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2013 Fiscal Year Research-status Report

昆虫の状況依存的行動応答変化を規範とする探索アルゴリズムの構築

Research Project

Project/Area Number 25420212
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

倉林 大輔  東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (00334508)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords匂い源探索 / カイコガ / サーボスフィア / 光遺伝的手法
Research Abstract

本研究では,雄カイコガ成虫の性フェロモン源探索行動を主な計測対象とし,感覚種別の多様性ではなく,状況依存的な行動選択過程の解明と,その目的行動に対する機能性の検証に取り組む.その目的は,化学物質発生源の探索という工学的に価値のある機能を普遍的に有する生物の行動アルゴリズムを解明し,人工物による実現に資するためである.平成25年度は,研究計画に沿って,対象生物を拘束することなく行動計測が可能な3自由度サーボスフィアと呼ぶ実験装置を構築した.この装置においては,全方向移動車両に用いられるメカナムホイール3組を用い,直径約30cmの球体を支持する.球体上面に計測対象生物を拘束することなく配置し,上面から高速度カメラによって生物の位置・姿勢を計測する.計測結果に基づき,適切に球体をフィードバック制御することで,計測対象の生物が歩行しても常に一定の位置・姿勢を維持させることが可能となり,同時に制御結果より生物の行動軌跡をリアルタイムで得ることができる.その結果,コンピュータ上の仮想刺激空間と実際の生物による刺激入力-行動出力フィードバックを構成することができ,刺激入力の状況・履歴と行動結果の対応関係を計測可能とした.製作した装置では,200Hzでのフィードバックを可能とし,任意の刺激条件下で連続行動中の生物動態追跡が可能となった.これに加えて,遺伝子改変により化学感覚を光感覚に置換したカイコガの導入に成功し,不確実な化学感覚を時空間分解能の高い光信号に置換し,行動計測実験を行うことに成功した.この結果,これまで十分には明らかではなかった,匂い源探索における左右感覚分別の有効性について基礎的なデータを得ることに成功した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究計画において,平成25年度は,対象生物を拘束することなく,計測者が刺激を任意に提示できる実験系を構築し,知覚状況や刺激入力の履歴と行動応答の関係を解析可能とすることを掲げた.またこの際に,匂い,すなわち化学感覚を光感覚に置換する遺伝改編カイコガを導入し,実験系の時空間解像度を向上させることを併せて掲げた.本年度の成果では,前者は3自由度サーボスフィアと呼ぶ新規な実験装置の構築成功により達成され,後者についても光によって感覚神経のイオンチャネルを強制的に開くChannelrhodopsin-2を導入したカイコガを用いて実験に成功しており,達成したと判断できる.本年度は,実験装置である3自由度サーボスフィアの開発及び改良に重点を置き,フィードバック速度の向上や制振性の向上を随時行ってきたため,統計的に十分な量の計測結果を得るには至っていない.次年度は,本年度で構築に成功した実験系によって計測データを蓄積し,目的とする状況依存的な行動選択過程の解明と,その目的行動に対する機能性の検証に取り組む予定である.

Strategy for Future Research Activity

平成26年度以降では,計測対象生物の状況依存的な行動選択過程の解明と,その目的行動に対する機能性の検証に取り組む.具体的には,行動応答の変化が持つ機能性を工学的に表現し,人工物における動作アルゴリズムの行動規範を数理モデル化する.本研究において取り上げる目的行動は,匂い(性フェロモン)源探索行動であることから,情報源推定における情報エントロピーの最大化を図っているのではないかという仮説が考えられる.そこで本研究では,前年度中に製作した実験装置を用い,情報エントロピーの増減と知覚状況・入力履歴の関係を同定する.この同定結果に基づいて,知覚-行動連関の経時的可塑性と機能性の有無について判断する.また,仮想空間内で動作するシミュレーションエージェントを作成し,上記において同定した経時的可塑性の導入の有無と,目標行動達成の関連について統計的な検証を行い,その有効性を判定するとともにこれを取り入れた人工システムのためのアルゴリズムを構築する.以上によって,研究目標を達成する計画である.

  • Research Products

    (13 results)

All 2014 2013

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (11 results)

  • [Journal Article] カイコガ行動計測のための3 自由度サーボスフィアの構築2014

    • Author(s)
      志垣俊介,福島俊平,峯岸諒,倉林大輔,神崎亮平
    • Journal Title

      日本機械学会論文誌C編

      Volume: (in press) Pages: (in press)

    • DOI

      (in press)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantitative Analysis of the Silk Moth’s Chemical Plume Tracing Locomotion Using a Hierarchical Classification Method2014

    • Author(s)
      Jouh Yeong Chew, Daisuke Kurabayashi
    • Journal Title

      Journal of Bionic Engineering

      Volume: 11(2) Pages: 268-281

    • DOI

      10.1016/S1672-6529(14)60036-6

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 匂い源探索行動におけるカイコガ雄成虫の行動パラメタに対する定位性能評価2014

    • Author(s)
      倉林大輔,高橋洋介,峯岸諒,Tosello, Elisa,Pagello, Enrico,神崎亮平
    • Organizer
      第26回計測自動制御学会自律分散システム・シンポジウム
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20140123-20140124
  • [Presentation] Estimation of Stimuli Timing to Evaluate Chemical Plume Tracing Behavior of the Silk Moth2013

    • Author(s)
      Jouh Yeong Chew, Kotaro Kishi, Yohei Kinowaki and Daisuke Kurabayashi
    • Organizer
      The 2nd International Conference on Robot Intelligence Technology and Applications
    • Place of Presentation
      Denver, CO, USA
    • Year and Date
      20131218-20131220
  • [Presentation] Adaptive Control System of an Insect Brain during Odor Source Localization2013

    • Author(s)
      Ryo Minegishi, Yosuke Takahashi, Atsushi Takashima, Daisuke Kurabayashi, and Ryohei Kanzaki
    • Organizer
      the 2013 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20131103-20131107
  • [Presentation] A Tethered System to Investigate the Behavioral Changes of the Silk Moth for Chemical Plume Tracing2013

    • Author(s)
      JouhYeong Chew, Kotaro Kishi, Yohei Kinowaki, Ryo Minegishi, and Daisuke Kurabayashi
    • Organizer
      10th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence
    • Place of Presentation
      Jeju, Korea
    • Year and Date
      20131031-20131102
  • [Presentation] カイコガ自由行動計測のための3自由度サーボスフィア2013

    • Author(s)
      志垣俊介,福島俊平,峯岸諒,倉林大輔,神崎亮平
    • Organizer
      第31回日本ロボット学会学術講演会
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20130904-20130906
  • [Presentation] 昆虫自由歩行測定のための非拘束型計測装置2013

    • Author(s)
      志垣俊介,福島俊平,峯岸諒,倉林大輔,神崎亮平
    • Organizer
      計測自動制御学会第19回創発システムシンポジウム
    • Place of Presentation
      Osaka, Japan
    • Year and Date
      20130831-20130902
  • [Presentation] Property Investigation of Chemical Plume Tracing Algorithm in an Insect using Bio-machine Hybrid System2013

    • Author(s)
      Daisuke KURABAYASHI, Yosuke TAKAHASHI, Ryo MINEGISHI, Elisa TOSELLO, Enrico PAGELLO, and Ryohei KANZAKI
    • Organizer
      The 2nd International Conference on Biomimetics and Neurotechnology
    • Place of Presentation
      London, UK
    • Year and Date
      20130731-20130802
  • [Presentation] Behavioral Analysis of Insects with Virtual Environments for Biomimetic Chemical Plume Tracing2013

    • Author(s)
      Kotaro Kishi, Takahide Goto, Masashi Tabuchi, Ryo Minegishi, Hideki Sezutsu, Daisuke Kurabayashi, and Ryohei Kanzaki
    • Organizer
      the 35th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • Place of Presentation
      Hyogo, Japan
    • Year and Date
      20130713-20130715
  • [Presentation] Behavior Measurement of a Male Silkworm Moth using 3-DOF Servo-Sphere2013

    • Author(s)
      Shunsuke Shigaki, Ryo Minegishi, Shunpei Fukushima, Daisuke Kurabayashi, and Ryohei Kanzaki
    • Organizer
      the 35th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • Place of Presentation
      Hyogo, Japan
    • Year and Date
      20130713-20130715
  • [Presentation] 生物規範型匂い源探索行動の実現に向けた仮想環境による昆虫の探索行動解析2013

    • Author(s)
      岸昂太郎,後藤高英,田渕理史,峯岸諒,瀬筒秀樹,神崎亮平,倉林大輔
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • Place of Presentation
      Ibaraki, Japan
    • Year and Date
      20130523-20130524
  • [Presentation] エコーステートネットワークを用いたカイコガ匂い源探索行動中の刺激受容推定2013

    • Author(s)
      木ノ脇陽平,中村雄大,Chew Jouh Yeong, 倉林大輔
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • Place of Presentation
      Ibaraki, Japan
    • Year and Date
      20130523-20130524

URL: 

Published: 2015-05-28  

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