高松 敦子 (タカマツ アツコ)

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所属

理工学術院 先進理工学部

職名

教授

ホームページ

http://www.f.waseda.jp/atsuko_ta/index.html

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

  • 附属機関・学校   グローバルエデュケーションセンター

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    1997年

    東京工業大学   生命理工学研究科   バイオサイエンス専攻  

学位 【 表示 / 非表示

  • 東京工業大学   博士(理学)

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    日本数理生物学会

  •  
     
     

    日本物理学会

  •  
     
     

    日本生物物理学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理

  • 知能情報学

  • 生物物理学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 非線形

  • 集団

  • シアノバクテリア

  • 複雑系の生命科学

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論文 【 表示 / 非表示

  • Effects of cell death-induced proliferation on a cell competition system

    Seiya Nishikawa, Atsuko Takamatsu

    Mathematical Biosciences   316   108241  2019年10月  [査読有り]

    DOI

  • Asymmetry in cilia configuration induces hydrodynamic phase locking

    Keiji Okumura, Seiya Nishikawa, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa, Atsuko Takamatsu

    Physical Review E   97 ( 3 ) 032411  2018年03月  [査読有り]

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    To gain insight into the nature of biological synchronization at the microscopic scale, we here investigate the hydrodynamic synchronization between conically rotating objects termed nodal cilia. A mechanical model of three rotating cilia is proposed with consideration of variation in their shapes and geometrical arrangement. We conduct numerical estimations of both near-field and far-field hydrodynamic interactions, and we apply a conventional averaging method for weakly coupled oscillators. In the nonidentical case, the three cilia showed stable locked-phase differences around ±π/2. However, such phase locking also occurred with three identical cilia when allocated in a triangle except for the equilateral triangle. The effects of inhomogeneity in cilia shapes and geometrical arrangement on such asymmetric interaction is discussed to understand the role of biological variation in synchronization via hydrodynamic interactions.

    DOI PubMed

  • Energy-saving with low dimensional network in Physarum plasmodium

    Atsuko Takamatsu, Takuma Gomi, Tatsuya Endo, Tomo Hirai, Takato Sasaki

    JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS   50 ( 15 ) 154993  2017年04月  [査読有り]  [招待有り]

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    An adaptation process in the transportation network of Physarum plasmodium was investigated by measuring oxygen consumption during network formation. Simultaneously, the fractal dimension as a measure of network structure was estimated. Oxygen consumption decreased during the development of the network, whereas the network structure changed from a thin mesh-type to a thick dendritic type. Our data suggested that the morphology of the plasmodial network governed energy consumption; a low dimensional network in the sense of the fractal dimension reduced energy consumption. These data were supported by experimental results excluding biological reasons, such as differences in starvation/nutrientfullness states, and aspects of mitochondrial distribution. Model analysis using the Physarum algorithm with volume conservation constraints confirmed the above findings.

    DOI

  • Body-to-body and body-to-environment interaction emerging dynamical behavior in cell group of motile cyanobacteria.

    Atsuko Takamatsu

    2017 56TH ANNUAL CONFERENCE OF THE SOCIETY OF INSTRUMENT AND CONTROL ENGINEERS OF JAPAN (SICE)     1 - 2  2017年  [査読有り]

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    Dynamical colony pattern formation in motile cyanobacteria Pseudanabaena sp. was investigated. Collectives of the bodies are self-organized and form various motile colony patterns on agar plates. The coexistence of collective movements of four types was observed: translationally moving single strands, bundles, comet-like colonies, and a rotating disk. Additionally, the colony patterns switch to others. Existence of body-to-body and body-to-environment interactions were supposed through experimental observations and the analyses. Investigation by a self-propelled particle model revealed that both interactions are necessary for the diversity of colony morphologies and internal and/or external perturbations can trigger the switching phenomena among the colonies.

    DOI

  • Mathematical model for cell competition: Predator-prey interactions at the interface between two groups of cells in monolayer tissue

    Seiya Nishikawa, Atsuko Takamatsu, Shizue Ohsawa, Tatsushi Igaki

    JOURNAL OF THEORETICAL BIOLOGY   404   40 - 50  2016年09月  [査読有り]

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    The phenomenon of 'cell competition' has been implicated in the normal development and maintenance of organs, such as in the regulation of organ size and suppression of neoplastic development. In cell competition, one group of cells competes with another group through an interaction at their interface. Which cell group "wins" is governed by a certain relative fitness within the cells. However, this idea of cellular fitness has not been clearly defined. We construct two types of mathematical models to describe this phenomenon of cell competition by considering the interaction at the interface as a predator-prey type interaction in a monolayer tissue such as epithelium. Both of these models can reproduce several typical experimental observations involving systems of mutant cells (losers) and normal cells (winners). By analyzing one of the model and defining an index for the degree of fitness in groups of cells, we show that the fate of each group mainly depends on the relative carrying capacities of certain resources and the strength of the predator-prey interaction at the interface. This contradicts the classical hypothesis in which the relative proliferation rate determines the winner. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI PubMed

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 対称性の破れとパターン形成の数理 The symmetry perspective

    マーチン・ゴルビツキー, イアン・スチュワート 著, 田中玲子, 山田裕康, 高松敦子, 中垣俊之

    丸善  2003年

  • Construction of a living coupled oscillator system of plasmodial slime mold by a microfabricated structure Chap. 1.2 in Sensors Update

    Takamatsu, A, Fujii, T

    Wiley-VCH, Weinheim  2002年

Misc 【 表示 / 非表示

  • 数理の立場から細胞競合を眺める : 自己駆動粒子を用いた細胞競合のモデルとシミュレーション (特集 細胞の社会学 : 細胞間で繰り広げられる協調と競争) -- (細胞の競争と協調の数理モデル)

    西川 星也, 高松 敦子

    生体の科学   67 ( 2 ) 155 - 158  2016年03月

    CiNii

  • 非対称配置による同質な3繊毛モデルでの位相同期

    奥村 圭司, 西川 星也, 大森 俊宏, 石川 拓司, 高松 敦子

    日本物理学会講演概要集   71 ( 0 ) 2782 - 2782  2016年

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    <p>マウス胚のノード繊毛は時計回りの回転運動をする。少数繊毛系等でこの回転運動が位相同期することが観測されている。我々は繊毛間の流体的な相互作用を境界要素法により数値的に求め、振動子モデルとして繊毛間の位相差を位相縮約法により解析した。本発表では同質な繊毛パラメータの場合、2繊毛系では位相同期が起こらない一方、3繊毛系では繊毛の空間的な配置の非対称性により位相同期が起こることを報告する。</p>

    CiNii

  • 22pBL-8 流体的相互作用する繊毛回転運動のモデル化と同期解析

    奥村 圭司, 西川 星也, 大森 俊宏, 石川 拓司, 高松 敦子

    日本物理学会講演概要集   70 ( 0 )  2015年

    CiNii

  • 16pCX-1 2繊毛モデルにおける同期のパラメータ依存性

    奥村 圭司, 西川 星也, 大森 俊宏, 石川 拓司, 高松 敦子

    日本物理学会講演概要集   70 ( 0 )  2015年

    CiNii

  • 粘菌アルゴリズムを用いた首都圏鉄道網の輸送量最適化

    渡邊晋, 手老篤史, 高松敦子, 中垣俊之

    日本数理生物学会大会講演要旨集   20th   55  2010年

    J-GLOBAL

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 運動性シアノバクテリア集団の細胞間相互作用と動的パターン形成

    新学術領域研究(研究領域提案型)

  • 生きた結合振動子システムによる生物の非線形振動子集団のダイナミクスの研究

    奨励研究(A)

  • 生物型結合振動子系に見られる複数アトラクター間の制御

    基盤研究(C)

  • 真正粘菌のネットワーク幾何と生物としての機能発現

    特定領域研究

  • 真正粘菌変形体の環境依存の動的ネットワーク形成による適応行動と機能創発

    特定領域研究

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 真正粘菌変形体輸送管ネットワークのスケール則

    2020年  

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    真正粘菌変形体は、多核の巨大単細胞生物であり、その巨大な細胞体を維持するために、輸送管ネットワークを形成しタンパク質、栄養分、酸素などを身体中に運搬する。申請者のこれまでの研究で、様々なサイズの粘菌について通常環境で酸素消費量を計測した結果、大きいサイズの領域では、ほぼ(酸素消費量)∝(サイズ)^αのスケール則に従う(α<1)ことを見出している。ところが、小さいサイズの粘菌では、この法則には従わない。そこで本研究では、Westらの理論を応用し、粘菌がゾル部分とゲル部分で構成されることに着目し、不連続なスケール則が実現できることを確かめた。

  • 真正粘菌変形体細胞形状のスケール則

    2019年  

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    真正粘菌変形体は、多核の巨大単細胞生物であり、その巨大な細胞体を維持するために、輸送管ネットワークを形成しタンパク質、栄養分、酸素などを身体中に運搬する。申請者のこれまでの研究で、様々なサイズの粘菌について通常環境で酸素消費量を計測した結果、大きいサイズの領域では、ほぼ(酸素消費量)∝(サイズ)^αのスケール則に従う(α<1)ことを見出している。ところが、小さいサイズの粘菌では、この法則には従わない。そこで本研究では、スケール則から外れる臨界点前の粘菌形状を調べた。その結果、粘菌のサイズに応じてネットワークの分岐の深さが大きく異なることがわかった。さらに、Westらの理論を応用し、スケール則転移が階層性の深さだけで説明できるか検討した。

  • 脊椎動物における体節パターン形成の数理モデル構築

    2005年  

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    マウス、ニワトリ、ゼブラフィッシュなどの脊椎動物の発生過程における体節形成には、胚の前後軸に沿って配列した未分節中胚葉(Presomitic mesodoerm; PMS)と呼ばれる細胞群で30~90分周期で発現する時計遺伝子群が大きく係わっていることが近年明らかにされてきた。これら細胞群の尾部側では全体が同期した周期的振動が見られるが、頭部に向かってこの振動の波が伝搬していく領域があり、やがでこの波は先端で静止し定在波となり、その部分で分節がおこり体節が順次形成されていく。 この特定課題では、尾部で発生した時計遺伝子群の時間的振動がどのようにして体節という空間周期構造を形成するのかについて数理的考察を行うことが研究目的であった。 反応拡散モデルという系では、パラメータに依存して、振動場、伝搬場、定在波場が形成されることが知られている。一方、ゼブラフィッシュでは尾部から頭部に向かってFGF(繊維芽細胞成長因子)活性が勾配を形成していることが知られているので、この事実に基づき反応拡散モデルにおいてパラメータの空間的勾配を設定した。その結果、ゼブラフィッシュやニワトリ胚に見られるような時計遺伝子群発現の時空間パターンを再現することに成功した。 次の段階として、時計遺伝子の周期的発現について構築された分子反応に基づいたモデルにNotch-Deltaによる細胞間相互作用を導入することで、結合振動子系としてのモデルを構築し解析を行っている。

  • 生物振動子系における時空間パターンの遷移現象の解析

    2004年  

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    生物系はそのまま観察したのでは複雑である。近年の複雑系の科学または数理生物学の発達により、複雑な振る舞いをする生物系についても数理的な考察が可能となってきた。生物系の数理的な扱い方には、大きく2つの流れがある。1つは、系や現象に特化したリアルな数理モデルを用いる方法であり、もう1つは、汎用的でシンプルな数理モデルを用いる方法である。後者は、生命現象について一般的な理解を深めるには重要な手法であるが、単純すぎるが故に、実験系における結果との比較が困難であった。そこで、逆に、生きたままの生物系を単純な要素にいったん分解し、システムとして人工的に再構築した上で、システマティックな観察を行える系を構築すれば、シンプルな数理モデルによる解析結果でも、直接的な比較が可能となる。研究代表者はこれまで、真正粘菌変形体という生きた細胞の形を、マイクロ加工技術を用いて制御し、細胞の要素間の相互作用などのパラメータを系統的に制御できる実験系を構築してきた。真正粘菌は振動性の細胞であり、細胞の部分と部分をつなぐチューブ構造のサイズを制御することにより相互作用を制御できる。その条件下で、振動の時空間パターンの観察・解析をおこなってきた。その結果、相互作用強度(パラメータ)に従い、結合振動子系と呼ばれるシンプルなモデルから予想される時空間パターンを得た。しかし、(1)1つの固定されたパラメータに対し複数の時空間パターンを得られること、(2)それらの複数の時空間パターン間を自発的に遷移するという、シンプルなモデルだけでは記述できない現象が見いだされた。この研究では、その結果をさらに発展させ、各相互作用強度毎に現れる振動パターンとその頻度、遷移規則を詳細に調べた。その結果、出現パターンの出現頻度には相互作用強度依存性があり、それに伴いパターン間の遷移確率も変化することがわかった。このような自発的に状態間を遷移する現象は、カオス的遍歴やヘテロクリニックサイクル、巡回カオスなどによって生じると理論的には予想されている。しかし、この分野の理論的解析は近年始まったばかりであり、体系化されているわけではない。この研究で観察された実験解析結果を新しい数理モデル構築へフィードバックするための検討を引き続き行う予定である。

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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