Temporal conditioning in insects

• Project Area: The Science of Mental Time: investigation into the past, present, and future
• Project/Area Number: 16H01496
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 谷本 拓 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70714955)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2017: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2016: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 昆虫 / 学習 / 条件付け / ショウジョウバエ

Outline of Annual Research Achievements

時間条件付けでは、無条件刺激（報酬もしくは罰）の提示を一定時間間隔で繰り返し、提示後の一定間隔で発現される行動を条件反射と定義する。平成28年度に構築した、ショウジョウバエに電気ショックを提示しその応答を高解像度で記録する行動実験系、および画像データの解析系を用いた。また時間間隔に依存した条件反射を、電気ショック提示に伴う非特異的なものと区別するため、同強度の刺激を同回数、不定間隔で与えるコントロール実験を合わせて行った。
はじめに刺激の提示回数、刺激の提示間隔の二つの変数を変化させ条件検討を試みた。その結果、2秒間隔で刺激を10回繰り返し与えた際に、電気ショック応答の一つであるジャンプ行動の増加が、訓練終了後の刺激予想時間に観察された。本研究では、トレーニング後にみられた行動変化が刺激提示間隔に合わせたものであるかを定量するため、ジャンプ発生頻度の時系列データに対し時間周波数解析を行った。時間周波数解析では周波数成分の時間変化を解析できるため、条件反射の発生時間まで特定することが可能である。時間周波数解析の結果、実験群ではコントロール群に比べて、刺激提示間隔（2秒）を周期とする周波数成分の値が（0.50Hz）、訓練開始時から訓練終了直後まで高くなっていた。これはショウジョウバエが2秒という時間間隔を学習し、定間隔の条件反射（ジャンプ）を獲得したことを示している。本研究結果は無脊椎動物の微小脳にも計時機構が備わっていることを示唆する初めての研究である。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Ludwig Maximilian University of Munich(Germany)
• [Int'l Joint Research] Ludwig Maximilian University of Munich(Germany)
• [Journal Article] Behavioral modulation by spontaneous activity of dopamine neurons. (2017)
  • Author(s): Toshiharu Ichinose, Hiromu Tanimoto, Nobuhiro Yamagata
  • Journal Title: Frontiers Systems Neuroscience Volume: 11 Pages: 88-88
  • DOI: 10.3389/fnsys.2017.00088
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Role of the Gustatory System in the Coordination of Feeding (2017)
  • Author(s): Vladimiros Thoma, Kimiko Kobayashi, Hiromu Tanimoto
  • Journal Title: eNeuro Volume: 4(6) Issue: 6 Pages: 0324-17
  • DOI: 10.1523/eneuro.0324-17.2017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Suppression of dopamine neurons mediates reward. (2016)
  • Author(s): Yamagata N, Hiroi M, Kondo S, Abe A, Tanimoto, H.
  • Journal Title: PLoS Biol Volume: 14(12) Issue: 12 Pages: e1002586-e1002586
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.1002586
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dynamics of memory-guided choice behavior in <i>Drosophila</i> (2016)
  • Author(s): Rohwedder A, Wenz NL, Stehle B, Huser A, Yamagata N, Zlatic M, Truman JW, Tanimoto H, Saumweber T, Gerber B.
  • Journal Title: Proceedings of the Japan Academy, Series B Volume: 92 Issue: 8 Pages: 346-357
  • DOI: 10.2183/pjab.92.346
  • NAID: 130005420972
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Classification of the direction and behaviour of fluit flies by machene vision and image-based CNN (2017)
  • Author(s): Takuto Okuno, Masayoshi Ikarashi, Pudith Sirigrivatanawong, Koichi Hashimoto, Hiromu Tanimoto
  • Organizer: Neuro Informatics 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temporal conditioning in insects (2016)
  • Author(s): Masayoshi Ikarashi, Hiromu Tanimoto
  • Organizer: Time in Tokyo: International Symposium on temporal perception and experience
  • Int'l Joint Research