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昆虫の刺激方向予測に基づく運動意思決定に関与する神経回路機構の解明

Publicly Offered Research

Project AreaElucidation of neural computation for prediction and decision making: toward better human understanding and applications
Project/Area Number 24120502
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

小川 宏人  北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70301463)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Fiscal Year 2013: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2012: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Keywords昆虫 / 意思決定 / 学習 / 神経回路 / 予測
Research Abstract

本年度は,昨年度実施した,昆虫におけるモデルベースの意思決定を検証するための学習タスクを改良し,先行する聴覚刺激によって忌避的刺激に対する行動が変化することを明らかにした。ボール型トレッドミル上のコオロギに,左右いずれかのスピーカーから10kHzのトーン音(手掛かり刺激)を1秒間与え,その終了直前に左右いずれかの側方から200ms間の気流刺激(忌避性無条件刺激)を与えたところ,気流刺激によって誘導される歩行運動方向がやや後方よりに変化した。この変化は1回目の刺激に対する応答でも見られ,刺激を繰り返しても変化しなかったことから,気流刺激の予測で生じたものではなく聴覚と気流感覚のcross-modal effectによるものであると考えられる。また,この効果は側方からの気流刺激に対して最大となり,音源の位置に関係しなかった。次に,歩行運動方向を決定する下行性介在ニューロンを明らかにするため,トレッドミル上を歩行するコオロギの頸部腹側縦連合から下行性神経活動を細胞外記録し,同時にトレッドミルから運動情報を同時計測した。神経活動をスパイクソーティングによって約40~60個のユニットに分離し,その発火列データから歩行速度およびターン角速度をSparse logistic regressionを用いて予測したところ,自発歩行ではほぼすべてのユニットを使って予測したのに対し,気流誘導性歩行では少数のユニットだけで予測を行っていた。さらに,自発歩行予測モデルでは気流刺激に対してまばらな発火をしめすユニットと刺激終了後も長く発火が続くユニットに大きな重み付けがされているのに対し,気流誘導性歩行予測モデルでは刺激に対して一過的に発火するユニットに大きく重み付けられていた。すなわち,前者は意思決定により運動を起こすユニットであると考えられることから。これらのニューロンが運動意思決定に関与していることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (14 results)

  • [Journal Article] Neural basis of stimulus-angle-dependent motor control of wind-elicited walking behavior in the cricket Gryllus bimaculatus.2013

    • Author(s)
      Momoko Oe, Hiroto Ogawa
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 8

    • NAID

      120005348202

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Targeted gene delivery in the cricket brain, using in vivo electroporation2013

    • Author(s)
      Matsumoto CS, Shidara H, Matsuda K, Nakamura T, Mito T, Matsumoto Y, Oka K, Ogawa H
    • Journal Title

      J Insect Physiol

      Volume: 59 Issue: 12 Pages: 1235-1241

    • DOI

      10.1016/j.jinsphys.2013.10.001

    • NAID

      120005348948

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 刺激方向情報をコードする上行性投射ニューロンアセンブリの推定2014

    • Author(s)
      染谷真琴,小川宏人
    • Organizer
      脳と心のメカニズム 第14回冬のワークショップ
    • Place of Presentation
      ルスツリゾート(北海道留寿都村)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Population coding of stimulus direction by ascending cell assembly in cercal and auditory systems in the cricket2013

    • Author(s)
      Hiroto Ogawa, Makoto Someya
    • Organizer
      Neuroscience 2013
    • Place of Presentation
      Sun Diego Convention Center (Sun Diego, USA)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Statistic prediction of cell assemblies encoding stimulus direction in multi-modal sensory systems of insect.2013

    • Author(s)
      Hiroto Ogawa
    • Organizer
      International Symposium on Prediction and Decision Making 2013
    • Place of Presentation
      京都大学(京都市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 気流応答特性から推定されるコオロギ下行性ニューロン群の機能2013

    • Author(s)
      首藤智宏、大江桃子,小川宏人
    • Organizer
      日本動物学会第84回大会
    • Place of Presentation
      岡山大学(岡山市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Input-site dependency of dendritic Ca2+ responses results from difference in spike waveform in cricket giant interneurons.2013

    • Author(s)
      Hiroto Ogawa, Ruriko Mitani
    • 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(姫路市)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 気流応答性ニューロンにおける樹状突起カルシウム応答による方向選択的入力分布の解析2013

    • Author(s)
      三谷瑠里子,小川宏人
    • Organizer
      Neuro 2013
    • Place of Presentation
      京都国際会議場(京都市)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] In vivo エレクトロポレーション法を用いた成虫コオロギ脳における遺伝子発現パターンの制御2013

    • Author(s)
      松本‐佐藤‐千尋,設楽久志,松田光司,中村太郎,三戸太郎,松本幸久,岡浩太郎,小川宏人
    • Organizer
      Neuro 2013
    • Place of Presentation
      京都国際会議場(京都市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 異なる感覚モダリティーにおける方向情報の神経表現2013

    • Author(s)
      染谷真琴,小川宏人
    • Organizer
      Neuro 2013
    • Place of Presentation
      京都国際会議場(京都市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 球形トレッドミルシステムを用いた刺激方向依存的運動制御機構の解析2012

    • Author(s)
      小川宏人
    • Organizer
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会
    • Place of Presentation
      ウィルあいち (愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2012-11-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Distinct role of identified giant interneurons in directional control of wind-evoked walking behavior in the cricket.2012

    • Author(s)
      Hiroto Ogawa, Momoko Oe
    • Organizer
      Neuroscience 2012
    • Place of Presentation
      Ernest N. Morial Convention Center (New Orleans, USA)
    • Year and Date
      2012-10-13
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] コオロギ気流誘導性歩行の方向性制御における巨大介在ニューロンの機能解析2012

    • Author(s)
      小川宏人,大江桃子
    • Organizer
      第35回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場 (愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2012-09-18
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] コオロギ脳神経節における気流刺激応答の方向感受特性2012

    • Author(s)
      梶田頼子,小川宏人
    • Organizer
      第35回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場 (愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2012-09-18
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] コオロギ気流誘導性歩行の開始およびターン角度制御に関与する下行性神経活動2012

    • Author(s)
      首藤智宏,小川宏人
    • Organizer
      第35回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場 (愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2012-09-18
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] コオロギの気流誘導性歩行の運動制御に関与する下行性信号の解析2012

    • Author(s)
      首藤智宏,小川宏人
    • Organizer
      日本動物学会北海道支部第57回大会
    • Place of Presentation
      北海道大学理学部 (札幌市)
    • Year and Date
      2012-08-25
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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