昆虫における時間感覚の神経機構の解明

• Project Area: The Science of Mental Time: investigation into the past, present, and future
• Project/Area Number: 26119501
• 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: Hokkaido 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): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2015: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2014: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 昆虫 / 神経 / 時間認知 / 聴覚 / 異種感覚統合 / 計時

Outline of Annual Research Achievements

昨年度報告したコオロギの気流誘導性逃避行動に対する音刺激による修飾作用について，刺激のタイミングや持続時間の影響を検証し，昆虫の時間認知についてのメカニズムに迫った。
200 msの音刺激の開始を気流刺激開始よりも0～800 ms先行させた群（いずれも気流刺激と同時に終了）間と，音刺激の終了時間を気流刺激終了時より0～600 ms先行させた群（いずれも気流刺激に800 ms先行させて開始）間で比較した。その結果，前者の群間では，音刺激を先行させた群では歩行方向は後方へ偏ったが，同時に開始した群（0 ms）は気流刺激のみを呈示した群と変わらなかった。一方，刺激終了時刻をシフトさせた群間では，終了時間にかかわらず歩行方向の後方への偏りがみられた。すなわち，音刺激による気流誘導性歩行方向の修飾は，気流刺激に対する音刺激の先行が必要であるが，それらの同時入力は必要としないことがわかった。以上の結果は，コオロギは気流感覚入力と聴覚入力の時間的関係を認識し，それに応じて気流逃避行動を変化させていることを示唆する。
気流誘導性歩行における方向制御には脳からの下行性信号が必要であることから，音刺激のタイミングや持続時間の認知も脳内の神経回路によって生じている可能性が高い。そこで，食道下-前胸神経節間の腹側神経束から吸引電極による細胞外電位記録を行い，様々な時間パターンの組合せ刺激に対する下行性神経活動応答を比較した。その結果，気流刺激だけを呈示した場合や同時呈示した場合に比べて，音刺激を先行して呈示した場合には，それに続く気流刺激に対する応答の最大発火数が有意に減少することがわかった。すなわち，音刺激が気流刺激に対して先行するかどうかは脳内で認識され，歩行を制御する下行性神経活動が変化していることが示唆された。
今後は脳内で複数種の感覚入力の時間関係を比較する神経機構についての解明を目指したい。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Auditory modulation of wind-elicited walking behavior in the cricket, Gryllus bimaculatus. (2015)
  • Author(s): Matasaburo Fukutom, Makoto Someya, and Hiroto Ogawa
  • Journal Title: Journal of Experimental Biology Volume: 218 Pages: 3968-3977
  • DOI: 10.1242/jeb.128751
  • NAID: 120005890025
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spatial dynamics of action potentials estimated by dendritic Ca2+ signals in insect projection neurons. (2015)
  • Author(s): Hiroto Ogawa and Rumiko Mitani
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 467 Issue: 2 Pages: 185-190
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.10.021
  • NAID: 120005906893
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Direction-specific adaptation in neuronal and behavioral responses of an insect mechanosensory system. (2015)
  • Author(s): Hiroto Ogawa and Kotaro Oka
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 35 Issue: 33 Pages: 11644-11655
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1378-15.2015
  • NAID: 120005693904
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ca2+ imaging of cricket protocerebrum responses to air current stimulation (2015)
  • Author(s): Hiroto Ogawa and Yoriko Kajita
  • Journal Title: Neuroscience Letters Volume: 581 Pages: 282-286
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2014.10.042
  • NAID: 120005553680
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Direction-specific adaptation in neuronal and behavioral responses of cercal sensory system in the cricket. (2015)
  • Author(s): Hiroto Ogawa, Ruriko Mitani, and Kotaro Oka
  • Organizer: 45th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Chicago (USA)
  • Year and Date: 2015-10-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Preceding auditory inputs modulate responsiveness and orientation in wind-elicited walking behavior in the cricket. (2015)
  • Author(s): Matasaburo Fukutomi and Hiroto Ogawa
  • Organizer: 45th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Chicago (USA)
  • Year and Date: 2015-10-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 先行する音刺激はコオロギの気流逃避行動を修飾する (2015)
  • Author(s): 福富又三郎，小川宏人
  • Organizer: 日本動物学会第86回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] Temporal relationships between multisensory stimuli have modulatory effects on escape behavior in the crickets. (2015)
  • Author(s): Hiroto Ogawa and Matasaburo Fukutomi
  • Organizer: International Symposium on the Science of Mental Time
  • Place of Presentation: 東工大キャンパスイノベーションセンター（東京都・港区）
  • Year and Date: 2015-09-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 機械感覚性投射ニューロン樹状突起での方向選択性形成過程に対するGABA作動性抑制性入力の効果 (2015)
  • Author(s): 小川宏人，三谷瑠里子
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] 先行する音刺激はコオロギの気流誘導性逃避行動を修飾する (2015)
  • Author(s): 福富又三郎，小川宏人
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] Population coding of walking locomotion by descending neural activities in the cricket. (2014)
  • Author(s): Hiroto Ogawa, Tomohiro Shudo, Makoto Someya, and Masahiko Haruno
  • Organizer: 44th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Washington, DC (USA)
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] Estimation of neuronal assembly encoding directional information by decoding method. (2014)
  • Author(s): Makoto Someya and Hiroto Ogawa
  • Organizer: 44th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Washington, DC (USA)
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] Auditory modulation of wind-elicited walking behavior in the cricket. (2014)
  • Author(s): Matasaburo Fukutomi, Makoto Someya, and Hiroto Ogawa
  • Organizer: 44th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Washington, DC (USA)
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] 昆虫の投射ニューロンにおける樹状突起Ca2+上昇はシナプス入力によって修飾される活動電位波形に依存する (2014)
  • Author(s): 小川宏人，三谷瑠里子
  • Organizer: 日本生物物理学会第52回年会
  • 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: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] Sparse Linear Regressionによる下行性神経活動からの昆虫歩行運動の推定 (2014)
  • Author(s): 小川宏人，首藤智宏，染谷真琴，春野雅彦
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 気流応答性投射ニューロンの方向選択性形成に関与する樹状突起内統合メカニズム (2014)
  • Author(s): 三谷瑠里子，小川宏人
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] コオロギの音刺激と気流刺激に応答する異種感覚上行性ニューロン (2014)
  • Author(s): 染谷真琴，小川宏人
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 上行性投射ニューロンの気流応答における三次元方向感受性への重力効果 (2014)
  • Author(s): 谷村佳奈子，小川宏人
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] コオロギの気流誘導性行動に対する先行聴覚刺激のクロスモーダル効果 (2014)
  • Author(s): 福富又三郎，染谷真琴，小川宏人
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Multisensory integration of auditory and cercal sensory inputs by ascending projection neurons in the cricket. (2014)
  • Author(s): Makoto Someya and Hiroto Ogawa
  • Organizer: 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] Preceding auditory cue modulates walking direction in wind-elicited escape behavior in the cricket. (2014)
  • Author(s): Matasaburo Fukutomi, Makoto Someya, and Hiroto Ogawa
  • Organizer: 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] Population coding of directional information of cercal sensory stimulus and wind-elicited locomotion. (2014)
  • Author(s): Hiroto Ogawa
  • Organizer: Hokkaido Neuroethology Workshops 2014
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2014-07-27
  • Invited
• [Book] Encyclopedia of Computational Neuroscience (2015)
  • Author(s): Hiroto Ogawa and John P. Miller
  • Total Pages: 3180
  • Publisher: Springer-Verlag
• [Remarks] 小川研究室 研究内容
  • URL: http://www.sci.hokudai.ac.jp/~hogawa/Research.html