脳‐機械融合システムによる環境適応行動中の昆虫脳の制御機構の解明

• Project/Area Number: 12J10557
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Animal physiology/Animal behavior
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 峯岸 諒 東京工業大学, 理工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,630,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2012: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 適応能 / 脳‐機械融合システム / 複数感覚統合 / 匂い源探索 / 微小脳 / 昆虫 / 内部システム / 感覚フィードバック / 脳-機械システム / 複数感覚 / 感覚フードバック / 脳-機械融合システム

Outline of Annual Research Achievements

本研究は動的な環境下で適切に情報処理を行う脳の機能・機構の解明を目指し、雄カイコガの匂い源定位行動を対象に、行動中の神経活動の解析、および行動指令信号により駆動される移動ロボット「脳‐機械融合システム」を用いることで、この課題に正面から取り組んだ。
行動中の神経活動解析においては、カイコガ脳内への埋め込み電極による慢性計測により、前大脳領域において，歩行に先行して発火する神経活動が，歩行中の前進速度および回転角速度と相関することを明らかにした。これらの神経活動は匂い刺激により引き起こされるが，活動ユニットの中には視運動反射応答を示すユニットが存在することを明らかにした。
匂い源定位行動中の左右ターン行動を指令する運動神経活動により駆動されるロボットを用いた実験系「脳‐機械融合システム」においては、匂い源探索中の行動指令の神経活動が視運動反射応答により修飾を受けることを明らかにした。指令信号の修飾による歩行中の回転角速度の調節が、効率的な匂い源探索を実現していることを、シミュレーション実験、ガスセンサおよび行動アルゴリズムを搭載したロボットを用いた実機実験により検証した。これら一連の成果は、International Congress of NeuroethologyおよびNeuroscience2014において発表され，前者においては最優秀発表論文賞を受賞した。今後これらの成果を投稿論文として順次発表していく予定である。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Construction of 3-DOF servo-sphere for behavior measurement of silkworm moths (2014)
  • Author(s): 志垣俊介，福島俊平，峯岸諒，倉林大輔，神崎亮平
  • Journal Title: Transactions of the JSME (in Japanese) Volume: 80 Issue: 813 Pages: DR0131-DR0131
  • DOI: 10.1299/transjsme.2014dr0131
  • NAID: 130004728617
  • ISSN: 2187-9761
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pheromone responsiveness threshold depends on temporal integration by antennal lobe projection neurons (2013)
  • Author(s): Tabuchi M, Sakurai T, Mitsuno H, Namiki S, Minegishi R, Shiotsuki T, Uchino K, Sezutsu H, Tamura T, Haupt SS, Nakatani K, Kanzaki R
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of USA Volume: 110(38) Issue: 38 Pages: 15455-60
  • DOI: 10.1073/pnas.1313707110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Insect-machine hybrid system for understanding and evaluating sensory-motor control by sex pheromone in Bombvx mori (2013)
  • Author(s): Kanzaki R, Minegishi R, Namiki S. Ando N
  • Journal Title: Journal of Comparative Physiology A Volume: 199(10) Pages: 1037-52
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction of a brain-machine hybrid system to evaluate adaptability of an insect (2012)
  • Author(s): Ryo Minegishi, Atsushi Takashima, Daisuke Kurabayashi, Ryohei Kanzaki
  • Journal Title: Robotics and Autonomous Systems Volume: 60 Issue: 5 Pages: 692-699
  • DOI: 10.1016/j.robot.2011.06.012
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 匂い源に対する情報エントロピーを用いた探索行動とパフモデルへの応用 (2015)
  • Author(s): 岩崎孝弘，峯岸諒，倉林大輔
  • Organizer: 第２７回自律分散システム・シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学（東京・新宿区神楽坂）
  • Year and Date: 2015-01-22 – 2015-01-23
• [Presentation] Analysis of locomotion related neural activity in odor source searching behavior of an insect (2014)
  • Author(s): Minegishi R, Kurabayashi D, Kanzaki R
  • Organizer: Neuroscience2014
  • Place of Presentation: Walter E Washington Convention Center, Washington DC, USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] 昆虫羽ばたき時の筋肉活動電位を用いた行動弁別 (2014)
  • Author(s): 志垣俊介，福島俊平，峯岸諒，倉林大輔，安藤規泰，神崎亮平
  • Organizer: 計測自動制御学会第２０回創発システム・シンポジウム
  • Place of Presentation: 諏訪東京理科大学 (長野・茅野市)
  • Year and Date: 2014-08-31 – 2014-09-02
• [Presentation] カイコガ模倣型ロボットによる化学感覚探索 (2014)
  • Author(s): 吉原拓実，高橋洋介，峯岸諒，倉林大輔，神崎亮平
  • Organizer: 計測自動制御学会第２０回創発システム・シンポジウム
  • Place of Presentation: 諏訪東京理科大学 (長野・茅野市)
  • Year and Date: 2014-08-31 – 2014-09-02
• [Presentation] Analysis of protocerebral neural activity relating to odor source searching locomotion of silkworm moth (2014)
  • Author(s): Minegishi R, Kurabayashi D, Kanzaki R
  • Organizer: The 11th International Congress of Neuroethology (2014 ICN/JSCPB)
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [Presentation] Sequences decomposition of an odor-source searching behavior of a silkworm moth based on flight muscle electromyograms on 3 DOF servo-sphere (2014)
  • Author(s): Shigaki S, Fukushima S, Minegishi R, Kurabayashi D, Kanzaki R
  • Organizer: The 11th International Congress of Neuroethology (2014 ICN/JSCPB)
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [Presentation] Experiment of stereo-sensors for chemical plume tracing by optogenetic silkworm moth (2014)
  • Author(s): Kishi K, Kurabayashi D, Minegishi R, Sakurai T, Kanzaki R, Tabuchi M, Sezutsu H
  • Organizer: The 13th International Conference on Intelligent Autonomous Systems (IAS2014)
  • Place of Presentation: Centro Congressi Padova, Padova, Italy
  • Year and Date: 2014-07-15 – 2014-07-19
• [Presentation] ３自由度サーボスフィア上での触角電位の同時計測による行動推移の考察 (2014)
  • Author(s): 福島俊平，志垣俊介，峯岸諒，倉林大輔
  • Organizer: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会 (ROBOMECH2014)
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山・富山市）
  • Year and Date: 2014-05-25 – 2014-05-29
• [Presentation] 昆虫の行動と筋電位の同時計測による運脚行動と筋電位の連関解析 (2014)
  • Author(s): 宮下修人，大坪寛英，峯岸諒，倉林大輔
  • Organizer: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会 (ROBOMECH2014)
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山・富山市）
  • Year and Date: 2014-05-25 – 2014-05-29
• [Presentation] 雄カイコガの適応的匂い源探索行動理解のためのロボットを用いたアプローチ (2014)
  • Author(s): 峯岸諒
  • Organizer: 第58回日本応用動物昆虫学会小集会
  • Place of Presentation: 高知大学朝倉キャンパス(高知県)
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] Adaptive control system of an insect brain during odor source localization (2013)
  • Author(s): Minegishi R
  • Organizer: IROS 2013
  • Place of Presentation: 東京ビッグサイト(東京都)
  • Year and Date: 2013-11-04
• [Presentation] A tethered system to investigate the behavioral changes of the sil㎞oth for chemical plume tracing (2013)
  • Author(s): Chew JY
  • Organizer: URAI2013
  • Place of Presentation: RAMADA Plaza JEJU, Jeju (Korea)
  • Year and Date: 2013-10-31
• [Presentation] Insect-machine hybrid system for understanding the sensory-motor control by sex nheromone in Bombvx mori (2013)
  • Author(s): Minegishi R
  • Organizer: ESITO Symposium XIII
  • Place of Presentation: Residence Hotel Cormoran, Villasimius (Italy)
  • Year and Date: 2013-09-28
• [Presentation] Modification in command neural signals of an insect's odor source searching behavior on the brain-machine hybrid system (2013)
  • Author(s): Minegishi R
  • Organizer: Living Machine 2013
  • Place of Presentation: The Natural History Museum, London (England)
  • Year and Date: 2013-08-01
• [Presentation] Property investigation of chemical plume tracing algorithm in an insect using bio-machine hybrid system (2013)
  • Author(s): Tosello E
  • Organizer: Living Machine 2013
  • Place of Presentation: The Natural History Museum, London (England)
  • Year and Date: 2013-07-31
• [Presentation] Brain-machine hybrid system to investigate the neural basis of control systems in odor source searchine behavior (2013)
  • Author(s): Minegishi R
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第35回大会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路(兵庫県)
  • Year and Date: 2013-07-15
• [Presentation] Sensory feedback system to compensate for the motor outputs in the silkworm moth's brain during odor source searching behavior (2013)
  • Author(s): Minegishi R
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第35回大会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路(兵庫県)
  • Year and Date: 2013-07-13
• [Presentation] Behavioral analysis of insects with virtual environments for biomimetic chemical plume tracing (2013)
  • Author(s): Kishi K
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第35回大会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路(兵庫県)
  • Year and Date: 2013-07-13
• [Presentation] Behavior measurement of a male silkworm moth using 3-DOF servo-sphere (2013)
  • Author(s): Shigaki S
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第35回大会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路(兵庫県)
  • Year and Date: 2013-07-13
• [Presentation] Insect-machine hybrid system for understanding and evaluating the sensory-motor control (2013)
  • Author(s): Kanzaki R
  • Organizer: IEEE EMBC 2013
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場(大阪府)
  • Year and Date: 2013-07-04
• [Presentation] 生物規範型匂い源探索行動の実現に向けた仮想環境による昆虫の探索行動解析 (2013)
  • Author(s): 岸昂太朗
  • Organizer: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'13
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城県)
  • Year and Date: 2013-05-24
• [Presentation] 昆虫の匂い源探索行動における行動パラメタに対する定位性能の評価 (2013)
  • Author(s): 高橋洋介
  • Organizer: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'13
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城県)
  • Year and Date: 2013-05-24
• [Presentation] 脳-機械融合実験系を用いた感覚フィードバック操作による昆虫匂い源探索行動の解析 (2013)
  • Author(s): 峯岸諒
  • Organizer: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'13
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城県)
  • Year and Date: 2013-05-23
• [Presentation] 3Dサーボスフィアを用いた雄カイコガの行動計測と解析 (2013)
  • Author(s): 志垣俊介
  • Organizer: 日本動物学会第65回関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 (東京都)
  • Year and Date: 2013-03-16
• [Presentation] 光遺伝的手法による雄カイコガ匂い源探索行動解析実験系の構築 (2013)
  • Author(s): 岸昂太朗
  • Organizer: 日本動物学会第65回関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 (東京都)
  • Year and Date: 2013-03-16
• [Presentation] 脳-機械融合システムによる雄カイコガの匂い源探索行動中の適応的神経活動の解析 (2012)
  • Author(s): 峯岸諒
  • Organizer: 日本動物学会第83回大会関連集会
  • Place of Presentation: 大阪大学 (大阪府)
  • Year and Date: 2012-09-13
• [Presentation] Visual feedback caused by rotational movement modify steering signals of a male silkworm moth durin odor source searching behavior (2012)
  • Author(s): R Minegishi
  • Organizer: The 34th Annual Meeting of The Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • Place of Presentation: 湘南国際村 (神奈川県)
• [Presentation] Study of adaptive odor searching behavior using a brain-machine hybrid system (2012)
  • Author(s): R Minegishi
  • Organizer: XXIV International Congress of Entomology
  • Place of Presentation: Daegu, Korea
• [Presentation] Chemical plume tracing performance depending on angular velocity observed bv a brain-machine hybrid system (2012)
  • Author(s): Y Takahashi
  • Organizer: XXIV International Congress of Entomology
  • Place of Presentation: Daegu, Korea
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.irs.ctrl.titech.ac.jp/
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.irs.ctrl.titech.ac.jp/