ミツバチの尻振りダンス解読に関わる異種感覚統合神経機構の解明

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22570079
• Research Institution: Fukuoka University
• Principal Investigator: 藍 浩之 福岡大学, 理学部, 助教 (20330897)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池野 英利 兵庫県立大学, 環境人間学部, 教授 (80176114)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 脳・神経 / 行動学 / 神経科学 / 昆虫 / 生理学

Research Abstract

１、古典的条件付けされた匂い刺激によって生じるミツバチ歩行パターンに対する尻振りダンス音の影響；ミツバチは報酬と連合学習した匂い刺激により、体軸を左右交互に変換しながら歩行するジグザグ歩行を生じる。このジグザグ歩行の出現率は、季節によって変動することも分かっている。本年度の研究で、ジグザグ歩行の出現率に対する尻振りダンス音の影響を調べた結果、ジグザグ歩行時の前進距離が有意に高くなることが分かってきた。しかしこの効果は個体差が高く、匂い学習の他、季節、日齢、採餌経験にも影響を受けて変化する可能性がある。これらの影響を現在調査中である。
２、振動応答性介在ニューロンの候補神経伝達物質の免疫抗体染色；ミツバチの脳を用いγ―アミノ酪酸（GABA）の免疫抗体染色を行い、脳内のGABAの2次元分布地図を作成した。これまでに同定した振動応答性介在ニューロンの細胞体クラスタが存在する領域において、GABA陽性の細胞体の存在が明らかとなった。現在、このデータを元にGABAの3次元分布地図を作成している。
３、計算機神経科学的な解析システムの構築；これまでに収集した振動応答性ニューロンの形態、生理学的実験結果を元に、計算機神経科学的な解析をするためのプログラムおよびそのシステムを構築し、英文論文にした。すでにこのシステムを用い、これまでに申請者らが同定した振動応答性介在ニューロンのデータベースの構築に着手している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

尻振りダンスによって生じる振動が、匂い源探索行動に与える影響を調べた。その結果、振動刺激がミツバチの匂い源探索歩行を活性化する傾向があることが分かった。しかし、その傾向は個体差が高く、ミツバチの日齢や経験（採餌や他個体との様々な通信行動）によって影響を受ける可能性がある。つまり本研究提案時点では想定していなかった日齢や経験と匂い源探索行動に対する振動刺激の効果の関係を明らかにする必要性が生じている。一方、ミツバチの振動応答性介在ニューロンの神経伝達物質の探索のため、γ―アミノ酪酸（GABA）の免疫抗体染色を行い、脳内のGABAの2次元分布地図を作成した。この結果は、GABA作動性振動応答性介在ニューロンの同定の基礎となる有用な情報となる。またこれまでに収集した振動応答性ニューロンの形態、生理学的実験結果を元に、計算機神経科学的な解析をするためのプログラムおよびそのシステムを構築した。このシステムを用いて、本研究で得られた情報を統合するとともに、計算機シミュレーションによる論理的な解析をするための環境が整った。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究から、匂い源探索行動は匂い学習のみならず、ミツバチの日齢や経験によって影響を受けることが分かった。また尻振りダンスで生じる振動刺激によって匂い源探索報道が促進する効果も、日齢、経験などによって影響を受ける可能性がある。ゆえに本研究提案時点では想定していなかった日齢や経験と匂い源探索行動に対する振動刺激の効果の関係を調べる必要性が生じている。今年度はまず、日齢と尻振りダンス行動との関連を調べるため、羽化したミツバチに個別マーキングを施し、観察巣箱内での日齢と尻振りダンス関連の通信行動との関係、および尻振りダンスで生じる振動刺激の効果を調べる。さらに経験（採餌や他個体との様々な通信行動）と尻振りダンス関連の通信行動との関連を調べるため、巣内である一定期間、外部環境から隔離したミツバチを用い、隔離後自由にしたミツバチの尻振りダンス関連行動、および尻振りダンスで生じる振動刺激の効果を調べる。
一方、振動応答性介在ニューロンの神経伝達物質の探索のため、ジョンストン器官由来感覚ニューロンの一次中枢に分枝をもつ介在ニューロンにガラス微小電極による細胞内染色を行った後、γ―アミノ酪酸（GABA）の免疫抗体染色を行う。この実験によりGABA作動性振動応答性ニューロンを明らかにし、尻振りダンスで生じる振動情報処理に関わる、興奮性および抑制性の神経回路モデルを作成できる。
また、本年度開発した計算機神経科学的な解析をするためのプログラムおよびそのシステムを用いて、尻振りダンスで生じる振動情報処理神経回路のシミュレーションを行う。

Research Products

• [Journal Article] Error in the honeybee waggle dance improves foraging flexibility. (2014)
  • Author(s): Ryuichi Okada, Hidetoshi Ikeno, Toshifumi Kimura, Mizue Ohashi, Hitoshi Aonuma & Etsuro Ito
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 4175
  • DOI: 10.1038/srep04175
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] NeuronDepot – Keeping your colleagues in sync by combining modern cloud storage services, the local system, and simple web applications. (2014)
  • Author(s): Rautenberg, P. L., Kumaraswamy, A., Tejero-Cantero, A., Doblander. C., Norouzian, M., Kai, K., Jacobsen, H-A, Ai, H., Wachtler, T., Ikeno, H.
  • Journal Title: Frontiers in Neuroinformatics Volume: April Pages: 1-16
  • DOI: 10.3389/fninf.2014.00055
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of olfactory stumulus on the flight course of a honeybee, Apis mellifera, in a wind tunnel. (2014)
  • Author(s): Ikeno, H., Akamatsu, T., Hasegawa, Y., Ai, H.
  • Journal Title: Insects Volume: 5 Pages: 92-104
  • DOI: 10.3390/insects5010092
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a new method to track multiple honey bees with complex behaviors on a flat laboratory arena (2014)
  • Author(s): Kimura, T., Ohashi. M., Crailsheim, K., Schmickl, T., Okada, R., Radspieler, G., Ikeno, H.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 9 Pages: E84656
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0084656
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphological analysis of the primary center receiving spatial information transferred by the waggle dance of honeybees. (2013)
  • Author(s): Ai, H., Hagio, H.
  • Journal Title: J. Comp. Neurol. Volume: 521 Pages: 2570-2584
  • DOI: 10.1002/cne.23299
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sensors and sensory processing for airborne vibrations in silk moths and honeybees. (2013)
  • Author(s): Ai, H.
  • Journal Title: Sensors Volume: 13 Pages: 9344-9363
  • DOI: 10.3390/s130709344
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Root orientation can affect detection accuracy of ground-penetrating radar. (2013)
  • Author(s): Tanikawa, T., Hirano, Y., Dannoura, M., Yamase, K., Aono, K., Ishii, M., Igarashi, T., Ikeno, H., Kanazawa, Y.
  • Journal Title: Plant Soil Volume: 373 Pages: 317-327
  • DOI: 10.1007/s11104-013-1798-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ミツバチの尻振りダンスの発現と脳内構造の定量的解析。 (2014)
  • Author(s): 藍 浩之
  • Organizer: 第3回ミツバチシンポジウム
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学
  • Year and Date: 20140220-20140220
  • Invited
• [Presentation] 学習した匂い刺激により生じる歩行様式の性質とその季節変動。 (2013)
  • Author(s): 藍 浩之、宮本奈央、山本千尋、石橋祥太、山下俊也
  • Organizer: 日本動物学会第84回大会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 20130926-20130928
• [Presentation] Response properties of auditory interneurons in the honeybee brain. (2013)
  • Author(s): Kai, K., Ikeno, H., Haupt, S. S., Rautenberg, P., Wachtler, T., Ai, H.
  • Organizer: Bernstein Conference 2012
  • Place of Presentation: Tuebingen, Germany
  • Year and Date: 20130924-20130927
• [Presentation] 昆虫全脳シミュレーションに向けたスーパーコンピュータとのリアルタイム通信の検討 (2013)
  • Author(s): 森 友亮、加沢知毅、宮本大輔、神崎亮平
  • Organizer: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング(NC)研究会
  • Place of Presentation: 新潟大学（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 20130924-20130925
• [Presentation] Toward collaboration in NIJC platform: Standard brain database linked with application server. (2013)
  • Author(s): Ikeno, H., Kazawa, T., Kanzaki, R., Okumura, Y., Yamaguchi, Y., Usui, S.
  • Organizer: INCF Congress Neuroinformatics 2013
  • Place of Presentation: Karolinska Institute (Stockholm, Sweden)
  • Year and Date: 20130827-20130829
• [Presentation] Morphological analysis of the primary center receiving spatial information transferred by the waggle dance of honeybees. (2013)
  • Author(s): Ai, H., Hagio, H.
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第35回大会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路（兵庫県姫路市）
  • Year and Date: 20130713-20130715
• [Presentation] Physiology and morphology of antenna-vibration sensitive neurons in the dorsal lobe of the honey bee, Apis mellifera. (2013)
  • Author(s): Kai, K., Ikeno, H., H. Ai
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第35回大会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路（兵庫県姫路市）
  • Year and Date: 20130713-20130715
• [Presentation] Constructing a multi-compartment parallelized simulation of a premotor area of the silkmoth brain. (2013)
  • Author(s): Kazawa, T., Mori, Y., Miyamoto,D., Namiki, S., Ikeno, H., Haupt, S.S., Nishikawa, I., Kanzaki, R.
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第35回大会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路（兵庫県姫路市）
  • Year and Date: 20130713-20130715
• [Presentation] Development of a tracking program, K-Track, for analyzing honeybee’s behaviors. (2013)
  • Author(s): Kimura, T., Ohashi. M., Crailsheim, K., Schmickl, T., Okada, R., Radspieler, G., Ikeno, H.
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第35回大会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路（兵庫県姫路市）
  • Year and Date: 20130713-20130715