MISC - 嶋吉　隆夫

循環動態シミュレーションの強連成計算における予測子を用いた収束速度の向上

長谷川 雄基, 嶋吉 隆夫, 天野 晃, 松田 哲也

電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス   111 ( 121 )   47 - 52   2011年7月

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記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

生命維持に不可欠な生体現象である循環動態についてシミュレーションにより詳細に解析する事は非常に重要である.循環動態は心筋細胞生理,心臓構造力学,血行力学などの相互作用により構成されるため,そのシミュレーションには複数の現象を連成解析するマルチフィジックスシミュレーションが必要となる.精密な連成シミュレーションを行うためには,連成計算手法として強連成法を用いることが望ましいが,強連成法には計算時間が膨大になるという問題点がある.そこで本稿では,循環動態シミュレーションシステムにおける強連成計算の計算速度を向上することを目的とした予測方法を提案する.提案手法では,平滑化スプラインと補外式を用いて予測した近似解を収束計算の初期値として用いることにより,収束までの反復回数を削減する.異なる平滑化パラメーターおよび1次から4次までの補外関数を用いた実験を行い,提案手法により収束計算の反復回数が減少することを確認した.

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心筋組織微小循環シミュレーションを用いた酸素消費分布の評価

赤路 慶朗, 久保田 悠太, 嶋吉 隆夫, 天野 晃, 松田 哲也

電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス   110 ( 294 )   87 - 91   2010年11月

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記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

虚血性心疾患や低酸素症の病態を解明するためには,微小循環における酸素消費量を評価することが重要となる.しかし,微小循環の酸素消費量を正確に計測することは困難であり,精密なモデルを用いた生体機能シミュレーションが有効な手段となる.本研究では,微小循環モデルであるDashモデルに心筋細胞モデルであるKyotoモデルを導入することにより、低酸素状態において微小循環の酸素消費量が計算可能な心筋組織微小循環モデルを提案する.構築したモデルを用いて,低酸素状態における心筋組織毛細血管の動脈側から静脈側にかけての酸素消費分布を求めると,動脈側に比べて静脈側の酸素消費量が減少していることが分かり,特に静脈側で虚血状態に陥っていることが示唆された.

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薬物作用推定を目的とした心筋細胞モデルのパラメタ空間解析

藤井 学, 嶋吉 隆夫, 陸 建銀, 朝倉 圭一, 天野 晃, 松田 哲也

電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス   110 ( 294 )   93 - 97   2010年11月

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記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

新薬開発における副作用の予測には各種イオンチャネルの阻害率を推定することが重要である.一方,心筋細胞モデルを用いることで,実計測した細胞の膜電位波形からイオンチャネル阻害率の推定が期待できる.そこで本研究では,薬物作用推定を目的に,心筋細胞モデルの出力とパラメタとの関係を解析する.各パラメタを軸とする5次元パラメタ空間内での膜電位及び収縮力の変化を解析した.その結果,膜電位や収縮力単独による特定のパラメタの推定は困難であるが,両者を併用することにより推定精度が向上する可能性が示された.

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A method for semantic definition of experimental protocols

Takao Shimayoshi, Akira Amano, Tetsuya Matsuda

Book of Abstracts of 11th International Conference on Systems Biology, p.184, Edingburgh, UK   2010年10月

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記述言語：英語  

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Analysis of membrane potential oscillation mechanism in the novel pancreatic beta cell simulation model

Y. Nakamura, S. Fujimoto, J. -W. Wang, Y. Himeno, C. Cha, T. Shimayoshi, A. Noma, N. Inagaki

DIABETOLOGIA   52   S176 - S177   2009年9月

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記述言語：英語   掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（国際会議）   出版者・発行元：SPRINGER  

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CYBOW MODELLER: USER-INTUITIVE TOOLS FOR CELL MODELLING 査読

Takao Shimayoshi, Akira Amano, Satoshi Matsuoka, Tetsuya Matsuda

JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES   59   262 - 262   2009年

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記述言語：英語   掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（国際会議）   出版者・発行元：SPRINGER TOKYO  

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並列計算機上での Kyoto モデルによる興奮伝播シミュレーション 査読

宋 仁煥, 高橋 康人, 岩下 武史, 金澤 正憲, 嶋吉 隆夫, 天野 晃, 松田 哲也

情報処理学会研究報告. EVA, [システム評価]   26 ( 76 )   9 - 14   2008年8月

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記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

生命科学分野での研究の発展により,生体に関する膨大の知識が蓄積されてきたが,いまだ解明されていない生命現象が多い.このような現象を解明する研究手法としてシミュレーション技術が有効である.特に心臟を構成する心筋細胞において,多数の定量的モデルが構築されるようになってきている.これらの細胞モデルを利用することにより,計算機上で心筋組織に関する細胞レベルの定量的なシミュレーション実験が行われるようになってきた.しかしながら,シミュレーション実験において要素数が増大するにつれ,計算量も増大する問題が生じる.そのため,一定時間内に計算可能な要素数に限界がある.本研究ではMPIによる並列計算を利用し,Kyotoモデルによる興奮伝播シミュレーションに対する計算時間の短縮を行った.また,実心臟の心筋細胞数に近い要素数でモデルを構成した場合,シミュレーションに必要な計算時間を予測した.

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A method for efficient execution of cell physiological simulation using graph theory 査読

Takao Shimayoshi, Akira Amano, Tetsuya Matsuda

6th Asia-Pacific Bioinformatics Conference. Jan 14-17   2008年

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記述言語：英語  

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A Method to Support Cell Physiological Modelling Using Description Language and Ontology 査読

Shimayoshi Takao, Komurasaki Kazuhiro, Amano Akira, Iwashita Takeshi, Matsuda Tetsuya, Kanazawa Masanori

Information and Media Technologies   2 ( 1 )   144 - 153   2007年

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記述言語：英語   出版者・発行元：Information and Media Technologies 編集運営会議  

The development of physiological cell models to support the understanding of biological mechanisms gains increasingly importance. Due to the complexity of biological systems, whole cell models, which are composed of many imported component models of functional elements, get quite complex, making modifications difficult. Here, we propose a method to enhance structural changes of cell models, employing the markup languages of CellML and our original PMSML (Physiological Model Structure Markup Language), in addition to a new ontology for cell physiological modelling, the Cell Model Ontology. In particular, a method to make references from CellML files to the ontology and a method to assist with manipulation of model structures using PMSML together with the Cell Model Ontology are reported. Using these methods two software utilities, an interactive ontology ID assigner, the CellML Ontologizer, and a graphical cell model editor, the Cell Structure Editor, are implemented. Experimental results proved that the proposed method and the implemented software are useful for the modification of physiological models.

DOI： 10.11185/imt.2.144

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細胞モデルの連立常微分方程式に対する可解要件と数値計算手順の解析

嶋吉 隆夫, 天野 晃, 松田 哲也

情報処理学会研究報告. BIO, バイオ情報学   2006 ( 135 )   127 - 133   2006年12月

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記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

細胞機能の理解にとって,細胞の生理機能を表現した細胞モデルに対してシミュレーションにより動態解析することは極めて重要である.細胞モデルは一般に連立常微分方程式として定式化されるが,その構成式に非線形連立方程式を含む場合があり,複雑な細胞モデルのシミュレーションプログラムへの実装は多くの労力を必要とする.そこで本研究では,細胞モデルの陽解法シミュレーションを半自動的に実現することを目的とする.本報告では,グラフ理論を用いた連立方程式の構造解析手法を細胞モデルへ適用することによる,可解性判定を利用した境界条件等の指定,方程式変形によるグラフ変換を用いた数値計算量の削減について述べる.

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A Method to Support Cell Physiological Modelling Using Description Language and Ontology 査読

Shimayoshi Takao, Komurasaki Kazuhiro, Amano Akira, IWASHITA TAKESHI, MATSUDA TETSUYA, KANAZAWA MASANORI

情報処理学会論文誌. SIG   47 ( 17 )   83 - 92   2006年11月

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記述言語：英語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

The development of physiological cell models to support the understanding of biological mechanisms gains increasingly importance. Due to the complexity of biological systems, whole cell models, which are composed of many imported component models of functional elements, get quite complex, making modifications difficult. Here, we propose a method to enhance structural changes of cell models, employing the markup languages of CellML and our original PMSML (Physiological Model Structure Markup Language), in addition to a new ontology for cell physiological modelling, the Cell Model Ontology. In particular, a method to make references from CellML files to the ontology and a method to assist with manipulation of model structures using PMSML together with the Cell Model Ontology are reported. Using these methods two software utilities, an interactive ontology ID assigner, the CellML Ontologizer, and a graphical cell model editor, the Cell Structure Editor, are implemented. Experimental results proved that the proposed method and the implemented software are useful for the modification of physiological models.

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Elucidation of a potential frank-starling mechanism through modeling and simulation

Natalie S. Schneider, Takao Shimayoshi, Akira Amano, Tetsuya Matsuda

Abstract, The 7th International Conference on Systems Biology, p.MV18, Yokohama, Japan   2006年10月

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記述言語：英語  

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DynaBioS.Cell: A new general simulator for cell physiological models to facilitate simulation of experimental protocols

Takao Shiamayoshi, Akira Amano, Tetsuya Matsuda

Abstracts, The 7th International Conference on Systems Biology, p.FI14, Yokohama, Japan   2006年10月

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記述言語：英語  

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A novel cardiac muscle contraction model that includes titin elucidates a potential frank-starling mechanism

N. S. Schneider, T. Shimayoshi, A. Amano, T. Matsuda

International Muscle Energetics Conference, Calgary, Alberta, Canada, International Muscle Energetics Conference   2006年7月

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記述言語：英語  

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細胞生理学モデルの構築支援を目的とした既存要素モデルのオントロジー対応化手法 査読

嶋吉 隆夫, 小紫 和宏, 天野 晃, 岩下 武史, 松田 哲也, 金澤 正憲

情報処理学会研究報告. BIO, バイオ情報学   5 ( 64 )   17 - 22   2006年6月

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記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

生命現象の解明のためには,細胞機能要素のモデルを統合した細胞生理学モデルの構築が重要である.我々が開発している細胞モデル構造編集ツールが持つ編集支援機能を利用するためには,既存モデルをオントロジーに対応づける必要がある.そこで,我々は細胞生理学モデルをオントロジーに対応させる一手法を提案する.本手法では,字句解析およびモデル構造の解析を用いて,モデル中の機能要素および変数のオントロジーエントリへの対応を推定する.提案手法を用いた実験結果は提案手法が有効であることを示している.さらに,オントロジー対応化したモデルと細胞モデル構造編集ツールを用いて実験を行い,効率よく複雑なモデルを構築することが可能であることを示した.

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Pspml: Physiological simulation protocol markup language

Takao Shimayoshi, Akira Amano, Tetsuya Matsuda

The Fourth Asia Pacific Bioinformatics Conference, p.P51, Taipei, Taiwan   2006年2月

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記述言語：英語  

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ICSB, 査読

Takao Shimayoshi, Akira Amano, Tetsuya Matsuda

2006年

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記述言語：英語  

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Including titin in a simple muscle contraction model suitable for a myocardial cell model

N. S. Schneider, T. Shimayoshi, A. Amano, T. Matsuda, A Noma

3rd European Medical and Biological Engineering Conference, Prague, Czech Republic   2005年11月

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細胞生理学シミュレーションのための記述言語系の設計 査読

嶋吉 隆夫, 天野 晃, 松田 哲也

電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス   105 ( 335 )   53 - 56   2005年10月

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記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

細胞生理学モデルの開発において, モデル定義や実験方法などのシミュレーション関連情報をファイルに記載し, それらを用いて細胞生理学シミュレーションを実行する方法は効率的である.細胞生理学モデルの交換を目的とした記述言語は存在するが, 開発段階での利用には向かず, また実験方法の記載能力も不十分である.そこで本研究では, モデル開発段階での使用を前提とした, 細胞生理学シミュレーションに関する情報のための記述言語群を提案する.本記述言語群では, モデル定義, モデル構造, 実験条件が分離して記載され, それぞれに対して記述形式を定義する.これにより, モデルの部分修正を伴ったシミュレーションが容易になるとともに, 様々な実験方法におけるシミュレーション実行が容易になる.

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オントロジーを用いた細胞生理学モデルの構築支援 査読

小紫 和宏, 嶋吉 隆夫, 天野 晃, 岩下 武史, 松田 哲也, 金澤 正憲

電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス   105 ( 335 )   57 - 60   2005年10月

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記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

精密な生体シミュレーションの実現には, 高精度な細胞のモデルを実現することが重要である.細胞モデルの構築及び編集作業には生理学及び情報科学の専門知識が必要であり, また複雑な編集作業が必要になる.本研究では, 細胞モデル編集ツールにおいて, 情報科学の専門知識を有しない生物研究者が細胞モデル構築を行う際に, 作業の効率化に有効な支援機能を検討した.更に, 支援機能を実現するために必要な知識情報について検討を行い, これらの知識情報を表現するために用いる細胞生理学オントロジーを提案する.

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