスといった非線形確ってしまうほど、真核細胞の最も重要な器官の一つであ率現象は生物系にも普遍的に存在する。

る。繊毛は基本的には微小管の束（９本もしくは９＋２
本）からできており、キネシンなどの分子モーターなどの(e)

ブレブ駆動型アメーバの形状と運動

駆動力、相互作用によって波うち運動のような多種多様な

アメーバ運動の機構としてアクチン重合依存的な運動が動きができることが知られている。しかしながらその力学

これまでによく研究されているが、アクトミオシンの収縮的メカニズムは未だ明らかにされていない。微小管、分子を駆動力とするアメーバ運動（ブレブ駆動型アメーバ運

モーター、結合分子の相互作用を力学モデルで表現し、単動）は近年多くの細胞で報告されているが、その機構は不純な力学相互作用だけでこれらの繊毛の運動が再現できる明な点が多い。アメーバ運動は接着性の細胞が細胞変形をかを確認する。

伴いながら移動する方法で、細胞形状の変化が運動において本質的であると考えられている。そこで本研究では典型(c) マイクロ流路によるマイクロエソロジー研究の確立的なブレブ駆動型アメーバ運動を行う Amoeba proteus を

今年度、笠晴也氏らナノ加工・計測技術班の協力により用いて、その運動と細胞形状の関係に関して調べた。そのゾウリムシ等の繊毛虫が遊泳可能なサブミリオーダーの流結果、細胞の運動活性は活性化および非活性化状態に分か路をガラス基板上に自在に実現する為のノウハウの蓄積をれることが分かり、この変化の過程で細胞形状に対称性の行った。今後、これらの技術を基盤として繊毛虫の為の系破れが重要であることが明らかになった。またこの細胞活

統的な行動研究法を確立し、新たな研究分野を開拓するこ

性は超臨界ピッチフォーク分岐となることが分かった。

とを目指す。

(f)

ブレブ駆動型アメーバにおける牽引力測定

ブレブ駆動型アメーバ運動は多くの細胞で行われている
ことが近年報告されているが、その機構に関しては不明な点が多い。本研究では典型的なブレブ駆動型アメーバ運動を行う Mayorella viridis がアメーバ運動に伴い、接着基盤に伝える牽引力の測定を行った。その結果、細胞の辺縁部で収縮力が生じていた。また前端部ではアクチン重合依(d) 単細胞生物の自発運動の時系列解析
微生物の自発運動の実験データから空間運動のダイナミクスを抽出し、その異常拡散性について、ランダム力学系理論の観点から解析する。リターンマップにより単体の自発運動のダイナミクスを離散写像系でモデル化し、集団の運動をモデル化する。少数の単細胞生物の相互作用による空間運動の多様性のメカニズムを探る。

存的なアメーバ運動に典型的な進行方向と逆の力は観測されず、ブレブ駆動型アメーバ運動に特徴的な牽引力分布が確認された。

(e)

高速牽引力顕微鏡の作製

原生生物の中には非常に高速な運動を行うものが知られており、従来の牽引力顕微鏡では時間分解能の問題で細胞の移動に伴う牽引力を測定することが難しい。そこで、本

３．今後の研究の展望

研究では従来の方法の 50 倍程度の速度で牽引力測定可能な方法の開発を行う。

(a) 用不用適応則から読み解く形状と機能の最適化

4.2

４．資料

該当なし

4.1

学術論文（査読あり）

1)

Davide Faranda, Isaac Pérez Castillo, Oliver
Hulme, Aglaé Jezequel, Jeroen S. W. Lamb, Yuzuru
Sato and Erica L. Thompson, “Asymptotic estimates of SARS-CoV-2 infection counts and their
sensitivity to stochastic perturbation,” Chaos,30, 051107, (2020).

2)

3)

4)

5)

N. Iijima, K. Sato, E. Kuranaga1, and D. Umetsu,“Differential cell adhesion implemented by Drosophila Toll corrects local distortions of theanterior-posterior compartment boundary,” Nat.
Commun. 11, 6320, (2020).
You Maki, Shigeru Kuroda, Seiji Fujiwara,
Seiichi Tanaka, Eka Erzalia, Mizuki Kato, Katsumasa Higo, Toshiaki Arata, Toshiyuki Nakagaki:"Thermal conductivity and thermal diffusivity ofslime mold (Physarum Polycephalum)", Biomedical
journal of Scientific and Technical Research,
31(3) (2020)
Chao Gao, Chen Liu, Daniel Schenz, Xuelong Li,
Zili Zhang, Marko Jusup, Zhen Wang, Madeleine
Beekman and Toshiyuki Nakagaki, “Does being
multi-headed make you better at solving problem?
A survey of Physarum-based models and computations”, Physics of Life Reviews, 29, 1-26 and
51-54, (2019).

4.3

総説・解説・評論等

1)佐藤

物理学会誌, 74:5, pp.274-278, (2020).
2)

8)

9)

折原 宏・佐藤勝彦, “せん断流下におけるソフトマ
ターの構造とレオロジー -共焦点レーザー走査顕微鏡による 3 次元観察-“, 日本流体力学会 学会誌「ながれ」 38-4 号 pp. 262-269 (2018).

3)

高木 清二, 佐藤 勝彦, 中垣 俊之, 「モジホコリ」
生物工学 第 96 巻 第 8 号 (2018) pp. 488-492

4.4

著書

該当なし
4.5

講演

ａ．招待講演（国際学会）
1)

Toshiyuki Nakagaki, “Adaptive development of
biologicalnetwork

basedonuse-and-growthrule”, Exploratory Workshop on Geometry of Complex Webs 2020, Les Diablerets, Swiss (February,
2020)
2)

“Stochastic bifurcation in a turbulent swirlingflow”, invited talk, CRITICS workshop 2020, Im-

Fluctuations Lead to Cell Flow while Maintaining

perial College, London, UK, (August, 2020).
3)Davide Faranda, Yuzuru Sato, Gabriele Messori,
Nicholas R. Moloney, Pascal Yiou, "Minimal dynamical systems model of the Northern Hemispherejet stream via embedding of climate data," Earth
System Dynamics, 10(3), 555-567,(2019).
Yuzuru Sato and Rainer Klages,“Anomalous diffusion in random dynamical systems,”Phys. Rev.
Lett.,122, 174101, (2019).
Nicholas R. Moloney, Davide Faranda, and Yuzuru
Sato, “An overview of the extremal index”,
CHAOS, 29, 022101, (2019).
Daniel Schenz, Yukinori Nishigami, KatsuhikoSato and Toshiyuki Nakagaki, "Uni-cellular integration of complex spatial information in slimemoulds and ciliates", Current Opinion in Genetics & Development, 57, 78-83, (2019).

College London, London, (March, 2019).
4)

Saiki, and Yuzuru Sato, "Intermittent transition
between synchronization and desynchronization in
Changeand76, (2018).

business

Economic

cycles," Structural

Dynamics,

44,

pp.68-

Yuzuru Sato, “Anomalous diffusion in random dynamical systems”, The Mathematics of Climate
and Environment, IHP, Paris, France, (October,2019).

5)

Yuzuru Sato, “Stochastic bifurcation in a turbulent swirling flow”, invited talk, LML summer
school, ICTP, Trieste, Italy, (July, 2019).

6)

Yuzuru Sato, “Anomalous diffusion in random
dynamical systems,” invited talk, DCP19, CNR,
Pisa, Italy, (July, 2019).

7)

Toshiyuki Nakagaki, “Transport network in living systems designed by current-reinforcementrule”, 13th Annual qBio Conference San Fran-10) Kunihiko Esashi, Tamotsu Onozaki, Yoshitaka

multi-regional“Stochastic bifurcation in a turbulent swirlingflow”, invited talk, CRITICS workshop, Imperial

1159-1170, (2019).

7)

譲, 「カルマン旋回龍の確率カオス」, 日本

S. Okuda, E. Kuranaga, K. Sato "Apical Junctional
Epithelial Integrity", Biophysical Journal 116,

6)

学術論文（査読なし）

cisco State Univ., CA, USA (August, 2019).
8)

Toshiyuki Nakagaki, “Adaptive motion in protozoan ciliate”, ICMMA 2019 Int. Conf. on Spatiotemporal patterns on various levels of hierarchyof life, Meiji University, Tokyo (December,2019).

9)“Stochastic bifurcation in random dynamical

6)

systems and its application to modeling atmos-略”, 第 9 回分子モーター討論会, 三島, (2019 年 6pheric jet dynamics”, invited talk, “Dynamical

月).

Systems and Climate Dynamics,” LSCE/CNRS-Sac-

7)

lay, Saclay, France (October, 2018).
10) “Stochastic

chaos

in

a

turbulent

講座, 札幌市, (2019 年 4 月).
8)

don Mathematical Laboratory, London, UK (August,11) Katsuhiko Sato, "Left-right Asymmetric Cell Intercalation Drives Directional Collective Cell

演，札幌市, (2019 年 5 月).
9)10) 中垣 俊之,“「粘菌に学ぶ知能と数理科学」北緯 43度からの独創研究発信”,

12) Katsuhiko Sato, "Left-right asymmetric cell in-

第 80 回記念シンポジウム, (2019 年 9 月).
計”,

cific Society for Biology and Medical Sciences

ジウム,

ciety of Mathematical Biology 、 university ofSydney、Sydney、2018-07-08/12、plenary talkバン 2019、札幌市、（2019 年１１月）.
13) 中垣 俊之 : 流れと淀みと語る会、国立遺伝学研究所、三島市、2018-06-10
14) 中垣 俊之 : 「粘菌における行動の多様性と選択について -モデルを介してみるノイズの役割-」、レー14) 中垣 俊之 : 「Adaptive transport network in a

ザー学会「レーザーのカオス・ノイズダイナミクス

living system designed by current-reinforcementrule」、SOUTH LAKE WORKSHOP IN BIOINFORMATICS AND
SYSTEM BIOLOGY、武漢理工大、2018-11-17/18とその応用」、北大学術交流会館、2018-07-22
15) 中垣 俊之 : 「原生生物粘菌のアメーバ運動と集団
パターン形成」、細胞凝集研究会 2018、酒田市ホテル
リッチガーデン、2018-07-27

ｂ．招待講演（国内学会）

16) 中垣 俊之 : 「単細胞に学ぶ形作り」、2018 武蔵野
札幌圏大学

大学数理工学シンポジウム、武蔵野大学有明キャン

国際交流フォーラム設立３０周年記念講演会，札幌
市， (2020 年 1 月).

パス、東京、2018-08-28
17) 中垣 俊之 : 「蠕動的這行運動のバイオメカニク

中垣俊之，“アメーバとヒトの行動に共通した「知ス」、第 8 回数理科学研究会、岐阜県下呂温泉、的」なるもの〜比較生物行動学の視点から〜”，第４５回札幌市医師会医学会特別講演，札幌市，（20203)

札幌市, (2019 年 10 月).

皮細胞の集団移動”、定量生物学の会 北海道キャラ(July, 2018).
rent-reinforcement rule」、Annual Meeting of So-

北海道技術者養成プラットフォーム シンポ

12) 佐藤勝彦、“細胞間の方向依存的な収縮力による上ing), Sapporo Convention Center, Sapporo, Japan13) 中垣 俊之 : 「Transport network designed by cur-

応用物理学会秋季講演会

11) 中垣 俊之,“単細胞生物にみる社会づくりの基本設

movement in epithelial morphogenesis", Asia Pa2018 Annual Meeting (APSBMS 2018 Annual Meet-

室蘭

市, (2019 年 8 月).

China (April, 2018).
tercalation drives directional collective cell

第５７回全国大学保健管理協会北海道地方部会研究集会,

Anniversary World DNA Day-2018 (WDD-2018), Da-2)

中垣 俊之,“右へ行くべきか左へ行くべきか、それが問題ーアメーバからヒトまでー”,

Movement in Epithelial Morphogenesis", BIT's 9th
lian International Conference Center, Dalian,

中垣 俊之，“粘菌の用不用適応能に倣った形状最適化”，日本補綴歯科学会第 128 回学術大会 特別講2018).

中垣 俊之,“外遊・宇宙遊・逍遥遊”,

中垣 俊之, “単細胞生物である粘菌は本当に「単細胞」なのか？”, 第 92 回日本細菌学会総会市民公開

swirlingflow”, invited lecture, LML summer school, Lon-

1)

西上 幸範, “流れ場における遊泳原生生物の生存戦

2018-10-27
18) Yukinori Nishigami：「An asymmetric aggregation

年 2 月）.

of Chlamydomonas generated by symmetric photo-

中垣 俊之* : 「単細胞のちょっと賢い話」、第６０

irradiation」、Active Matter Workshop 2021、Meiji

回生物物理若手の会 夏の学校、オンライン開催、メUniversity（on-line webinar）、2021-1-22

インセミナー（2020-08）
4)

5)

中垣 俊之* : 「生物の用不用則に基づく形状最適

ｃ．一般講演（国際学会）

化」、第１回設計・ネットワーク最適化に関する分野

1)

Yuzuru Sato, “Anomalous diffusion in random dy-

融合研究会、オンライン開催（北陸先端科学技術大namical systems,” poster presentation, Dynamics

学院大学主催）、（2020-09）

Days Digital, Amsterdam, Netherland, (August,中垣 俊之 : 「単細胞の賢さを探る」、第 32 回上田

2020).

記念講演会（応用物理学会東海支部主催）、名古屋大学、2019-01-05

2)

Yuzuru Sato, “Noise-induced degeneration in
online learning,” Dynamical systems and machinelearning, Imperial College London, London, UK,3)(September, 2020).

bulent swirling flow”, ICIAM, Valencia, Spain,

Yukinori Nishigami, Takuya Ohmura, Masatoshi(July, 2019).

Ichikawa, “The mechanism of swimming ciliates,
Tetrahymena

4)12) Yuzuru Sato, “Stochastic bifurcation in a tur-pyriformis,

resisting13) Yukinori Nishigami, Takuya Ohmura, Masatoshi

theIchikawa, “The cellular shape affects the be-flow,”poster presentation,JSP/KSOP Joint Online

havior of ciliates”, VIII European Congress of

Meeting 2020 (November 2020)

Protistology, Roma, Italy, (July, 2019)

Takuya Chiba, Takuma Sugi, Yukinori Nishigami,

14) Takuya Chiba, T. Sugi, Y. Nishigami, T. Nakagaki,

Toshiyuki Nakagaki, Katsuhiko Sato, “Nematodes

K. Sato, “Physical mechanisms behind high speed

Caenorhabditis elegans' phoretic behavior to in-jump of nematode Caenorhabditis elegans”, The

sects

20th RIES-HOKUDAI International Symposium, Hok-

using

an

electrostatic

field,”poster

presentation, The 21st RIES-Hokudai International Symposium、online（December 2020）.
5)

Syun Echigoya, Yukinori Nishigami, Katsuhikoagaki, Yukinori Nishigami, “The shape of cili-Sato, Toshiyuki Nakagaki, “The physical mecha-

ate, Stentor coeruleus, decides its swimming andnism of behavioral change in the ciliate, Stentor

adhesive behavior”, The 20th RIES-HOKUDAI In-

coeruleus in narrow areas,”poster presentation,

ternational Symposium, Hokkaido University, Sap-

The 21st RIES-Hokudai International Symposium、

poro, (December, 2019)

online（December 2020）.
6)16) Kosuke Iizuka, Ken-ichi Wakabayashi, Ritsu Ka-

Genta Matsumoto, Nishigami Yukinori, Sato Katsu-

miya,hiko, Nakagaki Toshiyuki, “Elucidation of the

Katsuhiko Sato, “Asymmetric patterns appearing

Mechanism

Arcellain collective photobehavior of Chlamydomonas”,

sp,”poster presentation, The 21st RIES-Hokudai

The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium,

International

Hokkaido University, Sapporo, (December, 2019)ofAmoeboid

MotionSymposium 、 onlinein（ December2020）.
7)

kaido University, Sapporo, (December, 2019)15) Syun Echigoya, Katsuhiko Sato, Toshiyuki Nak-

Nakagaki,17) Katsuhiko Sato, "Direct observation of orientation distributions of actin filaments in a solu-

Toshiyuki Nakagaki, “Behavioral pattern diver-tion undergoing shear banding", Annual Europeansity

Rheology Conference 2018 (AERC 2018) Sorrento,

andquantitative

analysisofHal-

kudai International Symposium、online （December

Italy (April, 2018).
18) Yukinori Nishigami, "“Statistical analysis of2020）.

amoeboid locomotion on the constant photoirra-

Mai Onishi, Yukinori Nishigami, Katsuhiko Sato,diation", International Conference on Advances

Toshiyuki Nakagaki, “Bioconvection shown by theof Physics of Emergent Oeders in Fluctuations

ciliate Tetrahymena,”poster presentation, The

2018 (APEF 2018) Tokyo, Japan (November, 2018).

21st

RIES-HokudaiInternational

Symposium 、

online v（December 2020）.
9)

Nishigami,Toshiyuki

Koki Kanda, Yukinori Nishigami, Katsuhiko Sato,teria,”poster presentation, The 21st RIES-Ho-

8)

Yukinori

Yukinori Nishigami, Takuya Ohmura, Masatoshi
Ichikawa, “Resistance to the flow shown by ciliates

Tetrahymena,”poster

21st

RIES-Hokudaipresentation,

Internationalｄ.

一般講演（国内学会）

1)

佐藤譲, “Noise-induced degeneration in online
learning,”数理科学の諸問題と力学系理論の新展

The

Symposium 、

online v（December 2020）.

開, RIMS, 京都大学, (2020 年 9 月).
2)bulent swirling flow”, contributed talk,10) Yuzuru Sato, “Anomalous diffusion and inter-

JSIAM, University of Tokyo, Tokyo, (September,mittency in deterministic /random dynamicalsystems”, contributed talk, RIMS workshop,
Kyoto University, Kyoto, (September, 2019)

2019)
3)

研究合同班会議 2020, 京都, （2020 年 1 月）．

dicity in Lasota-Mackey Maps”, contributed(August, 2019).

西上幸範, 野村真未, 谷口篤史, 野中茂紀, Rieu
Jean-Paul, “這う原生生物の行動研究”, 生体運動

11) Yuzuru Sato, “Noise-induced Statistical Periotalk, RIMS workshop, Kyoto University, Kyoto,

Yuzuru Sato, “Stochastic bifurcation in a tur-4)

飯塚洸介, “クラミドモナスの集団光応答に現れる
非対称パターン”, 2019 年度北海道植物学会大会,
札幌市， (2019 年 12 月).

5)

6)

7)

佐藤 勝彦, 奥村 悦子, 越智 翔大, 黒田 茂, 中垣11) Katsuhiko Sato, “Direction-dependent contrac-

俊之, 杉 琢磨, “線虫の高速ジャンプ”, 日本物理tion forces on cell boundaries induce collective

学会 2018 年秋季大会, 同志社大学京田辺キャンパ

migrationス(京田辺市多々羅) (2018 年 9 月).

sheet”, GSS international Mini-Symposium “Soft西上 幸範，大村 拓也，市川 正敏，“繊毛虫の固液

Matter Deformation and Function”, Sapporo, Ja-

界面への集合”，第 51 回日本原生生物学会大会，島pan, (July, 2019).

ofepithelial

cells

withintheir

根大学松江キャンパス（松江市）（2018 年 10 月）．

12) Katsuhiko Sato, “Left-right asymmetric aggrega-

中垣 俊之 : 「細胞マターの流量強化則に基づくス

tion in Chlamydomonas”, 2019 RIMS Workshop

マートネットワークの設計原理」、第４１回日本分子“Mathematical Methods in Biofluid Mechanics”,

生物学会 セッション「自然界の様々な階層で見られHyogo, Japan, (October, 2019).

るスマートマターによる集合的知性の創成（佐藤、13) Toshiyuki Nakagaki, “Transport network designed阿部）」、パシフィコ横浜、2018-11-29

by an amoeboid organism”, Russia-Japan Scientific Forum, on Environmental Science, Moscow,ｅ.

14) Toshiyuki Nakagaki, “Nature-inspired design of以外）
1)

Russia, (September, 2019).

研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会transport network -how the natural system works

飯塚洸介, “クラミドモナスの集団光応答に現れる

properly-“,

非対称パターン”, 第 13 回クラミドモナス研究会,
東京, (2019 年 9 月).
2)ucation of The Russian Federation and Japan. 2nd

西上幸範，“繊毛虫テトラヒメナの走流性に関し

Russia-Japanて”，2020 年原生生物合同ゼミ，オンライン開催
越後谷駿, 西上幸範，佐藤勝彦, 中垣俊之， “繊毛虫ソライロッパムシの形状遷移定量化”，2020 年原
生生物合同ゼミ，オンライン開催
4)

USA,

CoSTEP 主催サイエンスカフェ札幌。北大農学部講

中垣 俊之* : 「単細胞の知恵とヒトの知恵」、JR タ堂、2018-06-03
17) 中垣 俊之 : 「自然知能と人工知能-アメーバとヒトの比較から-」、第 27 回先端科学移動大学市民講演会、函館市総合保健センター、2018-11-17(20200718~20200829) 講 演 会 、 鳥 取 県 立 博 物 館(2020-07-25)
Yuzuru Sato, “Stochastic bifurcation and intermittency in random dynamical systems”, con-18) 中垣 俊之 : 「単細胞の賢さを探る-アメーバと人の比較から-」、SSH 岩見沢農業高校講演会、2018-11-07

19) 中垣 俊之 : 「自然知能と人工知能-アメーバとヒトの比較から-」、第 27 回先端科学移動大学、函館中部

tributed talk, RIMS workshop, Kyoto University,

高校 2018-11-16.

Kyoto, (October, 2019).
8)

Yuzuru Sato, “Anomalous diffusion in random
dynamical systems,” summer school lecture,
Shiga, Japan, (October, 2019)9)(July, 2019).

16) 中垣 俊之 : 「粘菌、運動、知恵」、第 100 回北大物館令和２年度企画展「こんにちは変形菌」

7)- Public Interactive Lec-

UC Davis Science Summer Camp COSMOS, California,

中垣 俊之* : 「アメーバに学ぶ鉄道網設計」、啓成

中垣 俊之* : 「単細胞の賢さを探る」、鳥取県立博Russia,ically modeled by current-reinforcement rule”,

ワーおとな大学、札幌駅エスタ (2020-12-02)
6)

Moscow,

15) Toshiyuki Nakagaki, “Transport network theoret-（2020 年 10 月）

12-08)

Forum,

ture

高校 SSH 特別科学講演会、北海道立啓成高校(20205)

Student(September, 2019).

（2020 年 10 月）
3)

The 2nd General Assembly Meetingof The Association of Institutions of Higher Ed-

4.6

シンポジウムの開催

1)

共同利用・共同研究拠点 MIMS 現象数理学研究拠点

Yuzuru Sato, “Anomalous diffusion and inter-

共同研究集会「幾何学・連続体力学・情報科学の交

mittency in random dynamical systems”, Seminar

差領域の探索」、オンライン(Zoom: Webinar 機能利at Tokyo Metropolitan University, Tokyo, (Sep-用)、12 月 4 日― 5 日、中垣俊之,佐藤勝彦ら

tember, 2019).

(2020）.

10) Yuzuru Sato, “Stochastic bifurcation in a tur-2)

第 6 回北大・部局横断シンポジウム、北海道大学医bulent swirling flow”, contributed talk, RIMS

学部学友会館フラテホール（web 開催）, 11 月 19

workshop, Kyoto University, Kyoto, (June,

日, 西上幸範ら (2020).

2019).

3)

Katsuhiko Sato, Nishigami Yukinori、The 21st
RIES-Hokudai International Symposium、online
virtual symposium（December 10, 2020）

4)

Yuzuru Sato, Chief-organizer, Conference on

4)sity, Taiwan (19 July – 3 August, 2019)"Random Dynamical Systems Theory and Its Applications" , RIMS, Kyoto, Japan, (August, 2019).
5)

5)

Yuzuru Sato, Chief-organizer, Data analysis andmachine learning in dynamical systems, Univer北海道大学共同利用・共同研究拠点アライアンス

ドイツバイロイト大学

Helmut Brand 教授、9 月

フランス

クロードベルナール

リヨン第一大学、

台湾国立交通大学、Yaw Kan Li 教授,7 月 7−9 日(2018).

第 5 回北大・部局横断シンポジウム、北海道大学医学部学友会館フラテホール, 11 月 6 日, 佐藤勝彦ら(2019).

8)

ツールーズ大学、Jean Paul Rieu 教授、11 月 10−11 日(2018).
8)

月 31 日, 中垣俊之, 佐藤譲ら (2019).
7)

ポールサバチエ

12-14 日 (2018).
7)

部局横断シンポジウム「計算科学が拓く汎分野研究」, 北海道大学医学部学友会館フラテホール, 10

フランス

Audrey Dousstour 教授、2019 年 1 月 9−10 日
6)sity of Tokyo, Tokyo, Japan, (May, 2019).
6)

Dr. Yunchang Seol, National Chia-Tung Univer-

電子科学研究所附属社会創造数学研究センター主催
公開シンポジウム「数理連携の現状と未来」、北海道

4.8

予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）

ａ． 科学研究費補助金
1)

大学鈴木章ホール、8 月 24−25 日、長山雅春、小松佐藤 勝彦: 研究代表者, 「3 次元空間内に埋め込まれた細胞集団運動の新しいメカニズム」,

崎民樹、中垣俊之、佐藤勝彦、佐藤譲ら(2018).

(基盤研

究(C)) 20K03871, (2020-2023).
2)

佐藤讓: 研究代表者, London Mathematical Labora-

4.7

共同研究

tory Fellowship, London Mathematical Labora-a.

国内大学、研究機関との共同研究

tory, UK, (2020-2021).

1)

佐藤譲：「機械学習と確率的力学系」大阪大学, 筒井

3)

学系, 正則写像半群とフラクタル幾何学の研究」,

大二、藤原彰夫 (2018-).
2)

科学研究費補助金 基盤(B) No.19H1790, 日本学術振佐藤勝彦、中垣俊之：「クラミドモナスの行動学」
東京工業大学、若林憲一 (2018-).

佐藤讓: 研究分担者, 「ランダムな実および複素力

興会 (2019-2023).
4)

佐藤讓:研究分担者, 「確率過程論的アプローチによるランダム力学系の理論研究」, 科学研究費補助金
基盤(B) No.19H21834, 日本学術振興会 (2019-ｂ. 産業界等との共同研究
1)

中垣俊之，佐藤勝彦，西上幸範，佐藤讓: 株式会社
ジイ・シイ企画，「集団的知性の探求ならびにその社

2021).
5)

tory Fellowship, London Mathematical Labora-

会動態や経済現象への展開応用に関する研究」，2019～2020 年度，1,000 千円

佐藤讓: 研究代表者, London Mathematical Laboratory, UK, (2019-2020).

6)西上幸範:研究分担者, 「再構成アプローチで解明す
るダイナミンの膜切断機構とその破綻に起因する疾c. 国際共同研究
1)

7)

佐藤讓: 研究代表者,「ランダム力学系理論に基づく

中垣俊之：オックスフォード大学植物科学科マー

確率カオスの現象論とその応用」,科学研究費補助金

ク・フリッカー博士，町と道の共発展ダイナミクス

基盤(C) No.18K03441, 日本学術振興会 (2018-2020)に関する研究3)(2019-2023).

佐藤讓：CEA-CNRS, France と流体力学・気象データ
解析に関する共同研究.

2)

患発症機序」,国際共同研究強化(B) No. 19KK0180,

8)

tory Fellowship, London Mathematical Labora-

西上幸範，佐藤勝彦，佐藤譲，中垣俊之：リヨン第tory, UK, (2018-2019).

１大学，ジャンポール・リュー教授，細胞運動の力学に関する研究佐藤讓: 研究代表者, London Mathematical Labora-

9)

佐藤 勝彦: 研究分担者, 「粘弾性流体に特有な渦の数理解析」, 基盤研究(B) 18H01135, (2018-2022)

d．外国人研究者の招聘
1)

Davide Faranda, France, (23-30 May, 2019).

2)

Prof. Jean Paul Rieu, University of Lyon 1, (1320 June, 2019)

3)

10)

佐藤讓:研究分担者, 「古典および量子統計的システ
ムにおける新規な情報幾何構造の探究」, 科学研究費補助金 基盤(B) No. 17H02861, 日本学術振興会(2017-2021).

11)

佐藤讓: 研究代表者, “Understanding the dynam-Prof. Helmut Brand, University of Bayreut, (4-7

ics of atmospheric circulation”, PICS grant,

September, 2019)

LSCE, CEA, France,(2017-2020).

12) 佐藤 勝彦: 研究代表者, 「上皮細胞の集団運動: 形

8)

中垣 俊之：「イグ・ノーベル賞２度受賞 中垣俊之元

態形成の基礎メカニズムの解明」, 学術研究助成基

未来大教授金助成金 (基盤研究(B)) 17H02939, (2017-2020).

の地域特集「作り出す はこだて未来大学 20 年」北

広い世界に進み出て遊泳せよ」

元日

海道新聞, 2020 年 1 月 1 日
ｂ．大型プロジェクト・受託研究1)

9)

ス「SARS-Cov-2 感染者数漸近予測の不確実性を解佐藤讓: 研究代表者, London Mathematical Labora-

明」

tory Fellowship, London Mathematical Laboratory,
UK, (2019-2020).
2)

10)

佐藤讓: 研究代表者, “Understanding the dynamics

受賞

1)

Takuya Chiba, the 21st RIES-Hokudai Interna-11)

飯塚洸介：第 13 回クラミドモナス研究会「学生優秀発表賞」東京工業大学 (2019/9/5)
飯塚洸介：第 20 回電子研国際シンポジウム「優秀ポスター賞」北海道大学 (2019/12/2)

5)

千葉拓也：北海道大学共同利用共同研究拠点アライ
アンス部局横断シンポジウム「計算科学が拓く汎分野研究」「優秀ポスター賞」北海道大学(2019/10/31)
アウトリーチ活動1)

中垣 俊之 :「単細胞の知恵とヒトの知恵」、JR タワ
ーおとな大学、札幌駅エスタ 2020 年 12 月 02 日
中垣 俊之* : 「アメーバに学ぶ鉄道網設計」、啓成高校 SSH 特別科学講演会、北海道立啓成高校 2020 年
12 月 08 日

3)

4)

13)

中垣俊之：「ヤンセンは手触りで世の中を理解する」
札幌市芸術の森企画展「テオヤンセン展」での研究
内容展示, 2019 年 7 月 13 日-9 月 1 日

14)

中垣 俊之 : 週間プレイボーイ 2019 年 11 月 18 日
「我々の研究対象である「モジホコリ」という原生生物がフランスのパリ動物園で世界で初めて一般公開されたことを受けて、「世界初一般公開！迷路を解
く 単細胞生物「モジホコリ」とは？」という記事（54 巻 41 号 165 ページ）が掲載された。」

15) 中垣 俊之 : 北海道新聞 2018 年 11 月 18 日 「がん、気象 先端科学知る - 函館で移動大学 北大教員が講16) 中垣 俊之 : 函館新聞 2018 年 11 月 18 日 「研究者が最新技術紹介 先端科学移動大学に 100 人」
17) 中垣 俊之 : 北海道新聞 2018 年 11 月 2 日 「北海道から平成がわかる - ノーベル賞 イグノーベル賞 探究心 道民に刺激 -」18) 中垣 俊之 : 読売 KODOMO 新聞 2018 年 10 月 4 日 「イグノーベル賞の世界 - 下品が最高- 」

館令和２年度企画展「こんにちは変形菌」講演会、の生態 雌雄逆の昆虫-ユニーク研究を紹介 - 北大で鳥取県立博物館 2020 年 07 月 25 日

講演」

中垣 俊之 : 日本経済新聞 2020 年 09 月 12 日 「イなぜ日本人多い」

中垣 俊之 : 東京新聞 2020 年 09 月 06 日 「イグノす！」

20) 中垣 俊之 : 朝日新聞 2018 年 06 月 04 日 「イグノーベル受賞者と語る - 北大で 100 回目「サイエンスカフェ札幌」- 」
21) 中垣 俊之 : 読売新聞 2018 年 06 月 04 日 「科学を市民に 100 回目講演 イグノーベル受賞者登壇」

中垣 俊之 : PBS NOVA 2020 年 9 月 「Secret Mind22) 中垣 俊之 : THE BIG ISSUE 日本版 VOL.332 2018 年

of Slime」という 57 分の番組が放映された。この番

04 月 01 日 「特集「こんにちは！変形菌」で２ペー

組は、フランス ARTE が製作した科学ドキュメンタリ

ジ記事「粘菌がつくる賢いネットワークは知の原ー番組「Genius without brain」をもとに再編集した番組である。2020 年 09 月
7)

佐藤譲: 2019 年 5 月 14 日, 北海道大学プレスリリー

19) 中垣 俊之 : 北海道新聞 2018 年 06 月 04 日 「粘菌ーベル賞 30 年」「菌が迷路の最短ルートを探し出6)

く 交通網などに応用-」」12)

中垣 俊之 :「単細胞の賢さを探る」、鳥取県立博物グノーベル賞
5)

中垣 俊之 : 朝日新聞 2019 年 01 月 28 日 「科学の

演 -」

4.10

2)

フランス ARTE 製作科学ドキュメンタリ

扉「粘菌 単細胞でも賢い！？-体を伸縮し迷路を解西上 幸範: 第 51 回日本原生生物学会大会ベストプ
レゼンテーション賞 (2019)

4)

世

を解明」.

tional , Poster award (December, 2020)

3)

NHK BS１

ス「ノイズの伴う力学系での異常拡散のメカニズム

4.9

2)

脳のない天才」

ー番組, 2019 年 11 月 25 日,2020 年 1 月 1 日他

of atmospheric circulation”, PICS grant, LSCE,
CEA, France,(2017-2020).

中垣 俊之：「粘菌界ドキュ選

西上 幸範: 「原生生物の行動原理の解明」, 次世代研究者育成プログラム(2018-2023).

3)

佐藤譲: 2020 年 5 月 14 日, 北海道大学プレスリリー型」として紹介された。」
23) 中垣 俊之 : 日立自動分析情報誌 Lab SCOPE VOL.56

中垣 俊之 : テレビ東京 2020 年 04 月 09 日 「探求2018 年 04 月 01 日 「INVITATION コーナーにて「知性の階段＃27「単細胞」の意味を変える」とは何か。単細胞生物にそのメカニズムを探る。」と

いう３ページ記事。」
24) 中垣 俊之 : HTB テレビニュース 2018 年 06 月 03 日
「北大 イグノーベル賞の二人が講演」
25) 中垣 俊之 : 和歌山県立自然博物館

平成３０年度

特別展「小さな粘菌の大きなワンダーランド」7/219/2, 201826) 中垣 俊之 : 南方熊楠記念館 2018 特別展示「不思議ないきもの・粘菌展」 2018 年 09 月 15 日〜2018 年
11 月 18 日
27) 中垣 俊之 : 茨城県自然博物館ミュージアムパークの第７１回企画展「変形菌-ふしぎ？かわいい！森の妖精-」に協力 2018 年 02 月 17 日〜06 月 10 日28) 中垣 俊之 : 北海道立啓成高等学校スーパーサイエ
ンスハイスクール運営委員 （2016 年 04 月 01 日～
2019 年 03 月 31 日）
29) 中垣 俊之 : 旭川明誠成高校の生徒１０名の一日体
験と見学の受け入れ （2018 年 05 月 01 日）
30) 中垣 俊之 : JST さくらサイエンス事業にて外国人学
生と教員ら５名の一日体験を受け入れ （2018 年 06
月 19 日）