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
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25420212
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
倉林 大輔 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (00334508)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 匂い源探索 / カイコガ / サーボスフィア / 光遺伝的手法 |
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| 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．
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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
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．
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| 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．
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Research Products
(13 results)
