2020 Fiscal Year Research-status Report
アマガエル着地行動における行動計画と実時間視覚情報処理による協調制御
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20K06741
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中川 秀樹 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (80212083)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 着地行動 / 行動計画 / 実時間視覚情報処理 / アマガエル / 高速度ビデオ撮影 / 画像解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度には、アマガエルの着地行動の発現には自身の行動計画が必要か否かを調べた。そのために、ソレノイドによる機械刺激で発現するジャンプ行動の着地に伴う前肢伸展行動と重力によるスライディング装置の滑走と着地面に提示した拡大する同心円からなる人工的オプティックフローを組み合わせた強制的着地に伴う前肢伸展行動のキネマティクスを機械刺激、オプティックフロー刺激の開始と同期した高速度ビデオ撮影と画像解析により定量的に比較検討した。前者のジャンプ速度は１１６ｃｍ/秒で、後者の仮想的滑走速度は１１０ｃｍ/秒とほぼ、等しいが、前者では動物の行動計画が伴うのに対して、後者ではそれを伴わないという点で異なっている。
ジャンプ実験における前肢伸展角度は１３５±２６．６度（平均±標準偏差）で、強制着地実験におけるそれは６１．６±３３．５度（平均±標準偏差）であり、前者は後者に対して有意に大きな値であった（ｐ＜０．０５）。またジャンプ実験における前肢伸展から着地までの残り時間は１７５±５１．６ミリ秒（平均±標準偏差）で、強制着地実験におけるそれは２５２±８７．１ミリ秒（平均±標準偏差）であり、前者は後者に対して有意に小さな値であった（ｐ＜０．０５）。また後者のヒストグラムの分布の形と標準偏差の値が大きいことから、その前肢伸展行動の発現タイミングは一定ではないことが明らかとなった。これらの結果は着地にそなえた振幅の大きな前肢伸展行動の発現は、着地面からのオプティックフローにもとづく実時間視覚情報処理だけでは発現せず、動物自らがジャンプをするという行動を計画した時のみ発現するということを示している。
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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
令和2年度の実験計画にあるように、予定通り、ソレノイドによる機械刺激で発現するジャンプ行動の着地に伴う前肢伸展行動と重力によるスライディング装置の滑走による強制的着地に伴う前肢伸展行動の特徴について定量的に解析を行うことができた。しかしながら、強制的着地実験では、想定していた移動速度が実現できなかったため、さらに実験を追加し、着地面に提示した拡大する同心円からなる人工的オプティックフロー刺激を併用することで、カエルにとっての見かけの接近速度をジャンプの速度に近づけた状態で同様の実験、測定を行った。その結果、ジャンプに伴う着地行動には、着地に備えた、発現のタイミングが一定の振幅の大きな前肢伸展行動が観察されるのに対して、オプティックフロー刺激の有無にかかわらず、スライディング装置による強制的着地には、発現タイミングが一定しない、振幅の小さな前肢伸展行動しか観察されないことが示された。これらの実験結果により、実験計画の目的としていた、着地に伴う適応的な前肢伸展行動は、着地面からの実時間視覚情報処理結果だけでは発現せず、動物自らが、ジャンプするという行動計画を実行するときのみ発現するということを示すことができた。以上から令和2年度の実験計画に関してはおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度の実験でアマガエルの着地に備えた前肢伸展行動は、実時間視覚情報処理だけでは発現せず、動物自らの行動計画があって初めて発現することを示すことができた。今後は、それでは実時間視覚情報処理はカエルの着地行動の制御に必要ないのか、あるいは計画の修正のために使用されているのかを調べていく。そのために令和2年度のジャンプ実験と同様のセットアップを用いて、その着地面のディスプレイに１）静止した同心円２）接近をシミュレートした拡大する同心円３）後退をシミュレートした縮小する同心円を提示してこの3条件で着地に備えた前肢伸展行動の発現タイミングがどのように変化するかを調べる。実験に用いる接近と後退の速度は、ジャンプ中のカエルの網膜像に映る同心円の大きさの時間変化を理論的に計算した結果にもとづいて決定する。この実験のために、ソレノイドによる機械刺激の開始と、高速度ビデオ撮影の開始そして、ディスプレイ上のオプティックフロー刺激の開始を同期したシステムを構築し、カエルの着地行動を高速度ビデオ撮影する。撮影した動画は、解析用のコンピュータに連続静止画として取り込み、これらの画像データから2次元運動解析ソフトDIPP-MotionV2Dと研究室で開発予定のプログラムを使用して前肢伸展のタイミングと振幅を測定する。3条件でこれらの解析結果を統計的に比較することで、オプティックフローの有無が前肢伸展行動の制御に効果を及ぼすかどうかを検証する。
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Research Products
(2 results)
