2021 Fiscal Year Research-status Report
Identification of general strategies governing wing and body movements in insect flight
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20K06743
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| Research Institution | Maebashi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
安藤 規泰 前橋工科大学, 工学部, 准教授 (70436591)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 羽ばたき飛行 / 昆虫 / 筋肉 / 運動制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，腹部運動の機能を明らかにするための行動実験と，神経筋制御を明らかにするための電気生理学実験を実施した。
腹部運動の機能解析では，前年度実施した腹部持ち上げ運動を担う腹部第1節背縦走筋(AB1-DLM)の切断は，胸部－腹部間関節の剛性を低下させることや切断部位以外の腹部の筋が活動する課題を解決するため，腹部神経節の手前の腹髄神経索を切断し，腹部の運動を全て停止させることを試みた。切断後はAB1-DLMの筋電位が見られないこと，腹部の能動的な運動が見られなかったことから，腹髄神経索の切断の効果を確認した。一方，昆虫を固定した拘束飛行では羽ばたき周波数が低下し，自由飛行では活動が低下し，羽ばたき飛行の評価が困難であった。原因について調査したところ，腹部運動が気門からの酸素の能動的な取り込みに関与しているとの文献があったことから，腹髄神経索による切断による飛行実験は断念し，昨年実施したAB-DLM切除と三次元高速度運動解析を組み合わせ，詳細な飛行の解析を次年度実施することとした。
腹部運動の神経筋制御を明らかにするために，AB1-DLMの筋電位計測を試みた。AB1-DLMは胸部－腹部間関節の柔軟なクチクラ直下にある薄い筋であり計測が困難であったが，試行錯誤の末拘束飛行中の安定な筋電位計測に成功した。相同な中胸背縦走筋MS-DLMの筋電位の比較を行ったところ，AB1-DLMは羽ばたき周波数で活動するがMS-DLMとの位相差は羽ばたき運動の状態依存的に大きく変化することを示唆する結果を得た。このことから，羽ばたき運動と共通の制御周期をもちつつ独自の運動制御を受けることが示唆された。しかしまだ十分な個体数を得ていないため，次年度に引き続き計測を実施する予定である。
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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
腹髄神経索の切断による腹部運動の抑制は結果的にはネガティブな結論であったものの，考えられうる腹部運動の抑制手法を試した点は評価できる。また合わせて筋電位計測による切断状況の評価を実施したことで，微小な筋であるAB1-DLMの安定した計測手法の確立につながった。AB1-DLMの計測はこれまで全く報告がなく，羽ばたき飛行における胴体の運動制御について今後新たな知見を提供することが期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究から，腹部運動の機能については，能動的な飛行運動の制御ではなく胸部―腹部間関節の剛性を調節し，羽ばたき運動による振動や急激な方向転換に伴う慣性力を減衰させるような機能を持ち，結果的に飛行の安定性につながっている，との仮説を持つに至った。この仮説検証のためには腹部運動の効果的な抑制が必要であったが，最も効果的と考えられた腹髄神経索の切断が酸素供給を妨げることが考えられた。そこで，再びAB1-DLMを切断する手法に戻るが，安定したホバリング飛行を解析対象として詳細な運動の三次元計測を行うことで，腹部切断による飛行安定性を定量的に評価し，機能解明につなげる予定である。また，AB1-DLMの電気刺激を実施し，過剰な腹部運動を引き起こした際の自由飛行での影響を解析する。
また，より多くの個体を用いて筋電位計測と羽ばたき・腹部運動の同時計測を実施し，腹部運動制御の神経筋メカニズムの解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
旅費の未使用額が生じたこと，また覆髄神経索実験の結果を受けて実験手法の再検討により撮影に必要な消耗品の購入を次年度に繰り越したため。
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