昆虫の学習における報酬系と罰系の役割の解明

• 研究課題/領域番号: 18370027
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 動物生理・行動
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 水波 誠 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 准教授 (30174030)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 15,770千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 2,370千円); 2008年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2007年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2006年度: 5,500千円 (直接経費: 5,500千円)
• キーワード: 学習 / 行動 / 脳 / 報酬系 / 罰系 / 昆虫 / 薬理学 / 脳・神経 / 行動学 / 条件付け / 記憶 / 生体アミン

研究概要

本研究では、コオロギの嗅覚および視覚学習において、ドーパミン作動性ニューロンが罰情報を伝え、オクトパミン作動性ニューロンが報酬情報を伝えるのみならず、それらのニューロンの正常な活動が、記憶の読み出しにも必須であることを薬理学的な解析により明らかにした。この現象を説明するために、新規学習モデル「水波-宇ノ木モデル」を提案し、2次条件づけを用いた行動薬理学的解析により、モデルを検証した。さらにコオロギにおいて一般に罰記憶は報酬記憶より減衰しやすいことを明らかにし、これがヒトを含む動物の記憶に共通する性質であるとの仮説を提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Why the carrot is more effective than the stick : different dynamics of punishment memory and reward memory and its possible biological basis (2009)
  • 著者名/発表者名: Nakatani Y, Matsumoto Y, Mori Y, Hirashima D, Nishino H, and Arikawa K, Mizunami M
  • 雑誌名: Neurobiol. Learn. Mem (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional and topographic segregation of glomeruli revealed by local staining of antennalsensory neurons in the honeybee Apis mellifera (2009)
  • 著者名/発表者名: Nishino H, Nishikawa M, Mizunami M, and Yokohari F
  • 雑誌名: J. Comp. Neurol 515 ページ: 161-180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systemic RNA interference for the study of learning and memory in an insect (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahashi T., Hamada A., Miyawaki K., Matsumoto Y., Mito T., Noji S. and Mizunami M
  • 雑誌名: J. Neurosci. Methods 179 ページ: 9-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systemic RNA interference for the study of learning and memory in an insect (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Y., et.al.
  • 雑誌名: J. Neurosci. Methods 179 ページ: 9-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional and topographic segregation of glomeruli revealed by local staining of antennal sensory neurons in the honeybee Apis mellifera. (2009)
  • 著者名/発表者名: Nishino H., et.al.
  • 雑誌名: J Comp. Neurol. 515 ページ: 161-180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Salivary conditioning with antennal gustatory unconditioned stimulus in an insect (2008)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H., Sato C., Kuramochi T., Nishino H. and Mizunami M
  • 雑誌名: Neurobiol. Learn. Mem 90 ページ: 245-254
  • 査読あり
• [雑誌論文] Salivary conditioning with antennal gustatory unconditioned stimulus in an insect (2008)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H., et.al.
  • 雑誌名: Neurobiol. Learn. Mem. 90 ページ: 245-254
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neural pathways for the processing of alarm pheromone in the ant brain (2007)
  • 著者名/発表者名: Yamagata N., Nishino H. and Mizunami M
  • 雑誌名: J.Comp.Neurol 505 ページ: 424-442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pavlov' s cockroach : classical conditioning of salivation in an insect (2007)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H. and Mizunami M
  • 雑誌名: PLoS ONE 6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Both circumferential and longitudinal position of sensilla on an insect antennae influence afferent terminal location in glomeruli (2007)
  • 著者名/発表者名: Nishino H. and Mizunami M
  • 雑誌名: NeuroReport 18 ページ: 1765-1769
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pavlov's cockroach: classical conditioning of salivation in an insect. (2007)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, & Mizunami M.
  • 雑誌名: PLoS ONE 6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neural pathways for the processing of alarm pheromone in the ant brain. (2007)
  • 著者名/発表者名: Yamagata N, Nishino H & Mizunami M.
  • 雑誌名: J. Comp. Neurol. 505 ページ: 424-442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Both circumferential and longitudinal position of sensilla on an insect antennae influence afferent terminal location in glomeruli (2007)
  • 著者名/発表者名: Nishino H. & Mizunami M.
  • 雑誌名: NeuroReport 18 ページ: 1765-1769
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生きもののデザイン (2007)
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 雑誌名: Inter Communication 60 ページ: 110-111
• [雑誌論文] Roles of octopaminergic and dopaminergic neurons in mediating reward and punishment signals in insect visual learning (2006)
  • 著者名/発表者名: Unoki S., Matsumoto Y. and Mizunami M
  • 雑誌名: Eur.J.Neurosci 24 ページ: 2031-2038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Olfactory memory capacity of the cricket Gryllus Bimaculatus (2006)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Y. and Mizunami M
  • 雑誌名: Biol.Letters 2 ページ: 608-610
  • 査読あり
• [雑誌論文] Termination profiles of insect chemosensory afferents in the antennal lobe are dependent on their origin on the flagellum (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishino H. and Mizunami M
  • 雑誌名: NeuroReport 17 ページ: 1303-1307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Olfactory memory capacity of the cricket Gryllus Bimaculatus (2006)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Y., Mizunami M.
  • 雑誌名: Biology Letters 2 ページ: 608-610
• [雑誌論文] Roles of octopaminergic and dopaminergic neurons in mediating reward and punishment signals in insect visual learning. (2006)
  • 著者名/発表者名: Unoki S., Matsumoto Y., Mizunami, M.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 24 ページ: 2031-2038
• [雑誌論文] Termination profiles of insect chemosensory afferents in the antennal lobe are dependent on their origin on the flagellum (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishino H., Mizunami M.
  • 雑誌名: Neuroreport 17 ページ: 1303-1307
• [学会発表] Cognitive process underlying insect classical conditioning (2009)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M.
  • 学会等名: The 3rd Insect Genomes Research Meeting
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2009-03-12
• [学会発表] セイヨウミツバチ前大脳における内側 (2008)
  • 著者名/発表者名: 山方恒宏、水波誠、Menzel Randolf
  • 学会等名: 外側嗅覚介在経路終末領域での匂い符号化様式日本動物学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2008-09-07
• [学会発表] コオロギの「習慣形成」どれだけ訓練すれば学習行動は習慣になるのか? (2008)
  • 著者名/発表者名: 羽田野愛、松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2008-09-05
• [学会発表] ワモンゴキブリの嗅覚報酬学習におけるオクトパミン受容体阻害剤の影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤千尋、松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2008-09-05
• [学会発表] フタホシコオロギの匂い学習・記憶とアセチルコリン受容体 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松本幸久、郭沛源、佐藤千尋、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2008-09-05
• [学会発表] ワモンゴキブリの学習に関わるニューロンの探索 (2008)
  • 著者名/発表者名: 妹尾龍樹、渡邉英博、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2008-09-05
• [学会発表] フタホシコオロギにおける感覚的事前条件付けの成立 (2008)
  • 著者名/発表者名: 平島大輔、松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2008-09-05
• [学会発表] フタホシコオロギの加齢性記憶障害 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2008-07-21
• [学会発表] 昆虫の古典的条件付けにおける認知過程とそのモデル化 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水波誠、宇ノ木佐会、森康博、平島大介、羽田野愛、松本幸久
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2008-07-21
• [学会発表] 昆虫の古典的条件付けにおける認知過程とそのモデル化 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水波誠、他5名
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2008-07-21
• [学会発表] ゴキブリ匂い学習におけるメカミラミン感受性ケニオン細胞の役割 (2008)
  • 著者名/発表者名: 渡邉英博、水波誠
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2008-07-19
• [学会発表] フタホシコオロギの視覚学習長期記憶における一酸化窒素の役割 (2008)
  • 著者名/発表者名: 平島大介、宇ノ木佐会、松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本神経科学学会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-07-11
• [学会発表] フタホシコオロギの匂い学習の加齢性記憶障害 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松本幸久、高橋俊文、佐藤千尋、水波誠
  • 学会等名: 日本神経科学学会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-07-09
• [学会発表] Simple and complex learning systems in insect brain (2008)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M.
  • 学会等名: Functional Anatomy of the Arthropod Central Complex and Motor Systems
  • 発表場所: Varginia, USA
  • 年月日: 2008-06-28
• [学会発表] Is"cognitive" system involved in classical conditioning in insects as in mammals? (2008)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M
  • 学会等名: International Seminar : Evolutionary Studies in Behavioral Neuroscience
  • 発表場所: Hayama, Japan
  • 年月日: 2008-06-25
• [学会発表] Roles of mushroom body intrinsic neurons in olfactory conditioning revealed by local brain injection of mecamylamine in cockroach (2008)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Mizunami M
  • 学会等名: International Seminar : Evolutionary Studies in Behavioral Neuroscience
  • 発表場所: Hayama, Japan
  • 年月日: 2008-06-25
• [学会発表] Is "cognitive" system involved in classical conditioning in insects as in mammals (2008)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M.
  • 学会等名: International Seminar : Evolutionary Studies in Behavioral Neuroscience
  • 発表場所: 葉山、神奈川県
  • 年月日: 2008-06-25
• [学会発表] Roles of mushroom body intrinsic neurons in olfactory conditioning revealed by local brain injection of mecamylamine in cockroach (2008)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Mizunami M.
  • 学会等名: International Seminar : Evolutionary Studies in Behavioral Neuroscience
  • 発表場所: 葉山(神奈川県)
  • 年月日: 2008-06-25
• [学会発表] Funcational anatomy of the Arthropod Central Complex and Motor systems (2008)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M
  • 学会等名: Simple and Complex learning systems in insect brain(presentation on 12th)
  • 発表場所: Janeria Farm, Varginia, USA
• [学会発表] ワモンゴキブリを用いた唾液分泌の古典的条件づけにおける匂いCS経路の解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 渡邉英博、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] フタホシコオロギの嗅覚学習における転写依存性の長期記憶 (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸山彩、松本幸久、根本悠子、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] CAMKIIはフタホシコオロギの嗅覚学習の長期記憶形成に関わる (2007)
  • 著者名/発表者名: 根本悠子、松本幸久、丸山彩、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] フタホシコオロギの視覚学習長期記憶形成における一酸化窒素の役割 (2007)
  • 著者名/発表者名: 平島大介、宇ノ木佐会、松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] 昆虫の学習における水波-宇ノ木モデルの2次条件づけを用いた検証 (2007)
  • 著者名/発表者名: 森康博、平島大介、羽田野愛、松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] アリ脳における警報フェロモン情報処理 (2007)
  • 著者名/発表者名: 水波誠、山方恒宏
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] ゴキブリにおける状況依存的な嗅覚学習訓練 (2007)
  • 著者名/発表者名: 佐藤千尋、松本幸久、佐倉緑、渡邉英博、水波誠
  • 学会等名: 日本神経科学学会(Neuro2007)
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2007-09-11
• [学会発表] ワモンゴキブリの長期記憶形成におけるNOの役割 (2007)
  • 著者名/発表者名: 倉持友和、渡邊英博、水波誠
  • 学会等名: 日本神経科学学会(Neuro2007)
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2007-09-10
• [学会発表] Nitric oxide synthase ds RNAが長期記憶の形成を抑制する (2007)
  • 著者名/発表者名: 高橋俊文、國遠尚代、浜田明日香、松本幸久、三戸太郎、野地澄晴、水波誠
  • 学会等名: 日本神経科学学会(Neuro2007)
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2007-09-10
• [学会発表] ミツバチの匂い学習の長期記憶形成に関わるシグナル分子 (2007)
  • 著者名/発表者名: 松本幸久、Sandox J-C, Devaud J-M、水波誠、Giurfa M
  • 学会等名: 神経科学学会(Neuro2007)
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2007-09-10
• [学会発表] OAergic reward system and DAergic punishment system underlying insect visual learning (2007)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M, Unoki S, Nakatani Y, Matsumoto Y
  • 学会等名: The 8th congress of the international society for Neuroethology
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2007-07-24
• [学会発表] Context-dependent learning in cockroaches (2007)
  • 著者名/発表者名: Sato C, Matsumoto Y, Sakura M, Watanabe H, Mizunami M
  • 学会等名: The 8th congress of the international society for Neuroethology
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2007-07-24
• [学会発表] Parallel coding properties of odor identity and concentration in honeybee projection neuron boutons (2007)
  • 著者名/発表者名: Yamagata N, Szyszka P, Mizunami M, Menzel R
  • 学会等名: The 8th congress of the international society for Neuroethology
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2007-07-24
• [学会発表] 唾腺ニューロンの活動による昆虫の状況依存学習の観測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 佐藤千尋、松本幸久、渡邉英博、水波誠
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2007-07-06
• [学会発表] ミツバチの匂い学習の長期記憶形成に関わるシグナル伝達物質 (2007)
  • 著者名/発表者名: 松本幸久、Sandox J-C, Devaud J-M、水波誠、Giurfa M
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2007-07-06
• [学会発表] Salivary conditioning in cockroaches (2007)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Mizunami M
  • 学会等名: The 8th congress of the international society for Neuroethology
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2007-06-27
• [学会発表] Olfactory Coding in the Honeybee Brain II. Spatio-Temporal Patterns of Odor Responses in Projection Neuron Boutons in the Mushroom Bodies of the Honeybee (2007)
  • 著者名/発表者名: Yamagata N, Szyszka P, Mizunami M. and Menzel R
  • 学会等名: Goettingen Neurobiology Conference
  • 発表場所: Goettingen, Germany
  • 年月日: 2007-03-30
• [図書] 下澤楯夫・針山孝彦(監修)「昆虫ミメティックス~昆虫の設計に学ぶ~」 昆虫の学習を司る報酬系と罰系(分担執筆) (2008)
  • 著者名/発表者名: 水波誠(編集委員および分担執筆)
  • 出版者: NTS
• [図書] 下澤楯夫・針山孝彦(監修)「昆虫ミメティックス~昆虫の設計に学ぶ~」地平線検出器としての単眼とその応用(分担執筆) (2008)
  • 著者名/発表者名: 水波誠(編集委員および分担執筆)
  • 出版者: NTS
• [図書] 下澤楯夫・針山孝彦(監修)「昆虫ミメティックス~昆虫の設計に学ぶ~」小さな脳、輝く知性(監訳) (2008)
  • 著者名/発表者名: 水波誠(編集委員および分担執筆)
  • 出版者: NTS
• [図書] 下澤楯夫・針山孝彦(監修)「昆虫ミメティックス~昆虫の設計に学ぶ~」キノコ体の覚え書き : 地図からモデルへ(監訳) (2008)
  • 著者名/発表者名: 水波誠(編集委員および分担執筆)
  • 出版者: NTS
• [図書] 昆虫の学習能力はどれくらい?(分担執筆)、山口恒夫編、「昆虫はスーパー脳」 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 出版者: 技術評論社
• [図書] 探索昆蟲微小腦、(「昆虫-驚異の微小脳」の中国語版) (2008)
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 出版者: 陳玉華訳、世茂出版(台湾)
• [図書] 探索昆蟲微小腦 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 総ページ数: 291
  • 出版者: 世茂出版(台湾)
• [図書] 昆虫はスーパー脳 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水波誠(分担執筆)
  • 総ページ数: 27
  • 出版者: 技術評論社
• [図書] 昆虫ミメテイックス (2008)
  • 著者名/発表者名: 水波誠(分担執筆)
  • 総ページ数: 24
  • 出版者: NTS
• [図書] 昆虫の微小脳 : 脳進化の1つの頂点(分担執筆)、小泉修・阿形清和編、「神経系の多様性 : その起源と進化」 (2007)
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 出版者: 培風館
• [図書] 神経系の多様性:その起源と進化 (2007)
  • 著者名/発表者名: 山口恒夫編(水波誠他共著)
  • 出版者: 培風館
• [図書] 昆虫-驚異の微小脳 (2006)
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 総ページ数: 291
  • 出版者: 中央公論新社(中公新書)
• [図書] 昆虫の学習と記憶の生物学(分担執筆)、曽我部正博編、「動物は何を考えているのか? : 学習と記憶の比較生物学」
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 出版者: 共立出版(印刷中)
• [備考]
  • URL: http://www.biology.tohoku.ac.jp/lab-www/microbrain/
• [備考]
  • URL: http://www.biology.tohoku.ac.jp/lab-www/microbrain/