昆虫における逃避行動の聴覚的状況依存性を生み出す脳内神経機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17J04782
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 動物生理・行動
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 福富 又三郎 北海道大学, 生命科学院, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 神経行動学 / 昆虫 / 異種感覚統合 / 状況依存性 / 聴覚系 / 機械感覚系

研究実績の概要

動物は置かれた状況に応じて，同じ刺激に対する逃げ方を柔軟に変化させる．しかし，このような行動の状況依存性を支配する神経基盤は十分に理解されていない．
逃避行動の状況依存性は，逃避そのものを引き起こす「トリガー刺激」と状況を伝える「状況刺激」の感覚情報の統合によって生じる．これまでに私は，コオロギの気流刺激に対する逃避行動が，先行する音刺激によって変化することを報告した（Fukutomi et al., 2015）．さらに前年度の研究では，音による気流逃避行動の変化への搬送周波数の影響を調べ，コウモリの探索超音波に近い高周波音（15 kHzトーン）を聞くと，逃避行動を大きく変化させることを明らかにした（Fukutomi & Ogawa, 2017）．
今年度は，この気流逃避行動の聴覚修飾を支配するニューロンを探索した．私はまず，すでに同定されている前胸神経節内の聴覚介在ニューロン：AN2に注目した．AN2は高周波音に強く応答するだけでなく，気流刺激に対しても応答する多感覚ニューロンであることが，近年所属研究室で明らかにされた（Someya & Ogawa, 2018）．そこで行動実験と同様に，15 kHzトーンを気流に対して800ミリ秒先行して呈示したところ，AN2の気流に対する応答が，気流のみの応答よりも減少した．すなわち，行動実験で観察され逃避行動の修飾と同様に，AN2の気流応答も聴覚入力によって変化した．
AN2は，気流逃避行動に重要な役割をもつ最終腹部神経節からのGIsと並んで，気流感覚情報を脳へ送っている．したがって，AN2の気流応答が先行音によって減少することで，脳に伝えられる気流感覚情報が変化した結果，逃避行動の変化が生じたと推察される．さらに，AN2は一次聴覚ニューロンの入力を直接受けているため，AN2こそが逃避行動の状況依存的な変化の発端である可能性がある．

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Efficient Learning Algorithm for Sparse SubSequence Pattern-based Classication and Applications to Comparative Animal Trajectory Data Analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuto Sakuma, Kazuya Nishi, Kaoru Kishimoto, Kazuya Nakagawa, Masayuki Karasuyama, Yuta Umezu, Shinsuke Kajioka, Shuhei J. Yamazaki, Koutarou D. Kimura, Sakiko Matsumoto, Ken Yoda, Matasaburo Fukutomi, Hisashi Shidara, Hiroto Ogawa, Ichiro Takeuchi
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: 33 号: 3-4 ページ: 134-152
  • DOI: 10.1080/01691864.2019.1571438
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crickets alter wind-elicited escape strategies depending on acoustic context (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukutomi Matasaburo、Ogawa Hiroto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 15158-15158
  • DOI: 10.1038/s41598-017-15276-x
  • NAID: 120006370611
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] コオロギの聴覚刺激による生得的行動の修飾とその神経基盤 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小川 宏人，福富 又三郎，染谷 真琴
  • 学会等名: 日本音響学会2019年春季研究発表会
• [学会発表] Contextual modulation of escape behavior by multisensory integration in the cricket Gryllus bimaculatus (2018)
  • 著者名/発表者名: Matasaburo Fukutomi & Hiroto Ogawa
  • 学会等名: 13th International Congress of Neuroethology
  • 国際学会
• [学会発表] 機械学習による生体ナビゲーションの解析：コオロギ逃避行動における時系列データ解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 福富 又三郎，設樂 久志，尾原 和也，西 和弥，佐久間 拓人，前川 卓也，竹内 一郎，小川 宏人
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] コオロギ気流逃避行動の聴覚状況依存性をもたらす神経基盤の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 福富 又三郎，小川 宏人
  • 学会等名: 日本動物学会第89回札幌大会
• [学会発表] コオロギは聴覚状況に応じて気流逃避行動を変化させる (2017)
  • 著者名/発表者名: 福富 又三郎，小川 宏人
  • 学会等名: 日本動物学会 第88回富山大会
• [学会発表] Action selection for escape behavior in the cricket (2017)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, H., Sato N. and Fukutomi, M.
  • 学会等名: The 44th NAITO CONFERENCE ON Decision Making in the Brain -Motivation, Prediction, and Learning
  • 国際学会
• [学会発表] Crickets modulate wind-elicited escape behavior depending on auditory context with sound carrier frequency. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukutomi, M. and Ogawa, H.
  • 学会等名: 47th annual meeting of the Society for Neuroscience
  • 国際学会