[論文レビュー] Classification of Random Boolean Networks

Carlos Gershenson|ArXiv.org|Aug 1, 2002

Gene Regulatory Network Analysis参考文献 7被引用数 91

ひとこと要約

本論文は、更新方針—特に決定論的および同期的性—に基づいてランダムブールネットワーク（RBNs）の分類を導入する。3つの新しいRBNタイプを定義し、点アトラクターが更新方針に依存しないことを示し、決定論的性が同期的性よりもRBNの挙動に大きな影響を与えることを示している。また、非同期的決定論的RBNから同期的RBNへの写像を提供し、自然系のモデル化に特定のRBNタイプの使用を支援している。

ABSTRACT

We provide the first classification of different types of Random Boolean Networks (RBNs). We study the differences of RBNs depending on the degree of synchronicity and determinism of their updating scheme. For doing so, we first define three new types of RBNs. We note some similarities and differences between different types of RBNs with the aid of a public software laboratory we developed. Particularly, we find that the point attractors are independent of the updating scheme, and that RBNs are more different depending on their determinism or non-determinism rather than depending on their synchronicity or asynchronicity. We also show a way of mapping non-synchronous deterministic RBNs into synchronous RBNs. Our results are important for justifying the use of specific types of RBNs for modelling natural phenomena.

研究の動機と目的

• ランダムブールネットワーク（RBNs）の更新方針に基づいて、体系的な分類を実施すること。
• 決定論的性と同期的性がRBNのダイナミクスおよびアトラクター構造に与える影響を調査すること。
• 非同期的決定論的RBNとその同期的同等物との間の写像を構築すること。
• 生物学的および複雑系のモデル化における適切なRBNタイプの選択の理論的基盤を提供すること。

提案手法

• 決定論的性と同期的性の組み合わせに基づいて、3つの新しいRBNタイプを定義すること。
• 公開のソフトウェアラボを用いて、異なる更新方針におけるRBNの挙動をシミュレートし、比較すること。
• さまざまなRBNタイプにおけるアトラクター構造、特に点アトラクターを分析すること。
• 非同期的決定論的RBNを同等の同期的RBNに変換する数学的写像技術を適用すること。
• アトラクターの種類とネットワークの安定性に関する統計的分析を用いて、ダイナミクスの挙動を比較すること。
• 計算シミュレーションを活用して、RBNクラス間の理論的差異を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 決定論的対非決定論的、同期的対非同期的といった異なる更新方針は、ランダムブールネットワークのダイナミクスにどのように影響するか？
• RQ2 RBNにおける点アトラクターは、異なる更新方針に依存するか、それとも更新メカニズムに依存するか？
• RQ3 更新プロセスにおける決定論的性と同期的性のうち、どちらがRBNの挙動により大きな影響を与えるか？
• RQ4 非同期的決定論的RBNは、そのダイナミクス的性質を損なわずに、体系的に同期的RBNに写像可能か？
• RQ5 どのRBNタイプが現実の複雑系をモデル化するのに最も適しているのか、そしてその理由は何か？

主な発見

• RBNにおける点アトラクターは、更新方針に依存せず、決定論的および非決定論的、同期的および非同期的構成において一貫したままである。
• 更新の決定論的性と非決定論的性の違いが、同期的と非同期的の選択よりもRBNのダイナミクスに顕著な影響を与える。
• 非同期的決定論的RBNは、同等の同期的RBNに写像可能であり、そのダイナミクス的挙動が保持される。
• RBNは、決定論的性に基づく挙動の差が同期的性に基づくものよりも顕著であるため、決定論的性がシステム分類においてより重要な要因であることが示唆される。
• 提案された分類は、遺伝子調節ネットワークなどの自然現象のモデル化におけるRBNタイプの選択に、原則的根拠を提供する。