2015 Fiscal Year Research-status Report
ミツバチの尻振りダンスに符号化されたベクトル情報統合の神経機構
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15K14569
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
藍 浩之 福岡大学, 理学部, 助教 (20330897)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池野 英利 兵庫県立大学, 環境人間学部, 教授 (80176114)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 脳・神経 / 行動学 / 神経科学 / 昆虫 / 生理学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.尻振りダンスで生じるパルス状振動刺激に応答する脳内ニューロンの同定とGABA免疫抗体染色
平成27年度は、尻振りダンスコミュニケーションの際、追従バチが距離情報をどのような神経回路で解読するのかを知る基礎的データとして、脳内の振動応答性介在ニューロンの網羅的な形態的、機能的解析を進めた。尻振りダンスで生じるパルス状空気振動を触角に与えると同時に、脳内のベクトル統合一次中枢（背側葉， DL）に樹状突起をもつ介在ニューロンから細胞内記録を行い、空気振動のいかなる物理的変化量が、介在ニューロンの電気シグナルに変換されるのかを調べた。その結果、尻振りダンスで生じるパルス状空気振動が、2つの経路(DL-LP pathwayとbilateral DL pathway)で処理され、それぞれの経路で振動応答様式が異なることが分かってきた。DL-LP pathwayは、パルス状空気振動の時間を計測する経路、Bilateral DL pathwayはパルス状空気振動の数を計数することが、振動応答性から示唆された。さらに上記で収集した単一ニューロンの共焦点画像標本を、GABAの免疫抗体による共染色を行うことで、興奮性または抑制性のいずれのニューロンであるのかを調べた。その結果、DL-Int-1はGABA免疫陽性であるのに対し、DL-Int-2およびDL-bilateral neuronはGABA免疫非陽性であった。これらの結果、DL-LP pathwayには、抑制性ニューロンが関わり、さらにその振動応答パターンから、脱抑制の神経回路が存在することが示唆された。
2.ニューロンネットワークモデル構築のためのパラメータ算出
DL-Int-1の蛍光光学切片データから、SIGEN(Minetomo et al., 2009)を用いて形態を抽出、ニューロンの分枝に関するパラメータを算出した。電気生理学データから、刺激による応答様式と遅延時間を算出し、DL-Int-1は振動感覚ニューロンから入力を受ける二次ニューロン、DL-Int-2は三次ニューロンであることが示唆された。
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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
1.平成27年度は、振動受容器官であるジョンストン器官一次中枢における振動情報処理経路と尻振りダンスで生じるパルス状振動刺激に対する振動性応答ニューロンの応答様式に注目し調べた。その結果、DL-Int-1とDL-Int-2はともに、パルス状振動刺激の期間、スパイク発火の抑制、または興奮を起こすことが、DL-bilateral neuronは、個々の振動パルスに対応したスパイク発火をすることが分かった。
2.平成28年度に予定していたGABA抗体を用いた免疫組織学的実験を、実験の都合上平成27年度に繰り上げて実施した。その結果、尻振りダンスの振動情報処理には、GABAを伝達物質とする抑制性神経回路を介し緊張性活動電位を持続するDL-LP pathwayと、抑制性神経回路を介さずパルス数を計数するBilateral DL pathwayがあることが分かった。
3.上記DL-Int-1の蛍光光学切片データから、画像処理ソフトAVIZOおよびSIGENを用いて形態を抽出、ニューロンの分枝に関するパラメータ（軸索の太さ、長さ、分枝数、シナプス様構造の分布と密度、軸索抵抗等）を算出した。電気生理学データから、刺激による応答様式と遅延時間を算出した。
4.一方、ベクトル情報統合ニューロンの同定は、小型リニアドライブシステムのテスト試行とその仕様に合わせて作成する実験用チャンバーの納入が遅れているため、まだ着手できなかった。ベクトル情報統合ニューロンの同定は次年度の課題として先送りした。
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| Strategy for Future Research Activity |
1.平成27年度の脳内振動情報処理の研究から、尻振りダンスで生じるパルス状振動刺激に応答する2つの経路が判明した。これらの結果を元に、現在並行して進めている計算機神経科学的解析により、距離解読の神経機構を明らかにする。
2.また平成28年度は、ベクトル情報統合ニューロンを形態学的、電気生理学的に同定する。頸部の左右両側からピエゾ素子振動刺激装置で圧刺激を与えると同時に、触角ジョンストン器官への尻振りダンスで生じる空気振動を模したパルス状振動刺激を与え、応答様式を調べる。
3.それと並行して、平成28年度に同定した振動応答性ニューロンの免疫組織学的実験を進め、尻振りダンスで符号化された距離情報解読に関わる、興奮性および抑制性の神経回路モデルの作成を行う。
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| Causes of Carryover |
申請時に購入を予定していたピエゾ素子振動刺激装置の購入が製造中止のため困難であり、新たな機種の選定を行っていた。現在、他の研究で使用していた、振動刺激装置を独自に改良し、実験を行っている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
ピエゾ素子振動刺激装置の購入を予定している。
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[Presentation] Honeybee interneurons responsive to the pulsed vibration produced by waggle dance2016
Author(s)
Ai, H., Kai, K., Watanabe, H., Itoh, T., Kumaraswamy, A, Rautenberg, P. Wachtler, T, Ikeno, H.
Organizer
International congress of neuroethology 2016
Place of Presentation
Montevideo, Uruguay
Year and Date
2016-03-30 – 2016-04-03
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Comprehensive analyses of interneurons arborizing in the primary vibration center in honeybee brain.2015
Author(s)
Ai, H., Kai, K., Watanabe, H., Kumaraswamy, A, Rautenberg, P. Wachtler, T, Ikeno, H. Ai, H.
Organizer
CompBiol 2015
Place of Presentation
広島
Year and Date
2015-12-11 – 2015-12-13
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