水波ー宇ノ木学習モデルの検証と展開

• 研究課題/領域番号: 24370030
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 動物生理・行動
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 水波 誠 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30174030)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2014年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2013年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2012年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: 学習 / 記憶 / 予測誤差 / ドーパミン / オクトパミン / 昆虫 / 視覚 / 嗅覚 / ブロッキング / 習慣形成 / コオロギ / 古典的条件付け

研究成果の概要

本研究では、３つの重要な成果がえられた。第1に、コオロギで「ブロッキング」と呼ばれる重要な学習現象が成立することがわかった。ブロッキングを説明する理論として報酬予測誤差仮説と選択注意説の2つがあるが、コオロギのブロッキングは「報酬予測誤差」によるものであることがわかった。第2に、過剰な訓練を行うと報酬や罰の経験の想起なしに学習行動が遂行されること、すなわち「学習行動の習慣化」が起こることがわかった。第３に、ゴキブリのキノコ体垂直葉のニューロンの一部が、学習による匂い応答の変化を示すことが明らかになった。これらは水波―宇ノ木学習モデルを大きく展開し、またその神経基盤に迫る成果であった。

研究成果

• [雑誌論文] Coarse topographic organization of pheromone-sensitive afferents from different antennal surfaces in the American cockroach. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishino H, Watanabe H, Kamimura I, Yokohari F, Mizunami M.
  • 雑誌名: Neurosci. Lett. 巻: 595 ページ: 35-40
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2015.04.006
  • NAID: 120005952006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Critical evidence for the prediction error theory in associative learning. (2015)
  • 著者名/発表者名: Terao K, Matsumoto Y, Mizunami M
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 5 号: 1 ページ: 8929-8929
  • DOI: 10.1038/srep08929
  • NAID: 120005602518
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Toward elucidating diversity of neural mechanisms underlying insect learning. (2015)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M, Hamanaka Y, Nishino H.
  • 雑誌名: Zool. Lett. 巻: 1 号: 1 ページ: 8-8
  • DOI: 10.1186/s40851-014-0008-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Roles of calcium/calmodulin-dependent kinase II in long-term memory formation in crickets. (2015)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M, Nemoto Y, Terao K, Hamanaka Y, Matsumoto Y.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 9 号: 9 ページ: 9-9
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0107442
  • NAID: 120005496509
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cyclic nucleotide–gated channels, calmodulin, adenylyl cyclase and calcium/calmodulin-dependent kinase II are required for late but not early long-term memory formation in the honey bee (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Y, Sandoz JC, Devaud JM, Lormant F, Mizunami M, Giurfa M
  • 雑誌名: Learning & Memory 巻: 21 号: 5 ページ: 272-286
  • DOI: 10.1101/lm.032037.113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Roles of NO signaling in long-term memory formation in visual learning in an insect. (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Y, Hirashima D, Terao K, Mizunami M.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 号: 7 ページ: e68538-e68538
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0068538
  • NAID: 120005342541
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis and modeling of neural processes underlying sensory preconditioning (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Y, Hirashima D, Mizunami M.
  • 雑誌名: Neurobiol. Learn. Mem. 巻: 101 ページ: 103-113
  • DOI: 10.1016/j.nlm.2013.01.008
  • NAID: 120005228719
  • 査読あり
• [雑誌論文] Participation of NO signaling in formation of long-term memory in salivary conditioning of the cockroach. (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, C.S., Kuramochi, T., Matsumoto, Y., Watanabe, H., Nishino, H., Mizunami, M.
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 巻: 印刷中 ページ: 4-8
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2013.01.010
  • NAID: 120005295655
  • 査読あり
• [雑誌論文] Divergent and convergent projections to the two parallel olfactory centers from two neighboring, pheromone-receptive glomeruli in the male American cockroach. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishino H., Iwasaki M., Kamimura I., Mizunami M.
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 印刷中 号: 15 ページ: 3428-3445
  • DOI: 10.1002/cne.23111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visual and olfactory input segregation in the mushroom body calyces in a basal neopteran, the American cockroach (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishino H, Iwasaki M, Yasuyama K, Hongo H, Watanabe H, Mizunami M.
  • 雑誌名: Arthropod Structure & Development 巻: 41 号: 1 ページ: 3-16
  • DOI: 10.1016/j.asd.2011.08.005
  • 査読あり
• [学会発表] 加齢コオロギにみられる長期記憶障害に対するメラトニンの抑制効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松本幸久、松本千尋、水波誠、中野真樹、服部淳彦
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 東北大学(仙台市）
  • 年月日: 2014-09-13
• [学会発表] ワモンゴキブリにおけるドーパミン免疫陽性ニューロンの脳内分布 (2014)
  • 著者名/発表者名: 浜中良隆、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 東北大学（仙台市）
  • 年月日: 2014-09-13
• [学会発表] 予測誤差に基づく昆虫の学習 (2014)
  • 著者名/発表者名: 寺尾勘太、松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 東北大学（仙台市）
  • 年月日: 2014-09-13
• [学会発表] 昆虫の学習は予測誤差に基づくのか？ (2014)
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 東北大学（仙台市）
  • 年月日: 2014-09-12
  • 招待講演
• [学会発表] コオロギの他個体観察による学習 (2014)
  • 著者名/発表者名: 蝦名宥輝、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 東北大学（仙台市）
  • 年月日: 2014-09-11
• [学会発表] Observational learning in crickets. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ebina H, Mizunami M
  • 学会等名: 2014 ICN/JSCPB
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道）
  • 年月日: 2014-07-31
• [学会発表] Extavour C. oskar functions in adult neural stem cells to influence long-term memory formation in the cricket Gryllus bimaculatus. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ewen-Campen B, Wakuda R, Terao K, Matsumoto Y, Mizunami M,
  • 学会等名: 2014 ICN/JSCPB
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道）
  • 年月日: 2014-07-31
• [学会発表] Dopaminergic neurons in the brain of the cockroach, Periplaneta americana. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamanaka Y, Mizunami M.
  • 学会等名: 2014 ICN/JSCPB
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道）
  • 年月日: 2014-07-29
• [学会発表] Conditioning parameters for long-term memory formation in the cockroach. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hosono S, Mizunami M.
  • 学会等名: 2014 ICN/JSCPB
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道）
  • 年月日: 2014-07-29
• [学会発表] Critical evidence for the prediction error theory in associative learning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Terao K, Matsumoto Y., Mizunami M
  • 学会等名: 2014 ICN/JSCPB
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道）
  • 年月日: 2014-07-29
• [学会発表] Sensing the structural architecture of odor plumes with a single antenna (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishino H, Iwasaki M, Yoritsune A, Kamimura I,Mizunami M
  • 学会等名: 2014 ICN/JSCPB
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道）
  • 年月日: 2014-07-29
• [学会発表] Roles of aminergic neurons in insect learning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M
  • 学会等名: Hokkaido Neuroethology workshops
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2014-07-27
  • 招待講演
• [学会発表] Dopaminergic neurons in the brain of the cockroach, Periplaneta americana. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamanaka Y, Mizunami M.
  • 学会等名: Hokkaido Neuroethology workshops
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2014-07-27
• [学会発表] Observational learning in crickets. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ebina H, Mizunami M.
  • 学会等名: Hokkaido Neuroethology workshops
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2014-07-27
• [学会発表] Critical evidence for the prediction error theory in associative learning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Terao K, Matsumoto Y, Mizunami M.
  • 学会等名: Hokkaido Neuroethology workshops
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2014-07-27
• [学会発表] 昆虫の加齢性記憶障害に対する一酸化窒素とメラトニンの回復効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松本幸久、松本 -佐藤千尋、水波誠、中野真樹、服部淳彦
  • 学会等名: 日本抗加齢医学会
  • 発表場所: 大阪国際会議場（大阪市）
  • 年月日: 2014-06-08
• [学会発表] Memory molecules in insects : from behavioral pharmacological studios of olfactory learning in crickets. (2012)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Y, Matsumoto C, Mizunami M.
  • 学会等名: 日本神経科学学会
  • 発表場所: 名古屋コンベンションセンター(名古屋)(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] コオロギ古典的条件付けにおける習慣形成の行動学的証明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 廣鰭翔、松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪)
  • 年月日: 2012-09-15
• [学会発表] フタホシコオロギの嗅覚学習におけるPKCシグナルの役割解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川中子沙織、松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪)
  • 年月日: 2012-09-15
• [学会発表] コオロギ古典的条件付けにおける習慣形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 廣鰭翔、松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会北海道支部会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌)
  • 年月日: 2012-08-25
• [学会発表] Analysis and modeling of sensory preconditioning in crickets. (2012)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M, Matsumoto Y, Hirashima D.
  • 学会等名: 10th International Congress of Neuroethology
  • 発表場所: Maryland (USA)
  • 年月日: 2012-07-19
• [学会発表] Olfactory conditioning of mandible elevation response in cricket. (2012)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Y, Matsumoto C, Mizunami M.
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会
  • 発表場所: 総合研究大学院大学(葉山市)
  • 年月日: 2012-07-07
• [学会発表] Roles of aminergic neurons in memory acquisition and retrieval in crickets. (2012)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M.
  • 学会等名: International Symposium : Biogenic Amines in Insects
  • 発表場所: Frie Univ. Berlin (Germany)(Invited lecture)
  • 年月日: 2012-07-07
• [学会発表] Analysis and modeling of sensory preconditioning in crickets
  • 著者名/発表者名: Mizunami M, Matsumoto Y, Hirashima D
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会
  • 発表場所: イーグレひめじ（姫路市）
• [学会発表] コオロギにおけるブロッキング現象の確認
  • 著者名/発表者名: 寺尾勘太，松本幸久，水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会北海道支部会
  • 発表場所: 北海道教育大学（札幌市）
• [学会発表] ゴキブリを用いた新しい学習実験系の確立
  • 著者名/発表者名: 細野翔平，松本幸久，水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会北海道支部会
  • 発表場所: 北海道教育大学（札幌市）
• [学会発表] RNAi によるコオロギの記憶形成に関わる分子機構の解明
  • 著者名/発表者名: 和久田亮，松本幸久，水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会北海道支部会
  • 発表場所: 北海道教育大学（札幌市）
• [学会発表] コオロギの古典的条件づけにおけるブロッキング
  • 著者名/発表者名: 寺尾勘太，松本幸久、水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山市）
• [学会発表] コオロギ古典的条件付けにおける習慣形成とオクトパミンニューロンの関係の解明
  • 著者名/発表者名: 廣鰭翔，松本幸久，水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山市）
• [学会発表] RNA 干渉法によるコオロギの学習・記憶の分子メカニズムの解析
  • 著者名/発表者名: 和久田亮，中村太郎，松本幸久，野地澄晴，三戸太郎，水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山市）
• [学会発表] フタホシコオロギの加齢性記憶障害における飼育環境の影響
  • 著者名/発表者名: 松本幸久，松本-佐藤千尋，中野真樹，服部淳彦，水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山市）
• [学会発表] MER を用いたゴキブリの学習
  • 著者名/発表者名: 細野翔平，松本幸久，水波誠
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山市）
• [学会発表] Intelligence with microbrains: Cognitive processes underlying insect learning
  • 著者名/発表者名: Mizunami M
  • 学会等名: International workshop on animal instinctive and intelligent behaviors
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [図書] 動物の事典 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] Bioinspired Actuators and Sensors (2015)
  • 著者名/発表者名: Taya M, Vonkenburgh Ev, Mizunami M, Nomura S.
  • 出版者: Cambridge Univ Press
• [図書] 研究者が教える動物実験、第2巻 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 出版者: 共立出版
• [図書] 研究者が教える動物実験 第3巻 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松本幸久、水波誠、松本千尋
  • 出版者: 共立出版
• [図書] Cricket as a Model Organism: Development, Regeneration, and Behavior (2015)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M
  • 出版者: Springer-verlag
• [図書] 行動生物学辞典 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 総ページ数: 637
  • 出版者: 東京化学同人
• [図書] Invertebrate Learning and Memory (2013)
  • 著者名/発表者名: Mizunami M., Matsumoto Y., Watanabe H., Nishino H.
  • 総ページ数: 12
  • 出版者: Springer-Verlag
• [図書] 高校生物教師用指導書(DVD版) (2013)
  • 著者名/発表者名: 水波誠
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 東京書籍
• [図書] 研究者が教える動物飼育第2巻「昆虫とクモの仲間」 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松本幸久、水波誠
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 共立出版
• [備考] 水波誠研究室
  • URL: https://www.sci.hokudai.ac.jp/~mizunami/MICROB~2/
• [備考] 水波誠研究室
  • URL: https://www.sci.hokudai.ac.jp/~mizunami/MICROB~2/
• [備考] ようこそ水波研究室へ
  • URL: http://www._sci._hokudai._ac._jp/._mizunami/MICROB._2/index._html
• [備考] Invertebrate Brain Gallery
  • URL: http://invbrain._neuroinf.jp/modules/newdb1/list._php?id=2&n=20&sort=1&sort_method=desc&item=0&ml_lang=en