行動テストにおける生理指標の同時取得による魚類の情動状態の精密な評価
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22K06316
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
吉田 将之 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 准教授 (70253119)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
曽 智 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (80724351)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 呼吸波 / 情動 / 行動テスト / 小型魚類 / 薬効評価 / 生物心理 / ゼブラフィッシュ / 呼吸変動 / 生体電気 |
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| Outline of Research at the Start |
魚類の恐怖や不安などの情動状態は、新奇な環境における様々な行動や精神作用をもつ薬物への行動反応を定量化し、評価の基準としてきた。しかしながら、魚類の行動発現は複雑であり、また多義的に解釈されがちであることから、一貫した評価が容易ではなかった。本研究では、まず自由に行動している魚類の呼吸運動を計測する技術を完成させる。次に、新奇環境テストにおいて、行動指標に加えて、生理指標として呼吸頻度やその変動を定量する。行動指標と生理指標を統合的に解釈することにより、魚類の情動状態を精密に評価することが可能となる。さらにこの手法を向精神作用をもつ薬物の評価に応用し、「行動生理薬効プロフィール」を作成する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ゼブラフィッシュにおいて情動状態を評価するにあたり、鉛直方向の動きが重要であることが示されている。本年度においては、比較的水深の深い水槽内での魚の鉛直位置を呼吸波から推定する二つの方法の開発を行った。一つは鉛直方向に配置した電極により導出される呼吸波の信号強度に基づいて魚体の鉛直位置を推定するものであった。これについては、瞬間的な誤差は大きいものの、行動評価に用いる時間窓（約1－5分）における平均深度を明確に反映していることが明らかとなり、実用化が期待される（平成6年度日本動物学会大会にて発表予定）。もう一つは、多数の電極を水槽底面と側面に配置し、呼吸波を移流拡散方程式に基づくアルゴリズムにて解析し、魚体位置を三次元的に推定するものであった。こちらについては既に理論的・実験的有用性が証明され、専門学術誌にて印刷中である（Soh et al., IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement, in press)。一方、本年度のもう一つの目的である「呼吸波を記録する手法を多魚種へ適用し、その有用性を検討する」という点については、メダカへの適用を開始したところであり、計画通りの進展が見込めていない。本研究課題の主要な目的である「呼吸波記録と新奇場面行動テストとを組みあわせることによる、魚の馴化過程の行動・生理の両面からの記載」および「情動に影響する各種薬物の効果の検討と「行動生理薬効プロフィール」の作成」については概ね達成しているため、本研究の更なる発展のためには今後「多魚種への適用」が必須となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題を進展させる上で必須となる「自由遊泳中の小型魚類からの呼吸波記録」については初年度にて達成した。また、「研究実績の概要」欄に記載したとおり、本研究課題の主要な目的である「呼吸波記録と新奇場面行動テストとを組みあわせることによる、魚の馴化過程の行動・生理の両面からの記載」および「情動に影響する各種薬物の効果の検討と「行動生理薬効プロフィール」の作成」については概ね達成したといえる。しかしながら、「呼吸波を記録する手法を多魚種への適用とその有用性の検討」については着手したばかりであり、令和６年度の研究においては、この点を重要課題とする必要がある。したがって、「おおむね順調に進展している」を選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
「現在までの進捗状況」に記載したとおり、本課題の目的の一つである「本研究で開発した呼吸波を記録する手法を多魚種へ適用し、その有用性を検討する」については、メダカへの適用を検討開始したところであり、基本的にゼブラフィッシュと同様の呼吸波モニタが可能であることが示されつつある。一方、底生性の魚種、たとえばハゼ類などは、その頭部や鰓蓋の形態的な違いからゼブラフィッシュと は異なる呼吸波を発生することが予想される。また波状遊泳を行うドジョウやウナギなどは、姿勢や遊泳と呼吸波形との関係がより複雑である可能性がある。これらの検討によ り、魚の形態や行動様式と呼吸波との関係についての一覧を作成し、将来的な研究展開のための基礎データとする。また、本年度取り組んだ鉛直方向の位置を多電極から得られた呼吸波信号を基にして推定する方法の確立については、信号強度の鉛直方向分布による推定および移流拡散方程式に基づくアルゴリズムによる推定の２面から検討する。魚類は水中で三次元的な運動を行うため、行動指標を三次元的に取得し、呼吸波と合わせて考えることでより精密な情動評価が可能であると期待される。令和６年度においては、この手法を確立し、情動状態の評価とその経時的変遷に基づき、情動状態に影響する各種薬物の薬効プロファイルを作成する。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Simultaneous Motion and Respiration Measurement in Adult Zebrafish Based on the Instantaneous Spatial Distribution of Separated Ventilatory Signals2024
Author(s)
Soh, Z., Maruko, S., Fujita, M., Wakitani, S., Yoshida, M., Tsuji, T.
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Journal Title
IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement
Volume: in press
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Peer Reviewed
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