Whole brain imaging of C. elegans to reveal the neural basis of exploratory navigation

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Systems Science of Bio-navigation
• Project/Area Number: 16H06545
• 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: Nagoya City University (2017-2021); Osaka University (2016)
• Principal Investigator: Kimura Kotaro 名古屋市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (20370116)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石原 健 九州大学, 理学研究院, 教授 (10249948)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: 行動 / イメージング / 深層学習 / 機械学習

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to elucidate the neural basis of "exploratory navigation" based on uncertain location information in a model animal, the nematode C. elegans. The results of this study include "elucidation of the molecular mechanism of decision making by differentiation and integration," "development of AI techniques to estimate internal states from behavioral trajectories," and "development of AI techniques to efficiently measure whole-brain neural activity in C. elegans," and some of the results were developed into international collaborative research.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

主な成果の１つである「行動軌跡から内部状態を推定する人工知能技術」は、線虫だけでなくペンギンや海鳥などさまざまな動物の軌跡から、記憶や感情を反映する内部状態を推定する画期的な技術であり、Nature系のWebメディアから取材も受けた。また、もう１つの主要な成果である「全脳神経活動計測を効率的に行うための人工知能技術」は、線虫だけでなく小型魚類の心筋細胞やガン細胞の活動解析などにも応用することができ、この技術も大きな注目を浴びた。このように、本研究によって、線虫の脳活動のメカニズムを解明するのみならず幅広い生命科学分野に貢献できる人工知能技術を開発することができた。