生命情報学

科目ナンバリング U-ENG29 49119 LJ66
U-ENG29 49119 LJ13
開講年度・開講期 2022 ・ 前期
単位数 2 単位 授業形態 講義
配当学年 対象学生
使用言語 日本語 曜時限 火4
教員 阿久津 達也 (化学研究所 教授)
熊田 孝恒 (情報学研究科 教授)
授業の概要・目的 この講義では生命情報解析および生命システム理解のための情報技術および数理モデルについて説 明する.特に,DNA配列データ,タンパク質立体構造,生体内ネットワーク,神経回路網,進化の解析などを中心に様々な情報技術や数理モデルがどのように適用されるのかについて説明する.生命情報学(バイオインフォマティクス)や脳科学に関する基礎知識を身につけるとともに,情報学 がどのように生物学や脳科学に応用されるかについて理解することを目的とする.
到達目標 生命や生体の諸現象を情報学の観点から理解できるようになる.DNAや脳といった生命現象のフロ ンティアの知識を,生物学や脳科学とは違った観点から学ぶことができる.
授業計画と内容 脳の神経情報処理(熊田),1回,神経細胞の生理学的説明,脳の解剖学的・機能的説明を行う.また,主要な脳機能計測法についても説明する.
視覚情報処理(熊田),2回,人間の物体認識と注意の機能を取り上げ,脳内情報の処理の観点から説明するとともに,それらが障害された場合に生じる病態から,脳内情報処理のメカニズムを説明する.
注意機能(熊田),2回,脳の情報処理を注意という観点から解説する.脳のネットワークモデルなどを中心として, 脳内で行われている情報の選択のメカニズムを説明する.
認知機能(熊田),2回,脳の前頭葉機能,特に,行動の選択や意図,価値などの脳内表現について説明する.また,インタフェース場面などでの人間行動と脳機能の関係についても説明する.
生命情報学概観(阿久津),1回,分子生物学の基礎事項を説明するとともに,生命情報学について概観し,主要研究トピックについて説明する.
配列解析基礎(阿久津),1回,DNA配列やアミノ酸配列の類似性を調べるための配列アラインメント問題,および,それを解く動的計画法アルゴリズムについて説明する.
進化系統樹推定法(阿久津),2回,生物の進化の過程を表現するグラフ構造(進化系統樹)を配列データから推定するための最適化手法や統計的手法について説明する.
隠れマルコフモデル(阿久津),1回,時系列データの変動を記述するモデルのひとつ,隠れマルコフモデルの概要およびアルゴリズム,さらに,そのDNA配列およびアミノ酸配列解析への適用法について説明する.
タンパク質構造解析(阿久津),1回,タンパク質の立体構造の類似性を判別する手法,および,アミノ酸配列データからタンパク質立体構造を推定するための最適化手法について説明する.
スケールフリーネットワーク(阿久津),1回,多くの生体内ネットワークが持つグラフ論的特徴(スケールフリー性など),および, その生成モデルについて説明する.
講義、レポートのフィードバック(熊田・阿久津),1回,期間を定めて,講評や試験結果についての学生からの質問を受け付け,メール等で回答する.
成績評価の方法・観点 レポート課題2回(25点+25点)と期末試験の成績(50点)の合計点で評価し,60点以上を合格とする.
なお,レポートの提出状況の問い合わせには応じないので,各自が自分自身で把握しておくこと.
また,新型コロナの感染状況によってはオンライン授業に移行する可能性がある.
履修要件 プログラムを作った経験があることが望ましいが必須ではない.生物学や脳科学に関して必要な知識は講義中で説明する.
授業外学習(予習・復習)等 必要に応じて,予習・復習をすべき事項を指示する.
教科書 特に定めない.
参考書等 講義中に適宜,紹介する.阿久津担当分は以下が参考となる.
阿久津達也 著:バイオインフォマティクスの数理とアルゴリズム,共立出版 (2007) isbn{}{9784320121782}.
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