| 英文名 | Advanced Course of Cellular Physical Chemistry | |
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| 科目概要 | 未来工学研究科（修士課程）生命データサイエンス専攻修士１年～２年前期、専門科目、選択、講義、2単位 |
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| 科目責任者 | 岡 浩太郎 | |
| 担当者 | (※は実務経験のある教員) 岡 浩太郎 | |
| 講義室 | ||
細胞機能を物理化学の観点から理解することを目指し、物理化学の知識をブラッシュアップするとともに、よりアドバンスな内容として、マルコフジャンプ過程、熱揺らぎと拡散現象、分子機械と速度論、情報とその複製、生命現象への情報理論の適用、シグナル伝達、神経活動などについて定量的に扱う方法について講義する。
細胞機能については様々な物理化学的な理論により記載することが進められている。そのような手法の幾つかは統計物理学や計算機科学からのアイディアが含まれており、これらの手法について習熟することは細胞機能を定量的に記載するのに必要である。そのような理論と手法について学ぶ。
パワーポイントを用いて毎回講義を行うとともに、適宜レポートを課すことにより理解を深める。講義内で出された課題について、講義中に解説を行う。質問には授業中やその前後、メール等で随時対応し、重要だと思われるものについては講義内で共有し、解説する。
DP1
| 回 | 項目 | 内容 | 担当者 |
|---|---|---|---|
| 1 | 細胞の構築とその機能 | 細胞機能について復習をするとともに数理的な扱いについていくつか例示し、講義のイントロダクションとする。 | 岡 浩太郎 |
| 2 | 反応速度論の基礎 | 細胞内での化学反応の時系列を追跡する方法としての速度論について理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 3 | 反応速度論の理論的背景 | 反応速度式について、その特徴と解について例示し、併せて酵素反応速度論についても理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 4 | 力学系 | 微分方程式で記載できる力学系について、安定性の解析方法などについて理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 5 | マルコフジャンプ過程 | マルコフジャンプ過程を細胞内現象に適用する方法をマスター方程式の話などを含め理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 6 | 温度、熱と細胞機能 | 細胞での熱産生や温度変化が細胞機能に与える効果について理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 7 | 熱揺らぎと拡散現象① | ブラウン運動、マスター方程式、拡散方程式などについて理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 8 | 熱揺らぎと拡散現象② | ランジュバン方程式を利用して揺らぎを記載する方法を理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 9 | 分子機械の力学 | 微小な環境で分子機械が働くメカニズムを物理的に理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 10 | 情報理論の生命系への適用 | シャノンの情報理論について概要をまとめて紹介するとともに生命現象への適用について理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 11 | 情報の複製 | 細胞内で情報がどのように扱われていて、その複製がどのように行われているのかを物理的に理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 12 | 神経細胞のモデル化 | 神経細胞をモデル化する試みについて、古典的なホジキンーハックスレー型モデルから派生した様々なモデルについて理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 13 | 神経細胞の情報理論 | 神経細胞のスパイク列を情報理論に適用する方法について理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 14 | シグナル伝達 | 細胞におけるシグナル伝達について概要を説明し、情報理論の適用方法について理解する。 | 岡 浩太郎 |
| 15 | まとめと総合討論 | 細胞機能を物理化学の観点から理解する様々な理論と方法をレビューするとともに、今後のアプローチについて議論し、理解を深める。 | 岡 浩太郎 |
細胞の機能について物理化学的に理解し、定量的に議論できるようになる。
8回目終了時までの講義内容の確認のためのレポート（50％）、さらに最終講義までの講義内容に関わるレポート（50％）を課し、総合的に判断する。
【講義時間外に必要な学修時間：60時間】
予習：事前に配布するハンズアウトを利用して次回講義の概要を調べておく。
復習：講義で取り扱った内容を理解し、講義中に指定された文献などを調査する。
▲2026年度未開講
【関連科目：計算論的神経科学、光学計測特論】
| 種別 | 書名 | 著者・編者 | 発行所 |
|---|---|---|---|
| 教科書 | なし | ||
| 参考書 | 情報理論 | 甘利俊一 | ちくま書房 |
| 参考書 | 細胞の物理生物学 | Rob Phillips 他 | 共立出版 |
| 参考書 | 生物物理学 | 鳥谷部祥一 | 日本評論社 |
| 参考書 | 神経コーディング | 森北出版 | 化学同人 |