バイオコンピューティング研究チーム|理化学研究所 生命機能科学研究センター(BDR)

バイオコンピューティング研究チーム

チームリーダー

高橋 恒一Ph.D.

シミュレーション、ロボティクス、脳型人工知能を組み合わせて生命科学研究を加速する

研究内容

生命は高分子、細胞、臓器などあらゆるレベルで我々人類の工学的産物をはるかに凌駕する緻密さを持っています。例えば、ヒトの脳は10MWを消費するスーパーコンピュータに比べおよそ百万倍効率的です。我々は、人工知能やシミュレーションといった情報技術に生命の仕組みに触発された原理を取り入れ新しいパラダイムを生み出すこと、そして、最新の情報技術を科学研究の現場で応用すること、の二つの双対する問題設定を軸に様々な研究に取り組んでいます。 具体的には、①細胞シミュレーション技術の開発。特にゲノム情報からの自動モデル生成や1分子粒度の離散事象シミュレーション技術、またソフトウエア基盤E-Cellの開発。②ロボットと人工知能による実験自動化技術の開発。特にiPS細胞等の培養と分化誘導の自動化や細胞状態の推定と制御。また、③神経科学や細胞内反応ネットワークに触発された新規の情報処理手法の開発。特に全脳アーキテクチャの開発や高性能脳型人工知能基盤ソフトウエアBriCAの開発などに取り組んでいます。 我々の最終的な野望は、これらの技術を総合して、生命科学研究におけるあらゆるプロセスを自動化すること、つまり人工知能駆動型科学の姿を示すことです。

研究テーマ

  • ゲノムスケール細胞シミュレーションソフトウエア基盤
  • AIとロボットによる生命科学実験の自動化
  • 脳型人工知能

主要論文

  • Yamakawa H, Arakawa N, Takahashi K.
    Reinterpreting The Cortical Circuit.
    Pre-proceedings of the IJCAI-17 Workshop on Architectures for Generality & Autonomy (2017)
  • Yachie N, Natsume T, Takahashi K, et al.
    Robotic crowd biology with Maholo LabDroids.
    Nature Biotechnology 35(4). 310-312 (2017) doi: 10.1038/nbt.3758
  • Iwamoto K, Shindo Y, Takahashi K.
    Modeling Cellular Noise Underlying Heterogeneous Cell Responses in the Epidermal Growth Factor Signaling Pathway.
    Plos Computational Biology 12(11). e1005222 (2016) doi: 10.1371/journal.pcbi.1005222
  • Itaya K, Takahashi K, Nakamura M, et al.
    BriCA: A modular software platform for whole brain architecture.
    Neural information processing – 23rd international conference, ICONIP 334-341. (2016)
  • Shindo Y, Iwamoto K, Mouri K, et al.
    Conversion of graded phosphorylation into switch-like nuclear translocation via autoregulatory mechanisms in ERK signalling.
    Nature Communications 7. 10485 (2016) doi: 10.1038/ncomms10485
  • Karr JR, Takahashi K, Funahashi A.
    The principles of whole-cell modeling.
    Current Opinion in Microbiology 27. 18-24 (2015) doi: 10.1016/j.mib.2015.06.004
  • Watabe M, Arjunan SNV, Fukushima S, et al.
    A Computational Framework for Bioimaging Simulation.
    Plos One 10(7). e0130089 (2015) doi: 10.1371/journal.pone.0130089
  • Shimo H, Arjunan SNV, Machiyama H, et al.
    Particle Simulation of Oxidation Induced Band 3 Clustering in Human Erythrocytes.
    Plos Computational Biology 11(6). UNSP e1004 (2015) doi: 10.1371/journal.pcbi.1004210
  • Kaizu K, de Ronde W, Paijmans J, et al.
    The Berg-Purcell Limit Revisited.
    Biophysical Journal 106(4). 976-985 (2014) doi: 10.1016/j.bpj.2013.12.030
  • Hihara S, Pack CG, Kaizu K, et al.
    Local Nucleosome Dynamics Facilitate Chromatin Accessibility in Living Mammalian Cells.
    Cell Reports 2(6). 1645-1656 (2012) doi: 10.1016/j.celrep.2012.11.008
  • Takahashi K, Tanase-Nicola S, ten Wolde PR.
    Spatio-temporal correlations can drastically change the response of a MAPK pathway.
    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107(6). 2473-2478 (2010) doi: 10.1073/pnas.0906885107