学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

11-DA01

生体分子の大規模分子動力学計算に対する時系列解析の新展開
戸田幹人（奈良女子大学）

概要 たんぱく質など生体分子の分子動力学計算で得られる大量の時系列データから、
分子機能と関連する集団運動が成す階層的動力学の情報を抽出する。そのため、ウェー
ブレット変換等のデータ解析法と、カーネル法を始めとする統計科学的な理論を発展的に組み合わせ、新たな時系列解析の手法を開拓する基礎的な研究、および、基礎的研究で展開される手法を実際の大規模データの解析に適用するためのシステム開発を目的とした共同研究を遂行する。九州大学のスーパーコンピュータシステムを利用した時系列
データ取得のための大規模計算と、時系列解析手法としてのウェーブレット変換・カー
ネル法を始めとするデータ解析手法の確立、および、それらの手法を大規模データに応用できるように実装するデータ処理システムの構築について報告する。

1. 研究の目的と意義

どなく、計算科学・非線形科学・統計科学の共同

本研究では、揺らぐ環境の中において頑健にによるブレークスルーの必要性が大きい。本研究機能する生体分子機能のメカニズムの解明、およでは大自由度力学系の相空間構造、特に「ゆっくびその成果の上に立った分子機能の制御を長期的りした集団運動」の動力学を記述する「不変集合」

な目標としている。その中でも、分子機能の動的に基づく理論に基いて、階層性の起源に立ち返るなメカニズムの理解、特に揺らぐ環境の中にあっ解析を行う。また、量子力学的な振動モード解析て、なおかつ分子機能が発現する動的なメカニズから構築される分子のモデルと、階層的集団運動

ム、さらには熱的あるいは非熱的な揺らぎを利用の動力学に依拠した新たな「粗視化」モデルの比して分子機能が発現する可能性をも視野に入れて、 較・検討も将来的な目的としている。
分子の動的な挙動を解明する新たな手法を展開す

本研究では生体分子のダイナミクスを理論的・る。これが本研究の基礎的な面における主要な目

計算的アプローチによって両面から調べるが、従的である。そのために大規模な分子動力学計算の来の研究は小さな分子を詳細に調べるか、大きなデータ解析から、機能と関連し得る特徴的な挙動

分子を古典力学的に調べるかのどちらかに偏ってを抽出する方法論を展開する。同時に、このよういたため、本研究はその間を埋める新しい領域でに複雑な物理系の時系列を得るための大規模数値の試みとなる。このため本研究は、必然的に物質計算手法の利用と、計算によって得られる時系列

科学系の物理・化学・生物などさまざまな分野へ

データから意味のある物理学的知見を抽出するたの貢献が期待される。この研究の過程で、大規模めの数値データの情報処理的手法の確立を目指す。 な計算機を利用した数値シミュレーションによりタンパク質を始めとする生体分子の運動は、広動力学的データを取得し、この多次元時系列情報

い範囲に渡って特徴的な時間スケールが存在するを含む大量の数値データから意味的に重要な情報

階層的な系である。従来、このような階層的な系を抽出するという処理が必要とされるため、ハイに対する「マルチスケールシミュレーション」でパフォーマンスコンピューティングやデータマイ

は、それぞれの階層に対応するアルゴリズムをつニング・時系列情報処理などの情報科学分野の最なげることにより、大規模なシミュレーションを先端の方法論を利用・開拓することとなる。

実現してきた。これらの手法の発展の中で、「マ特に、数値計算による大規模時系列データに対

ルチスケールシミュレーション」の基礎理論の必するデータマイニングに関して、これまでの研究

要性が高まっている。特に階層的集団運動の動力

成果と最近の発展から本研究の目的と意義を詳述

学的メカニズムにさかのぼった議論は従来ほとん

しておく。
1

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

我々は、タンパク質分子の分子動力学データにーネル非線形回帰分析に基く因果推論を展開、対し、ウェーブレット変換により集団運動を抽出

Max-Planck 研究所(Tuebingen)や Peter Spirtes

した研究を行ってきてきた。その研究の中で、ウの グ ル ー プ な ど も そ の 適 用 を 始 め て お り [R.

ェーブレット変換を使ってゆっくりした振動成分

Tillman, A. Gretton, P. Spirtes, Proc. NIPSの時間変動を抽出すると、時々刻々に変動する集(2009)] 今後、有望な方法論になると考えられる。

団運動的な振動運動が取り出せることが分かって一般に、実験できない状況で得られるデータに対きた（ N.Sakurai, M.Toda, S. Fuchigami and A.

して、従来の統計科学では、相関関係の解析はでKidera, “Wavelet Analysis toward Molecular

きるが因果関係の推論はできないとされてきた。

Dynamicsin

この点で重要な貢献をしたのが、Judea Pearl やpreparation, M. Kamada, M. Toda, M. Sekijima,Peter Spirtes、Clark Glymour らである。彼らはM. Takada and K. Joe, “Analysis of motion

因果関係の厳密な定式化により、統計解析から因features for molecular dynamics simulation of

果関係の推論ができる場合があることを示した。

proteins”, Chem. Phys. Lett.,Vol.502(2011),

他方で経済時系列では、定常 AR 過程に基づいた

pp. 241-247 )。このように抽出された集団運動

Granger Causality がよく用いられてきた。本研究の動的な挙動の解析に向けて、カーネル法を用いではこれらの研究結果を非線形非平衡な時系列デた主成分解析・独立成分解析・相関解析を応用すータに拡張し、階層的集団運動の時系列データかるとともに、特異値分解に対するランダム行列理ら、階層間相互作用や外界の刺激との因果関係の論 ( H. Kubotani, M. Toda and S. Adachi, Phys.

解析を行う。非平衡現象の時系列データに対する

Rev. A74
74,
74 032314 (2006); H. Kubotani, S. Adachi

統計的因果推論そのものが新しく、その分子動力

SimulationofProteins”,

and M. Toda, Phys. Rev. Lett. 100,
100 240501 (2008), 学データへの応用は意義深い。
S. Adachi, H. Kubotani and M. Toda, Ann.Phys.,

これまでも、物質系科学と情報系科学の境界領

324,
324 2278-2358 (2009), S. Adachi, H. Kubotani域での研究は数多く実施されてきているが、物質

and M. Toda, J. Phys. A, Vol.44(2011), 292002 )系科学に重点を置く場合には、情報系科学としてなどの手法を駆使し、集団運動の動力学を抽出す開発された結果のみを利用することが多く、逆にる「データマイニング」の方法を確立するという情報系科学に重点を置く研究では、物質系科学をのが、我々の研究目的である。そのために共同研

単に実世界での必要性をアピールするために利用究者としてカーネル法の専門家である福水健次をすることが多かった。本研究は、物質系科学にお加え、氏の研究成果であるカーネル法に依拠したける最先端の理論的研究に軸足を置きつつも、数

統計科学的解析（カーネル法入門：正定値カーネ

値時系列データからの情報の抽出という点で、情ルによるデータ解析、朝倉書店,2010）を応用する

報科学においても新たな手法の構築を必要とする

形で、複数の階層に渡る集団運動間の相互作用にものになっている。実際の大規模生体分子の分子

対して、統計的因果推論を利用した解析を試みる。 動力学計算から得られる時系列データに対して、階層的集団運動の動力学は、閉じた微分方程式

大規模データのデータマイニングや統計的因果推で記述される「決定論」ではなく、集団運動以外

論、不変集合に基づく階層的アルゴリズムの開発の自由度から影響を受ける「ランダム力学系」でを行った例はまだないため、これが本研究の特色あり、時系列データから「ランダム力学系」を構である。これらの学際的な共同研究の成果によっ築するには、揺らぐ系における「因果関係」の推て、新しい計算・解析方法が確立し、その結果と論が必要である。 統計科学では従来、時系列の因して揺らぐ環境の下での生体機能の動的挙動に対果性の解析は、定常性など限定的な状況でなけれして、その理解を深めることが可能となる。

ば困難と思われてきた。しかし近年、福水らはカ
2

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

2. 当拠点公募型共同研究として実施した意義

ターンとダイナミクス
14:45-15:45 戸田 幹人(奈良女子大)：(1) 共同研究を実施した大学名と研究体制

生体分子の時系列解析

大学名：九州大学

16:00-17:00 島 伸一郎(兵庫県立大)：研究体制：
戸田幹人・奈良女子大学准教授

超水滴法による洋上の浅い積雲の観測再現計算

藤崎弘士・日本医科大学講師

12 月 7 日 13:30-14:30 藤崎 弘士(日本医科大)：菊地浩人・日本医科大学准教授

Weinan E の Principles of Multiscale Modeling

福水健次・統計数理研究所教授の紹介とパスサンプリング
14:45-15:45 福水 健次(統数研)：

高見利也・九州大学准教授

カーネル法による非線形データ解析(2) 共同研究分野

16:00-17:00 伊藤 篤史(核融合研):

超大規模数値計算系応用分野、および、

アフィン結合法による分子動力学シミュレーシ

大規模データ処理系応用分野

ョン(3) 当公募型共同研究ならではという事項など
比較的安価にスーパーコンピュータが利用で============================================

きること。シンポジウムなどで、他の分野の3. 研究成果の詳細と当初計画の達成状況

研究者と交流が出来ること。

(1) 研究成果の詳細について

なお、共同研究の現時点での成果をまとめるも(１－１)
１－１) 対象とする生体分子のとして、生体分子の動的挙動に対する、分子動

本年度に主要な解析対象としたタンパク質は、力学からのアプローチと非線形動力学からのアイ

シニョリン（10 残基）、ミオグロビン 1YMB（153

デアを集めた一連の総説を、化学物理の分野にお残基）、アデニレートキナーゼＡＫ（214 残基）、

ける総説誌としての評価が高い Advances in

核酸分解酵素ＳＮase（149 残基）である。

Chemical Physics から出版した (Adv. Chem.

シニョリンは、日本の産総研において、理論設

Phys. Vol.145,”Advancing Theory for

計に基き合成された初の人工タンパク質として知Kinetics and Dynamics of Complex,

られている。残基数は小さいが、そのために構造

Many-Dimensional Systems: Clusters and転移を含む長時間のシミュレーションが可能であProteins”, ed. T. Komatsuzaki, R.S. Berry,

る。現時点の分子動力学データの時系列の長さはD.M.Leitner, S.A.Rice and A.R.Dinner )。

１マイクロ秒、時系列データの個数は５万個であ

また下記のような研究交流・勉強会を、１２月る。カーネル法では時系列データの個数がボトル

６日７日に九州大学情報基盤研究開発センターでネックとなるため、カーネル法の応用における試行った。この会では、生体分子に限らずに、階層金石となるデータと考えられる。

的な動力学を持つ様々な系（気象・プラズマ・ソ

シニョリン以外のタンパク質における時系列デ

フトマター）の理論・実験研究者を迎えて、マルータの長さは数１０ナノ秒から１００ナノ秒、時チスケールシミュレーションの方法論、大規模

系列データの個数は約１万個である。このうちでデータ解析の手法、理論研究と実験研究の相互関

ミオグロビンは酸素を貯蔵するタンパク質である。

係に関して、突っ込んだ議論を交した。

分子動力学データでは、この分子機能と関連する============================================と考えられる挙動が見られており、生体分子の機「非線形＆マルチスケール勉強会」

能と運動の関連を調べる上で絶好のデータと言えプログラム（敬称略）:

る。核酸分解酵素 SNase は片岡（奈良先端）らが12 月 6 日 13:30-14:30 下川 倫子(千葉大)：レイ

実験面で精力的に研究しており、タンパク質の構

リーテーラー不安定性条件下で形成される表面パ造の一部が動的に変動する「天然変性タンパク質」
3学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月との関連でも重要である。実際、タンパク質の構ているのかである。それを定量的に表す指標を定造を集めるデータベース protein data bank では、

義し、その有効性を検討した。

ＳＮase に関して複数の２次構造が記載され、ま（１－３）１－３）シミュレーションデータの削減
３）シミュレーションデータの削減

た、Ｃ末端とＮ末端の構造は未決定である。これ大規模並列計算では、外部記憶装置に書き出さはこのタンパク質の構造が特定しにくく、動的でれるデータの量が膨大になり、計算機の数値演算あることを示唆する。アデニレートキナーゼＡＫ

性能よりデータハンドリングにかかるコストの方は、本研究グループのメンバーである藤崎らによが問題となっている。そこで、次の観点からデーって、Onsager-Machlup 変分関数に基くパスサン

タ削減の可能性を検証した。一つ目はシミュレー

プリングの手法が開発され、長時間のシミュレー

ションの可逆性・再現性を利用した、データの間ションが可能になりつつある（ H. Fujisaki, M.

欠保存についてである。これは、一般に決定論的Shiga

な時系列計算に対して適用可能な方法で、必要に

and

A.

Kidera,Onsager–Machlup

action-based path sampling and its combination

応じてデータを復元する仕組みを導入することで、

with

and

保存データ量を 1,000 分の一から 10,000 分の一に

multiple pathways, J. Chem. Phys., Vol. 132,まで削減することが出来るようになる。二つ目は、134101, 2010 )。

時系列計算の後でデータの解析を実施するような(１－２)１－２) 時系列解析の展開

場合に、ヘテロジニアスな計算タスクを配置し、replicaexchangefordiffusive

ここでは以上のタンパク質に対する解析のうち

適切に制御することでデータ削減を実施する方法

で、特に核酸分解酵素 SNase に対して集団運動のである。これにより、大量の一次時系列データを

変動を解析した研究を述べる。

外部記憶に保存しなくても良いような、連成・連携計算を構成し、その効果を検証した。

解析の流れ（wavelet and SVD )（１－４）時間方向マルチスケール手法の検討（１－４）時間方向マルチスケール手法の検討

Time = ti

Data of each
degreeFrequency

Space
Coordinates

Low pass

Wavelettransform

Time
Left Singular
vectors

Sp
Sp
Sp
Sp
ect
Sp
ect
Sp
Spectrum
SpectrumectSpSpectrum
SpectrumectSpectrumru
Spectrum
ectru
Spectrumect
SpectrumectSpectrumru
Spectrum
Spectrumru
Spectrum
SpectrummruSpectrum
SpectrummruSpectrum
m
ru
m
m
m
m

時系列計算は、直前の結果への依存関係のために、並列計算を実施することが出来ないと考えられているが、条件によっては必ずしもそうではな

Space
CoordinatesTimeく、計算科学の広範囲に適用可能な時間方向並列

Singular Value
Decomposition
Singular Values化手法が存在する(Parareal-in-Time 法)。このアルゴリズムを依存関係のある線形計算に適用する

Right
Singularvectors

ことで定量的な検証を実施した。今後は、計算科学の種々の問題に対して、時間方向のマルチスケール手法としての適用可能性、及び、ダイナミク

図 1：ウエーブレット変換と特異値分解をスの階層性との関連を調べる。

用いた解析の流れ(2) 当初計画の達成状況について
当初計画の達成状況について図１に示すのはウエーブレット変換と特異値分解を用いた解析の流れである。特異値分解は情報（２－１）安定構造近傍の振動運動と構造変化を（２－１）安定構造近傍の振動運動と構造変化を縮約に良く用いられる方法であり、ここでも自由伴う挙動の特徴抽出

度の縮約に利用している。本研究では時々刻々とシニョリンの時系列データでは、分子サイズが変動する線形空間に縮約しているが、時系列全体小さいために、得られた時系列データの中で構造で見たときに、縮約された線形空間自体がどの程変化が頻繁に生じている。この時系列データで興度に時間的に変動しているのかが重要である。言味があるのは、それぞれの安定構造の近傍の振動

い換えれば、集団運動の生起している空間自体は成分に構造に依存した個性があるのか、また、構ある程度固定されているのか、その自体が変動し造転移のトリガーとなるような特徴的な振動運動
4学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月があるのかである。現在、ウエーブレット変換でトレンドを含む時系列では離散ウエーブレット変得られる振動成分の変動と、構造変化との対応を換を用いることを考えている。第二の点に関して解析しており、その解析の中でこれらの問題を明は、藤崎らが開拓したパスサンプリングを用いる

らかにしていく。

ことが考えられる。もう一つの方法として、「穴」

シニョリンを対象とする利点がもう一つある。

部分の大きな揺らぎに注目することである。大きそれは、側鎖の時系列データを含めた解析が可能な揺らぎを含めることで事象の回数を増やし、解となることである。シニョリン以外のタンパク質

析をすることが考えられる。

では、側鎖を含めると自由度の数が大きくなりす

4. 今後の展望

ぎるため、現時点では側鎖を含めた動的な解析は（１）ウエーブレット変換の選択とカーネル法

困難である。シニョリンを対象として、特に構造前述したウエーブレットの選択の問題は、カー変化に際して、側鎖の運動がどのような役割を果

ネル法との関連でも重要となると予想される。連たしているのか、この解析を進行中である。

続ウエーブレットは過剰系であるために、事象の（２－２）トレンド成分としての機能
２－２）トレンド成分としての機能独立性を検出するには問題があるが、離散ウエー

ミオグロビン 1YMB の分子動力学データでは、タ

ブレット変換は直交系であるために、カーネル法

ンパク質の構造において、「穴」が開閉しているらを用いた独立性の解析に都合が良いと考えられる。

しいことが分かってきている。この「穴」の開閉

他方で連続ウエーブレット変換は、過剰系である

は、ミオグロビンの分子機能、即ち、酸素とミオことを生かして、スパースコーディングを導入す

グロビンの結合にとって重要であろうことは容易ることが考えられる。この場合、振動成分以外に、に想像できる。

トレンドを記述する関数系をも含めれば、前述しここでの課題は、「穴」の開閉に際してトリガーた問題を回避できる可能性がある。これは今後のとなる挙動は何かである。この問題を考えるに際課題である。

して、時系列データの解析手法上において、下記（２）カーネル選択問題の二つの課題が浮上してくる。それは、得られた

カーネル法は一般的な方法として強力な枠組み

時系列データの中で「穴」の開閉が 1 度だけの事を提供するが、具体的な問題に関してカーネル関象であることと関係する。課題の第一は、「穴」の数や、カーネルを特徴づけるパラメータをどう選

開閉が振動現象ではなく、むしろトレンド成分でぶかが大きな課題となる。近年、半正定値行列計あること、第二は、事象の回数が少ないために、画法によってカーネルを最適化する方法が提案さ

統計的な解析ができないことである。

れており、その応用を考えている。この場合も、カーネルを最適化するためのコスト関数の設定が第一の課題に関しては次のように対処することを考えている。それはウエーブレットの選択と関課題となり、個々の問題に対して検討する。

連する。これまでの研究では連続ウエーブレット

5. 研究成果リスト

を用いて解析してきた。これは、フーリエ変換と(1) 学術論文（投稿中のものは「投稿中」と明記
学術論文（投稿中のものは「投稿中」と明記）
論文（投稿中のものは「投稿中」と明記）の対応があるために直感的理解が容易であること

1. Measuring dynamical randomness of quantumと、時間と周波数に関して冗長な変換であるため

chaos by statistics of Schmidt eigenvalues,に、周波数成分の時間変動を詳細に追跡できる利H. Kubotani, S.Adachi, and M.Toda, submitted.

点があることであある。しかし連続ウエーブレッ

2. Mechanisms for the breakdown of a normallyト変換には欠点もあり、その一つはトレンド成分

hyperbolic invariant manifold, H.Teramoto,の抽出ができないことである。これに対して離散

M.Toda and T.Komatsuzaki, submitted.

ウエーブレット変換では、トレンドと振動の系統

3. Nanosecond simulations of the dynamics of的な分離ができることが分かってきた。従って、

C60 excited by intense near-IR laser pulses:
5

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

Impulsive Raman excitation, rearrangement, and11. Ergodic Problems for Real Complex Systems

fragmentation, J.Chem.Phys.,136,164304 (2012)

in Chemical Physics, T. Komatsuzaki, A. Baba,

12 pages, N.Niitsu, M.Kikuchi, H.Ikeda, K.

S. Kawai, M. Toda, J. E. Straub, and R. S. Berry,Yamazaki, M. Kanno, H.Kono, K.Mitsuke, M.Toda,

Adv. Chem. Phys., Vol. 145 (2011), pp.171-220 .

and K. Nakai.

12. Non-Markovian Theory of Vibrational Energy

4. Different inhibitory potency of febuxostat

Relaxation and its Application to

towards

xanthine

Biomolecular Systems, H. Fujisaki, Y. Zhang andmolecular

J. E. Straub, Adv. Chem. Phys., Vol. 145(2011),

mammalianoxidoreductases:andbacterialinsightfromdynamics, H. Kikuchi, H. Fujisaki, T. Furuta,

pp.1-33.

K. Okamoto, S. Leimukuhler, and T. Nishino,

13. Protein Functional Motions: Basic Concepts

Scientific Reports,Vol.2,(2012)331(8 pages).

and Computational Methodologies, S. Fuchigami,

5. M. Shiga and H. Fujisaki, A quantum

Y.Matsunaga,H.Fujisaki and A. Kidera, Adv.

generalization

reaction

Chem. Phys., Vol. 145, (2011), pp.35-82.

centroid

14. Y. Matsunaga, H. Fujisaki, T. Terada, T.

coordinate

of

using

intrinsic

path

integralcoordinates, J. Chem. Phys. 136, 184103 (2012)

Furuta, K. Moritsugu, A. Kidera,

11 pages.

"Minimum free energy path of ligand-induced

6. Analysis of motion features for moleculartransition in adenylate kinase", submitted.

dynamics simulation of proteins, M. Kamada, M.

15. 藤崎弘士、古田忠臣、岡本研、菊地浩人、理Toda, M. Sekijima, M. Takada and K. Joe, Chem.

論生物物理と生化学を組み合わせた薬効研究―キPhys. Lett., Vol. 502 (2011), pp.241-247.

サンチン酸化還元酵素と阻害剤フェブキソスタッ

7.

A

dynamical

switchingofareactionトの結合機序―, 日本医科大学紀要, 投稿中.

coordinate to carry the system through to

16. 高見利也, 藤崎弘士, 複雑量子系の最適制御

a different product state at high energies,

理論、日本医科大学紀要, 第 41 号, 1-24(2012)

H. Teramoto, M. Toda and T. Komatsuzaki,

17. 藤崎弘士, “生体分子のおけるパスサーチおPhysical Review Letters, Vol.106(2011) 054101.

よびパスサンプリングについて”,

8. Asymptotic analysis of singular values of

日本医科大学紀要, 第 40 号, 83-98 (2011).

rectangular complex matrices in the Laguerre

18. 藤崎弘士, “生体分子における振動状態の量and fixed-trace ensembles, S. Adachi, H.

子ダイナミクスについて”, 国士舘大学情報科学

Kubotani and M. Toda, Journal of Physics A,

センター紀要, 第 32 号, 62-67 (2011).

Vol.44(2011), 292002 ( 8 pages ).

19.

9.

Non-Brownian

Phase

Space

DynamicsofB.

Sriperumbudur,

K.

Fukumizu,

G.

Lanckriet , Learning in Hilbert vs. Banach

Molecules, the Nature of their Vibrational

Spaces: A Measure Embedding Viewpoint,

States, and non-RRKM Kinetics, D. M. Leitner,

Advances in Neural Information Processing

Y.

Systems 25 (NIPS2011) to appear.

Matsunaga,

A.Shojiguchi,

C-B.

Li,

T.

Komatsuzaki, and M. Toda, Adv. Chem. Phys., Vol.

20.

145(2011), pp.83-122 .

Kernel10.

Dynamical

Reaction

Theorybasedon

K. Fukumizu, L. Song, A. Gretton (2011)
Bayes'

Rule,

Advancesin

NeuralInformation Processing Systems 25 (NIPS2011)

Geometric Structures in Phase Space, S. Kawai,

to appear.

H. Teramoto, C-B. Li, T. Komatsuzaki and M. Toda,

21. Bharath K. Sriperumbudur, Kenji Fukumizu,

Adv. Chem. Phys., Vol. 145(2011), pp.123-169.

Gert
6

R.G.

LanckrietWatanabe(2011)

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

Universality, Characteristic Kernels and RKHS

Information Geometry, March 6-10, 2012, Nara,

Embedding of Measures, Journal of MachineJapan, Invited talk.

Learning Research, 12 2389−2410.

4. H. Fujisaki, M. Shiga, and A. Kidera,

22. 押川雄大, 小林泰三, 森江善之, 高見利也,

A multiscale approach for path sampling:

青柳睦, 「連成・連携計算によるデータ量削減のApplication to peptides , 56th Annual Meeting of

評価」情報処理学会研究報告 2011-HPC-132(4),Biophysical

1-8, 2011.11

2012.2.26.

23. 高見利也, 西田晃, 「時間方向並列化の線形

5. H. Kikuchi, H. Fujisaki, T. Furuta, K.

計算への適用可能性」情報処理学会研究報告

Okamoto,2011-HPC-131(6), 1-8, 2011.10"Structure-based

inhibitor

mechanism

24. 押川雄大, 小林泰三, 森江善之, 高見利也,

febuxostat

forxanthineoxidoreductase:

青柳睦,「ヘテロジニアスな並列計算環境を応用し

molecular

dynamics

た連成・連係計算の提案」情報処理学会研究報告

Congress of the World Association of heoretical

2011-HPC-130(20), 1-7, 2011.07

and

25. 高見利也, 戸田幹人, 福水健次, 「一次デー

Compostela, July 2011.

タを保存しない大規模科学計算の可能性」情報処

6. H. Fujisaki, Quantum dynamics in complex

理学会研究報告 2011-HPC-129(3), 1-8, 2011.03

systems: Biomolecules, random matrix, and(2) 国際会議プロシーディングス

quantum chaotic systems, Quantum Efficiency

1. Time series analysis of molecular dynamics

seminarSociety,S.

San

Diego,

Leimkuhler,

study",

Computational(FreiburgT.

9thChemists,

InstitutethUSA,

Nishino,Triennial

Santiago

for

of

de

Advanced

July 2011.

simulation using wavelet, PROCEEDINGS OF THE

Studies (FRIAS)), 5

8th International Summer School/Conference

7. Toshiya Takami, Michiko Shimokawa, Hiroshi

LET'S FACE CHAOS THROUGH NONLINEAR DYNAMICS,

Fujisaki, and Taizo Kobayashi,"Coffee Patterns

Mikito Toda, to be published.

Generated by Slow Dynamics", Dynamics Days

(3) 国際会議発表

Europe 2011, 2011.09.15, poster presentation.

1. M. Toda, Time series analysis using wavelet

8. Toshiya Takami and Akira Nishida, "Parareal

for molecular dynamics simulation of proteins,

Acceleration

8th International Summer School/Conference

ParCo2011, 2011.09.01, oral presentation.

LET'S FACE CHAOS THROUGH NONLINEAR DYNAMICS,(4) 国内会議発表

Maribor, Slovenia, 2011/July/09, Invited talk.

1. 戸田幹人，高見利也，福水健次，菊地浩人，藤2. K. Fuji and M. Toda, Time series analysis of

崎弘士, 生体分子の分子動力学時系列データに対

molecular dynamics simulation : Collective

する統計解析 2, 24pAA-5, 日本物理学会年会,

behavior and configuration changes, 8th2012.3.24.

International Summer School/Conference

2. 寺本央，戸田幹人，小松崎民樹, 局所スペクト

LET'S FACE CHAOS THROUGH NONLINEAR DYNAMICS,

ルを用いた大自由度力学系の解析, 24pAE-15, 日

Maribor, Slovenia, 2011 June 26th – July 10th,

本物理学会年会, 2012.3.24.

poster presentation.

3. 高見利也，藤崎弘士, カオス系の最適制御問題

3. M. Toda,“Fractional behavior in chemical

における量子古典対応 2, 24pAG-3, 日本物理学会

reaction processes involving complex systems”,

年会, 2012.3.24.

International

4. 藤崎弘士，菊地浩人，戸田幹人，高見利也, 分Statistics,

Workshop
Generalized

on Anomalous
Entropies,

and

of

MatrixMultiplication",

子 階 層 モ デ ル を 使 っ た 量 子 ダ イ ナ ミ ク ス II,
7

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

26pAH-7, 日本物理学会年会, 2012.3.26.

多様体崩壊の量子力学的兆候」2011.9.22 日本物

5. 志賀基之，藤崎弘士, 量子統計に従ったプロト

理学会 秋季大会、領域 11, 22pGS-13..

ン移動反応の経路探索, 26pAH-10, 日本物理学会

15. 甲谷里奈，郡宏，佐藤譲，島伸一郎，戸田幹年会, 2012.3.26.

人, 「大域結合位相振動子系における遷移現象に

6. 藤崎弘士, 生体分子におけるパスサーチ・パス

ついて」2011.9.22 日本物理学会 秋季大会、領域

サ ン プ リ ン グ , 27pBJ-6, 日 本 物 理 学 会 年 会 ,112012.3.27.

16. 戸田幹人，高見利也，福水健次，菊地浩人，

7. 冨士香奈，関嶋政和，藤崎弘士，戸田幹人, 生

藤崎弘士「生体分子の分子動力学時系列データに体分子の分子動力学に対する時系列解析－集団運

対する統計解析」2011.9.23 日本物理学会 秋季大動の揺らぎと構造変化の関係を探る－, 24pAA-6,

会、領域 12 講演番号: 23aGN-5.

日本物理学会年会, 2012.3.24.

17. 高見利也，下川倫子，藤崎弘士，小林泰三「遅8. 甲谷里奈，郡宏，佐藤譲，島伸一郎，戸田幹人,

いダイナミクスにより生成される表面パターン」

大 域 結 合 振 動 子 系 に お け る 遷 移 現 象 II,

2011.9.22 日本物理学会 秋季大会、領域 11 講演

25pPSA-32, 日本物理学会年会, 2012.3.25, ポス

番号: 22pPSB-73 (ポスター).

ター.

18. 高見利也，藤崎弘士、「カオス系の最適制御問

9. 藤 崎 弘 士 , Path sampling based on path

題における量子古典対応」2011.9.23 日本物理学

integral:and会 秋季大会、領域 11 講演番号: 24aGT-4(口頭).

Onsager-Machlup action functional approach,

19. 菊地浩人，藤崎弘士，古田忠臣，岡本研，西高次元のサンプリングとデータ解析からみたシミ

野武士、「キサンチン酸化還元酵素に対するフェブュレーション科学, 統計数理研究所、2012.3.7.

キソスタットの阻害作用」2011.9.22 日本物理学

10. K. Fuji, M. Sekijima and M. Toda,

会 秋季大会、領域 12“Time-series analysis of molecular dynamics :スター).

Conformational change and movement of the side

20. 香川浩、藤崎弘士、菊地浩人、志賀基之「ミchain”,2011.9.18 第 49 回日本生物物理学会年

オシン ATPase における加水分解の反応経路:

会

講演番号 3I0912 (英語・口頭).

QM/MM 法による計算」2011.9.22 日本物理学会 秋

11. M. Kamada, M. Toda, M. Hayashida,

季大会、領域 12 講演番号: 24aPS-27 (ポスター).

A. Robertazzi, E. W. Knapp and T. Akutsu,

21. 松永康佑，藤崎弘士，寺田透，木寺詔紀,タン“Exploring feature extraction method for time

パク質構造変化における最小自由エネルギー経路

series data obtained by molecular dynamicsの解析, 第 25 回分子シミュレーション討論会,

simulation”, 2011.9.18 第 49 回日本生物物理学

東京工業大学 大岡山キャンパス, 2011 年 12 月

会年会 講演番号 3I0924 (英語・口頭).

(5) その他（特許，プレス発表，著書等）

12. 富士香奈、関嶋政和、戸田幹人、「分子動力学

1. 戸田幹人「化学反応や生体高分子の構造変化の時系列データ解析－生体分子の複雑な動きとそ

における状態変化の起源を探る」2012.3.27 日本の意味－」2011.9.24 日本物理学会 秋季大会、領物理学会年会,領域 11・12 合同シンポジウム世話

域 12 講演番号: 24aPS-20 (ポスター).

人.

13. 藤崎弘士，菊地浩人，戸田幹人，高見利也、「分

2. 藤崎弘士「 ハイ・パフォーマンス・コンピュ

子階層モデルを使った生体分子の量子ダイナミクーティング(HPC)を使った生体分子のシミュレー

ス」2011.9.21 日本物理学会 秋季大会、領域 12

ション：その現状と課題」2011.9.23 日本物理学

講演番号:21pJF-10.

会 秋季大会、領域 12 シンポジウム世話人.

Quantum

stringmethod14. 寺本央、戸田幹人、小松崎民樹、「法双曲不変8

講演番号: 22pPSB-17 (ポスター).

講演番号: 24aPS-22 (ポ