テレメトリシステムを用いた昆虫の自由飛翔中における生体信号計測及び行動解析

• Project/Area Number: 00J09591
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Research Fellow: 酒造 正樹 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2000 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2002: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2001: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2000: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: テレメトリ / 筋電位 / カイコガ / リモートパワリング / チップ試作

Research Abstract

体重が1g弱の昆虫(カイコガ)を対象として,行動の自由を阻害しないような低侵襲の小型軽量計測デバイス(マイクロテレメータ)を試作することを目的として研究をおこなった.試作したマイクロテレメータを用いて実際にカイコガの飛翔筋の筋電位を計測することで,システム全体の有効性を示した.
本研究で試作したテレメータの信号処理回路には,光を用いたトランスミッションの方法について提案した.筋電位のテレメトリにおいて,解析の際に必要となるパラメータは発火タイミングであるので,それをLEDの点灯により計測する手法を提案した.電気回路の構成が1組のアンプとLEDにより構成されるので,従来の無線方式におけるテレメータと比較して非常にシンプルである.
本研究で試作したテレメータを駆動する方法として,外部から非接触でエネルギを供給する電磁誘導の原理によるリモートパワリングシステムを用いた.昆虫に搭載可能なサイズを実現する上での条件の検討と,その回路設計および試作をおこなった.昆虫に搭載可能なものは,フェライトコアにコイルに巻いたコイルで,これを用いて十分な電力を得ることができた.
光テレメータとリモートパワリングという要素技術を統合して,実際に自由行動下のカイコガの飛翔筋の筋電位を計測した.まず,電池駆動による計測と同じ結果が得られることをハイスピードビデオカメラを用いた計測結果から示した.記録した映像から翅の運動と筋電位の発火タイミングが同時にわかることが利点である.
以上のように,カイコガの自由行動下での筋電位計測実験により,試作したマイクロテレメトリシステムの有効性を実証した.特性評価実験から,カイコガ以外の動物においても適用可能であり,また筋電位以外の生体信号も同じシステムを用いて計測できる汎用性に富むものであることがわかる.