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昆虫微小脳を用いた社会学習の報酬予測誤差仮説の検証

研究課題

研究課題/領域番号 21K19245
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分44:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
研究機関北海道大学

研究代表者

水波 誠  北海道大学, 理学研究院, 教授 (30174030)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード社会学習 / 予測誤差学習 / 2次条件付け / 昆虫 / オクトパミン / コオロギ / 報酬
研究開始時の研究の概要

他個体の行動の観察し知識を獲得する「社会学習」は、ヒトや動物の生存に大きく寄与する。しかしそのニューロン機構はほとんど分かっていない。最近、ヒトの社会学習が、通常の連合学習と同様に、「報酬予測誤差」に基づいておこるという仮説が提案され、その実験的検証が切望されている。
研究代表者は、コオロギの連合学習が、哺乳類の連合学習と同様、動物が予測する報酬や罰と実際に受け取る報酬や罰の差、すなわち「予測誤差」に基づいて起こることを発見した。またコオロギには社会学習の高い能力があることを発見した。
本研究では、コオロギを研究材料として用い、その社会学習が予測誤差仮説で説明できるかの検証に挑戦する。

研究成果の概要

他個体の行動の観察し知識を獲得する「社会学習」は、動物界に広く見られる。本研究ではフタホシコオロギを用い、社会学習が「予測誤差仮説」によって説明できるかを検証した。コオロギが水場で他個体が水を飲むのを観察すると、水場の匂いを水と連合させて覚える嗜好性社会学習が起こる。薬理学的な解析の結果、この社会学習は「2次条件付け」により起こることが分かり、「予測誤差仮説」は棄却された。一方、2次条件付仮説は、オクトパミンニューロンが「ミラー様」の神経活動を示すことにより社会学習が起こることを示唆している。これは哺乳類の社会学習で「ミラー様神経活動」が果たす役割に類似することを示唆するもので興味深い。

研究成果の学術的意義や社会的意義

多くの動物は他個体の行動から学ぶ社会学習を示すが、その仕組みはよく分かっていない。本研究での薬理的な解析の結果、フタホシコオロギの社会学習が「2次条件付け」によって起こることが示唆された。私達が提案する2次条件付けの神経回路モデルからは、オクトパミンニューロンは自身が水を飲む時に発火するが、他個体が水を飲むのを見た時にも発火すること、その様な「ミラー様の神経活動」が社会学習をもたらすことが予測される。昆虫のニューロンが哺乳類と同様に「ミラー様神経活動」を示し社会学習を実現するという本研究での提案は、大きな注目を集めると期待される。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Harvard University(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Universidad Publica de Navarra(スペイン)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] oskar acts with the transcription factor Creb to regulate long-term memory in crickets.2023

    • 著者名/発表者名
      Kulkarni, A., Ewen-Campen, B., Terao, K., Matsumoto, Y., Li, Y., Watanabe, T., Kao, J. A., Parhad, S. S., Ylla, G., Mizunami, M.. Extavour, C. G.
    • 雑誌名

      PNAS

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Octopamine neurons mediate reward signals in social learning in an insect2023

    • 著者名/発表者名
      Yuma Segi, Kohei Hashimoto, Mamkoto Mizunami
    • 雑誌名

      iScience

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spontaneous recovery from overexpectation in an insect2022

    • 著者名/発表者名
      Terao Kanta、Matsumoto Yukihisa、Alvarez Beatriz、Mizunami Makoto
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 9827-9827

    • DOI

      10.1038/s41598-022-13800-2

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Conditioned taste aversion in the cricket Gryllus bimaculatus2022

    • 著者名/発表者名
      Lyu Hui、Mizunami Makoto
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 9751-9751

    • DOI

      10.1038/s41598-022-13500-x

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Silencing the odorant receptor co-receptor impairs olfactory reception in a sensillum-specific manner in the cockroach2022

    • 著者名/発表者名
      Tateishi Kosuke、Watanabe Takayuki、Nishino Hiroshi、Mizunami Makoto、Watanabe Hidehiro
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 号: 5 ページ: 104272-104272

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.104272

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] What Is Learned in Pavlovian Conditioning in Crickets? Revisiting the S-S and S-R Learning Theories2021

    • 著者名/発表者名
      Mizunami Makoto
    • 雑誌名

      Frontiers in Behavioral Neuroscience

      巻: 15 ページ: 661225-661225

    • DOI

      10.3389/fnbeh.2021.661225

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Transcriptomic and phylogenetic analyses for the periplanone receptor gene family in the antennae of Blattidae cockroaches.2023

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Watanabe, Hiroshi Nishino, Kosuke Tateishi, Hidehiro Watanabe, Makoto Mizunami
    • 学会等名
      International Conference for Blattodea Research
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional elucidation of two sex pheromones in the American cockroach; from receptions to behaviors2023

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Tateishi, Takayuki Watanabe, Mana Domae, Hiroshi Nishino, Makoto Mizunami, Hidehiro Watanabe
    • 学会等名
      International Conference for Blattodea Research
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Transcriptome analyses of chemosensory receptor genes in the antennae of cockroaches and a cricket.2022

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Watanabe, Makoto Mizunami, Hiroshi Nishino, Hidehiro Watanabe, Kosuke Tateishi
    • 学会等名
      Annual meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Two distinct sex pheromone processing pathways in the American cockroach; from receptions to behaviors.2022

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Tateishi, Takayuki Watanabe, Mana Domae, Hiroshi Nishino, Makoto Mizunami, Hidehiro Watanabe
    • 学会等名
      Annual meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Roles of octopamine and dopamine neurons in the formation of parallel appetitive and aversive memories and their control over conditioned response in Pavlovian conditioning in the cricket Gryllus bimaculatus2022

    • 著者名/発表者名
      Sadniman Rahman, Makoto Mizunami
    • 学会等名
      Annual meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] コオロギ(Gryllus bimaculatus)における嫌悪性社会学習メカニズムの解明2022

    • 著者名/発表者名
      橋本光平, 水波誠
    • 学会等名
      日本動物学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ワモンゴキブリの2種の性フェロモンの受容機構と行動的役割の違い2022

    • 著者名/発表者名
      立石康介,渡邊崇之,西野浩史,水波誠,渡邉英博
    • 学会等名
      日本動物学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Functional and developmental analysesofthe sex pheromone receptionsystem in the American cockroach during the nymphal-adult transition2022

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Tateishi, Takayuki Watanabe, Hiroshi Nishino, Makoto Mizunami, Hiroyuki Ai, Hidehiro Watanabe
    • 学会等名
      International Congress of Neuroethology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pharmacological analysis of social learning in the cricket Gryllus bimaculatus.2021

    • 著者名/発表者名
      Yuma Segi, Makoto Mizunami
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 水波研ホームページ

    • URL

      https://www.sci.hokudai.ac.jp/~mizunami/MICROB~2/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 水波研究室ホームページ

    • URL

      https://www.sci.hokudai.ac.jp/~mizunami/MICROB~2/

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-07-13   更新日: 2024-01-30  

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