スタッフ

中垣 俊之教授 (NAKAGAKI Toshiyuki)

研究室
物理エソロジー研究室
研究テーマ
物理エソロジーで読み解く自然知能の基本設計の探求
研究キーワード

繊毛虫、アメーバ、粘菌、原生生物、線虫、ライブセルイメージング、フィールドワーク、進化生態学、バイオメカニクス、ロコモーション、記憶・学習、数理モデル、計算機シミュレーション、非線形動力学、アクティブソフトマター、BZ 反応、パターン形成、スケーリング、代謝反応ネットワーク

研究内容

アメーバからヒトにいたる生命知の基本アルゴリズムの探求／ヒトにやさしい機械インターフェースの設計指針の探索／単細胞生物の行動と情報処理過程の可視化技術の開発／生物行動の多様性と柔軟性を担うダイナミクスの解明／生体システムの用不用適応即から読み解く形状と機能の最適化／バイオレオロジーによる生体運動の力学機構の解明

担当学部・大学院

メッセージ

生き物の賢さは一体どのようにして生み出されるのでしょうか？　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手強い課題です。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ます。生物らしい情報処理の方法を捉えることができれば、人の感性になじみの良いインターフェースをもった機械をつくるというイノベーションにもつながります。私たちは、単細胞生物を主な対象として、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しようとしています。単純な体制を活かして、モノの運動法則から生物行動へと切り込んでいます。いわば生命情報処理の原点への探検です。そのために、理論や実験やフィールド観察を、また生物学や数学や物理学および情報科学を活用します。

代表的な研究業績

中垣俊之,[粘菌　偉大なる単細胞が世界を救う],文春新書(2014-10)1-198,文芸春秋社

中垣俊之 文,斉藤俊行 絵,絵本[かしこい単細胞 粘菌],(2012-11),福音館書店

中垣俊之,[粘菌―その驚くべき知性―]PHPサイエンスワールド新書(2010-4)1-198,PHP研究所

黒田茂,中垣俊之,”生命現象の物理学ー生物行動の運動方程式をめざしてー”[物理学ガイダンス],(2014)189-216,日本評論社

中垣俊之,”生命情報処理の現象数理学ー粘菌の迷路解きー”[現象数理学入門(三村昌泰編)](2013)27-46,東京大学出版会

Takaaki Aoki, Naoya Fujiwara, Mark Fricker, Toshiyuki Nakagaki: “A model for simulating emergent patterns of cities and roads on real-world landscape”, Scientific Reports, 12:10093, pp.1-12 (2022) DOI: 10.1038/s41598-022-13758-1

S. Kuroda, N. Uchida, T. Nakagaki: “Gait switching with phase reversal of locomotory waves in the centipede Scolopocryptos rubiginous”, Bioinspiration & Biomimetics, 17(2), 026005 (2022), doi: 10.1088/1748-3190/ac482d

K. Matsumoto, Y. Nishigami, T. Nakagaki: “Binocular stereomicroscopy for deforming intact amoeba”, Optics Express, 30(2), 2424-2437(2022) DOI: 10.1364/OE.439825

C. Gao, C. Liu, D. Schenz, X. Li, Z. Zhang, M. Jusup, Z. Wang, M. Beekman and T. Nakagaki: “Does being multi-headed make you better at solving problem? A survey of Physarum-based models and computations”, Physics of Life Reviews, Vol. 29, 1-26 (2019) DOI: 10.1016/j.plrev.2018.05.002

Dai Akita, Itsuki Kunita, Mark D. Fricker, Shigeru Kuroda, Katsuhiko Sato and Toshiyuki Nakagaki : “Experimental models for Murray’s law”, J. Phys. D: Appl. Phys., Vol. 50, 024001(11pp) (2017). doi:10.1088/1361-6463/50/2/024001

吉原一詞、中垣俊之:”粘菌の用不用適応能に倣った形状最適化設計法の検討”, 土木学会論文集 A2（応用力学）Vol. 72, No.2 p.l 3-l.11 (2016)

Kunita,I., Yamaguchi,T., Tero,A., Akiyama,M., Kuroda,S., Nakagaki,T., A ciliate memorizes the geometry of a swimming arena, J. R. Soc. Interface 13: 20160155 (2016)

S. Kuroda, I. Kunita,Y. Tanaka, A. Ishiguro, R. Kobayashi, and T. Nakagaki : “Common mechanics of mode switching in locomotion of limbless and legged animals”, Journal of Royal Society Interface, Vol. 11, 20140205 (2014).

A. Tero, S. Takagi, T. Saigusa, K. Ito, D. P. Bebber, M. D. Fricker, K. Yumiki, R. Kobayashi and T. Nakagaki : “Rules for biologically-inspired adaptive network design”, Science, 327 : 439-442 (2010)

T. Saigusa, A. Tero, T. Nakagaki and Y. Kuramoto : “Amoebae anticipate periodic events”, Physical Review Letters, Vol. 100, 018101 (2008)

T. Nakagaki, H. Yamada and A. To’th: “Maze-solving by an amoeboid organism” Nature Vol.407 (2000), 470

北大研究者総覧参照

備考

＜オフィスアワー＞
・訪問受け入れ日時：講義期間中はいつでも
・居室：電子科学研究所 2階 02-106-2
※不在の場合があるため下記メールアドレスへ事前連絡の上来室してください。
nakagaki[at]es.hokudai.ac.jp

所属