2017 Fiscal Year Annual Research Report
多次元バイオロギングによる鳥類・魚類の長距離ナビゲーション行動の包括的理解
| Project Area | Systems Science of Bio-navigation |
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| Project/Area Number |
16H06541
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
依田 憲 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (10378606)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
牧口 祐也 日本大学, 生物資源科学部, 講師 (00584153)
塩見 こずえ 国立極地研究所, 研究教育系, 助教 (50756947)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオロギング / 海鳥類 / サケ科魚類 / 野外生理生態 / ナビゲーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)次世代バイオロギングシステム開発■多次元計測（GPS、ビデオカメラ、深度、照度、加速度等）・イベント駆動機構を備えたロギングデバイス「ログボット」を開発した。■動物の行動を利用した環境駆動型発電システムを開発した。
(2)野外調査■動物のナビゲーションデータを取得し、行動・体内・環境情報とナビゲーションの関係を理解可能にする数理モデルを作成するため、オオミズナギドリ、ウミネコ、キバナウ、ペンギン、カツオドリなどに対してバイオロギングを行った。■海鳥の雛の海馬に相当する大脳背内側後部に電極を留置し、野外歩行中の神経細胞活動をロガーで記録することに成功した。
(3)データ解析および数理モデル作成■逆強化学習を用いた海鳥の移動経路予測手法を開発した。大量の移動経路を学習データとして、環境の好適性もしくは短期報酬を推定し、それをもとにして経路予測を行った。■多次元計測されたデータから得られたモード（採餌と緊張など）の共起ルールを高速に発見する手法を開発した。■深層学習を用いた移動比較分析を行った。■「逆問題・システム同定（入出力情報から内部システムを推定する）」の考え方に基づき、GPS経路から、動物が受ける風向・風速と、動物の向き（動物の認知に相当）を同時推定する統計手法を開発した。■心電図データから心拍変動を計算することで、ストレスに対する海鳥の自律神経系活動の推定を行う手法を開発した。数理モデルでシステム同定した後、生理データを測定して検証する準備ができたと言える。■海上以外は飛翔しないと考えられていた海鳥種の幼鳥が山脈を越えることを発見し、成鳥とのルート比較から長距離ナビゲーションのルート獲得過程を明らかにした。
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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
鳥類に関しては、当初の計画以上に行動データを得ることができた。一方、2015年頃からサケの漁獲量が激減し、活魚での親魚確保が非常に困難となり、本年度は放流実験が実施ができなかった。これらを鑑みて、おおむね順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)次世代バイオロギングシステム開発
ログボットの開発を継続する。これまでに開発されたログボットと環境駆動発電の安定性や防水性、形状の問題を解決し、両者を統合したログボットを開発する。また、イベント駆動機構をより積極的に活用するアルゴリズムの開発を行う。
(2)野外調査研究
大量データを基にしたAI駆動型ナビゲーション解析を行うため、国内・国外（南極・豪州・アルゼンチン）のミズナギドリ目、ペンギン目、ペリカン目、チドリ目などの海鳥類とサケやサクラマス、ニジマス等のサケ科魚類のナビゲーションをログボット含む多次元ロガーにより測定する。海鳥類の繁殖後の渡りや、サクラマスの降海から母川までの移動や、サケのベーリング海から母川までの移動等の長距離ナビゲーションの多次元計測を行い、その際に利用している環境情報や内的情報を明らかにする。また、適宜動物の血液を採取して、ナビゲーション前後の血中性ステロイドホルモン量や染色体末端部テロメア長を計測し、ナビゲーションが与える生理的影響を定量する。自由活動中の海鳥とサケ科魚類の脳神経活動計測を行う。脳神経活動ロガーと音波発信器を装着したサケを放流し、湾内から河川への移動を追跡する。また、海鳥の幼鳥に脳神経活動ロガーを搭載し、探索期における脳内地図形成の可能性を探る。
(3) データ解析および数理モデルの作成
得られたデータを解析し、数理モデルとして記述することによって、環境・内的状態から情報処理を経て移動経路として表出する過程を理解する。行動特徴抽出についてはある程度開発出来ているので、確率的状態遷移モデルを設計する。角度統計、深層学習、逆強化学習などを用いたナビ解析手法の開発に成功しているが、これらを「機械学習を用いたモデル」「移動メカニズムを組み込んだモデル」に整理してプラットフォーム化を進める。
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Research Products
(12 results)
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[Journal Article] Jellyfish and other gelata as food to four penguin species - insights from predator-borne videos2017
Author(s)
J.-B. Thiebot, J. P. Y. Arnould, A. Gomez-Laich, K. Ito, A. Kato, T. Mattern, H. Mitamura, T. Noda, T. Poupart, F. Quintana, T. Raclot, Y. Ropert-Coudert, J. E. Sala, P. J. Seddon, G. J. Sutton, K. Yoda, A. Takahashi
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Journal Title
Frontiers in Ecology and the Environment
Volume: 15
Pages: 437-441
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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