様々な動物を対象とする標準脳の構築と活用に向けた統合ソフトウェア環境の開発

• 研究課題/領域番号: 25330342
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生命・健康・医療情報学
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 池野 英利 兵庫県立大学, 環境人間学部, 教授 (80176114)
• 研究分担者: 藍 浩之 福岡大学, 理学部, 助教 (20330897) ; 神崎 亮平 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40221907) ; 西川 郁子 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (90212117)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2013年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: ニューロン / セグメンテーション / 標準脳 / レジストレーション / 画像処理 / 神経細胞形態 / 主成分分析 / ミツバチ / カイコガ / 神経細胞形態モデル / 神経回路シミュレーション / ニューロインフォマティクス / 昆虫 / データベース

研究成果の概要

本研究では、共焦点レーザ顕微鏡画像を対象に、脳・神経系の形態情報を統合・共有・比較するための標準脳構築の手続きとそのプロセスを支援するソフトウェア環境の開発を進めた。開発したプロトコルは、主としてカイコガ脳を対象に開発を進め、同じ方法がミツバチなど他の昆虫の標準脳構築にも有効であることが示された。ニューロン特有の形態を抽出するプログラムについては、パフォーマンスの向上と図ると共に操作性を大幅に向上させ、OSを選ばない形で提供することができるようになった。このニューロン形態の抽出、記述手法については、サイズは大きく異なるが同様の形状を持つ樹木の根形態の記述にも応用した。

研究成果

• [雑誌論文] Walking patterns induced by learned odors in the honeybee, Apis mellifera L. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, T., Haupt, S. S., Ikeno, H., Ai, H.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Biology 巻: 219 ページ: 12-16
  • DOI: 10.1242/jeb.123356
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 減災の観点から樹木根系を非破壊的に推定する地中レーダ法の現状と課題 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平野恭弘, 山瀬敬太郎, 谷川東子, 檀浦正子, 檀浦正子, 大橋瑞江, 藤堂千景, 池野英利
  • 雑誌名: 日本緑化工学会誌 巻: 41 ページ: 319-325
  • 査読あり
• [雑誌論文] 間伐がスギの最大引き倒し抵抗モーメントにもたらす影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤堂千景, 山瀬敬太郎, 谷川東子, 大橋瑞江, 池野英利, 檀浦正子, 檀浦正子, 平野恭弘
  • 雑誌名: 日本緑化工学会誌 巻: 41 ページ: 309-314
  • 査読あり
• [雑誌論文] 異なる土壌環境下における根系構造と引き抜き抵抗力との関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山瀬敬太郎, 谷川東子, 池野英利, 藤堂千景, 大橋瑞江, 檀浦正子, 檀浦正子, 平野恭弘
  • 雑誌名: 日本緑化工学会誌 巻: 41 ページ: 301-307
  • 査読あり
• [雑誌論文] NeuronDepot – Keeping your colleagues in sync by combining modern cloud storage services, the local system, and simple web applications. (2014)
  • 著者名/発表者名: Rautenberg, P. L., Kumaraswamy, A., Tejero-Cantero, A., Doblander. C., Norouzian, M., Kai, K., Jacobsen, H-A, Ai, H., Wachtler, T., Ikeno, H.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroinformatics 巻: April ページ: 1-16
  • DOI: 10.3389/fninf.2014.00055
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Antennal lobe organization and pheromone usage in bombycid moths (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigehiro Namiki, Takaaki Daimon, Chika Iwatsuki, Toru Shimada, Ryohei Kanzaki
  • 雑誌名: Biology Letters 巻: 10 号: 4 ページ: 20140096-20140096
  • DOI: 10.1098/rsbl.2014.0096
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Information flow through neural circuits for pheromone orientation in the moth (2014)
  • 著者名/発表者名: Namiki S, Iwabuchi S, Pansopha Kono P, Kanzaki R
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 5919-5919
  • DOI: 10.1038/ncomms6919
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 鱗翅類の翅周縁部に分布する振動受容感覚器 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉田明宏、藍浩之
  • 雑誌名: 昆虫と自然 巻: 49 ページ: 11-16
• [雑誌論文] Effect of olfactory stumulus on the flight course of a honeybee, Apis mellifera, in a wind tunnel. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ikeno, H., Akamatsu, T., Hasegawa, Y., Ai, H.
  • 雑誌名: Insects 巻: 5 号: 1 ページ: 92-104
  • DOI: 10.3390/insects5010092
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a new method to track multiple honey bees with complex behaviors on a flat laboratory arena (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimura, T., Ohashi. M., Crailsheim, K., Schmickl, T., Okada, R., Radspieler, G., Ikeno, H.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 号: 1 ページ: e84656-e84656
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0084656
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Error in the honeybee waggle dance improves foraging flexibility. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Okada, Hidetoshi Ikeno, Toshifumi Kimura, Mizue Ohashi, Hitoshi Aonuma & Etsuro Ito
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 号: 1 ページ: 4175-4175
  • DOI: 10.1038/srep04175
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Root orientation can affect detection accuracy of ground-penetrating radar. (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa, T., Hirano, Y., Dannoura, M., Yamase, K., Aono, K., Ishii, M., Igarashi, T., Ikeno, H., Kanazawa, Y.
  • 雑誌名: Plant Soil 巻: 373 号: 1-2 ページ: 317-327
  • DOI: 10.1007/s11104-013-1798-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Morphological analysis of the primary center receiving spatial information transferred by the waggle dance of honeybees. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ai, H., Hagio, H.
  • 雑誌名: J. Comp. Neurol. 巻: 521 号: 11 ページ: 2570-2584
  • DOI: 10.1002/cne.23299
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensors and sensory processing for airborne vibrations in silk moths and honeybees. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ai, H.
  • 雑誌名: Sensors 巻: 13 号: 7 ページ: 9344-9363
  • DOI: 10.3390/s130709344
  • 査読あり
• [学会発表] Honeybee interneurons responsive to the pulsed vibration produced by waggle dance (2016)
  • 著者名/発表者名: Ai, H., Kai, K., Watanabe, H., Itoh, T., Kumaraswamy, A, Rautenberg, P. Wachtler, T, Ikeno, H.
  • 学会等名: International congress of neuroethology 2016
  • 発表場所: Uruguay
  • 年月日: 2016-03-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ミツバチの採餌行動におけるエネルギー収支 (2016)
  • 著者名/発表者名: 澤井穂高，岡田龍一,吉田澪,大橋瑞江，木村敏文，池野英利
  • 学会等名: 日本生態学会第63回全国大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] Seasonal changes of energy gain and consumption in a honeybee colony (2016)
  • 著者名/発表者名: YOSHIDA,M.,OHASHI,M.,KIMURA,T.,OKADA,R.,IKENO,H.
  • 学会等名: 日本生態学会第63回全国大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] Phototaxis behavior of ambrosia beetle Platypus quercivorus before and after flight (2016)
  • 著者名/発表者名: Pham Duy Long, Michimasa Yamasaki, Yasuto Ito, Ryuichi Okada, Hidetoshi Ikeno
  • 学会等名: 日本生態学会第63回全国大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] レーダを用いた樹木根系の非かく乱調査 -海岸ク ロマツ個体の水平根の広がり- (2016)
  • 著者名/発表者名: 大橋瑞江,池野英利,柿添哲也,山瀬敬太郎, 谷川東子,檀浦正子,藤堂千景, 平野恭弘
  • 学会等名: 日本生態学会第63回全国大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] Comprehensive analyses of interneurons arborizing in the primary vibration center in honeybee brain. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ai, H., Kai, K., Watanabe, H., Kumaraswamy, A, Rautenberg, P. Wachtler, T, Ikeno, H. Ai, H
  • 学会等名: CompBiol 2015
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 2015-12-11
• [学会発表] A method for construction and application of standard brain model based on the confocal images (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Ikeno, D. Miyamoto, T. Kazawa, R. Kanzaki
  • 学会等名: Advances in Neuroinformatics2015 tutorial session
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-11-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of protocol and software for registration in situ hybridization image into the standard brain (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Ikeno, D. Miyamoto, Y. Okamura-Oho, H. Nishibe, A. Sato, T. Furuichi, R. Kanzaki
  • 学会等名: Advances in Neuroinformatics 2015
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-11-26
  • 国際学会
• [学会発表] 学習した匂いと尻振りダンス振動によって誘発されるミツバチの歩行の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山下俊也、池野英利、長谷川雄二、伊東綱男、藍 浩之
  • 学会等名: 日本動物学会第86回大会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] Development of an on-line simulation platform for neuroscience research (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Ishihara, H. Ikeno, H. Wagatsuma, K. Inagaki, S. Usui, S. Satoh, T. Yamazaki, T. Kannon, Y. Yamaguchi, Y. Okumura, Y. Kamiyama, Y. Asai, Y. Hirata
  • 学会等名: INCF Congress Neuroinformatics 2015
  • 発表場所: Cairns, Australia
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会
• [学会発表] ミツバチにおける学習した匂いによって誘発される歩行の経時変化と音刺激による影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山下俊也、Haupt, S.S.、池野英利、伊東綱男、藍 浩之
  • 学会等名: 日本動物学会九州支部第68回大会（三学会合同福岡大会）
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2015-05-23
• [学会発表] The parallel systems in the primary auditory center of the honeybee. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Ai
  • 学会等名: 11th Goettingen Meeting of German Neuroscience Society
  • 発表場所: Goettingen, Germany
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] Segmentation of neuronal structure from confocal image and its applications (2015)
  • 著者名/発表者名: Hidetoshi Ikeno
  • 学会等名: Meeting Honeybee Standard Brain
  • 発表場所: Freie Universitat Berlin, Berlin, Germany
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] Topological organization of vibration-sensitive neurons of honeybee (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Ai
  • 学会等名: Meeting Honeybee Standard Brain
  • 発表場所: Universitat Berlin, Berlin, Germany
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] 昆虫嗅覚系全脳シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 宮本大輔，加沢知毅，後藤昂彦，朴希原，神崎亮平
  • 学会等名: バイオスーパーコンピューティング研究会ウインタースクール
  • 発表場所: 休暇村伊良湖（愛知、田原）
  • 年月日: 2015-01-30 – 2015-01-31
• [学会発表] Neural Basis of Odor-Source Localization in the Silkmoth: from genes, neural networks, and behavior to robots. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki R
  • 学会等名: Annual Talks 2015 - Biology Across Scales
  • 発表場所: Bangalore, India
  • 年月日: 2015-01-05 – 2015-01-08
  • 招待講演
• [学会発表] Simulation Platform: Application Server for Testing and Sharing Mathematical Model and Experimental Data (2014)
  • 著者名/発表者名: Hidetoshi IKENO, Yoshimi KAMIYAMA, Akito ISHIHARA, Yutaka HIRATA, Shunji SATOH, Tadashi YAMAZAKI, Hiroaki WAGATSUMA, Yoshihiro OKUMURA, Keiichiro INAGAKI, Takayuki KANNON, Yoshiyuki ASAI, Yoko YAMAGUCHI, Shiro USUI
  • 学会等名: INCF Japan Node International Workshop: Advances in Neuroinformatics 2014
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉、和光）
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-26
• [学会発表] The Invertebrate Brain Platform (IVB-PF) - Comparative Expositions and Data Collection about Invertebrate Brain Platform (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryohei KANZAKI, Tomoki KAZAWA, Akira TAKASHIMA, Sakiko SHIGA, Hidetoshi IKENO, Yoko YAMAGUCHI
  • 学会等名: INCF Japan Node International Workshop: Advances in Neuroinformatics 2014
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉、和光）
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-26
• [学会発表] Acceleration of NEURON simulator for morphological detailed multi-compartment Hodgkin-Huxley type simulation toward real-time speed. (2014)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Miyamoto, Tomoki Kazawa, Akihiko Goto and Ryohei Kanzaki
  • 学会等名: AINI2014
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉、和光）
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-26
• [学会発表] Constructing multi-compartment parallelized simulation from olfactory input to premotor command generation of silkmoth brain. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kazawa, Daisuke Miyamoto, Akihito Goto, Heewon Park, Hidetoshi Ikeno, Ikuko Nishikawa and Ryohei Kanzaki
  • 学会等名: AINI2014
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉、和光）
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-26
• [学会発表] ミツバチ脳内の触角機械感覚運動中枢からキノコ体に投射する介在ニュー ロン (2014)
  • 著者名/発表者名: 甲斐 加樹来,池野 英利, 藍 浩之
  • 学会等名: 日本動物学会第85回大会
  • 発表場所: 東北大学（宮城、仙台）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Constructing a massively parallelized morphological detailed neural circuit simulation of silkmoth brain with neuron database (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto D, Kazawa T, Goto A , Ikeno H, Kanzaki R
  • 学会等名: Joint meeting of the 11th International Neuroethology Conference and the 36th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Reproducible segmentation method of neural morphology from LSM images (2014)
  • 著者名/発表者名: Hidetoshi Ikeno, Kazuki Kai, Sho Iizuka, Ajayrama Kumaraswamy, Philipp Rautenberg, Thomas Wachtler, Hiroyuki Ai
  • 学会等名: Joint meeting of the 11th International Neuroethology Conference and the 36th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Neural basis of vibratory signal processing of the honeybee Apis mellifera. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Kai, Ajayrama Kumaraswamy, Philipp Rautenberg, Thomas Wachtler, Hidetoshi Ikeno, Hiroyuki Ai
  • 学会等名: Joint meeting of the 11th International Neuroethology Conference and the 36th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] How does the waggle dance communication mature after the adult emergence? (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Ai and Noriko Kishi
  • 学会等名: The 11th International Congress of Neuroethology (2014 ICN/JSCPB)
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Sensory responses to the oriental orchid odors in the Japanese and European honeybees. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ayaka Harada, Hiroyuki Ai, Michio Sugahara, Ryuichi Okada, Midori Sakura
  • 学会等名: The 11th International Congress of Neuroethology (2014 ICN/JSCPB)
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Analysis and synthesis of odor-source localization in insects: From genes, neural networks, and behavior to robots. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki R
  • 学会等名: 11th International Congress of Neuroethology / 36th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 招待講演
• [学会発表] Toward collaboration in NIJC platforms: Standard brain database linked with application server, (2013)
  • 著者名/発表者名: Hidetoshi Ikeno, Tomoki Kazawa, Ryohei Kanzaki, Yoshihiro Okumura, Yoko Yamaguchi and Shiro Usui
  • 学会等名: INCF Congress Neuroinformatics 201
  • 発表場所: Karolinska Institutet(Stockholm, Sweden)
• [学会発表] Response properties of auditory interneurons in the honeybee brain (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Kai, Hidetoshi Ikeno, Stephan S. Haupt, Philipp L. Rautenberg, Thomas Wachtler, Hiroyuki Ai
  • 学会等名: Bernstein Conference
  • 発表場所: Neue Aula (Tuebingen, Germany)
• [学会発表] Constructing a multi-compartment parallelized simulation of a premotor area of the silkmoth brain (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kazawa, Yusuke Mori, Daisuke Miyamoto, Shigehiro Namiki, Hidetoshi Ikeno, Stephan Shuichi Haupt, Ikuko Nishikawa, Ryohei Kanzaki
  • 学会等名: 日本比較生理学会第35回大会
  • 発表場所: イーグレ姫路（兵庫県姫路市）
• [学会発表] Development of a tracking program, K-Track, for analyzing honeybee’s behaviors (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshifumi Kimura, Mizue Ohashi, Karl Crailsheim, Thomas Schmickl, Ryuichi Okada, Gerald Radspieler, Hidetoshi Ikeno
  • 学会等名: 日本比較生理学会第35回大会
  • 発表場所: イーグレ姫路（兵庫県姫路市）
• [学会発表] Physiology and morphology of antenna-vibration sensitive neurons in the dorsal lobe of the honey bee, Apis mellifera (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Kai, Hidetoshi Ikeno, Hiroyuki Ai
  • 学会等名: 日本比較生理学会第35回大会
  • 発表場所: イーグレ姫路（兵庫県姫路市）
• [学会発表] 学習した匂い刺激により生じる歩行様式の性質とその季節変動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藍 浩之、宮本奈央、山本千尋、石橋祥太、山下俊也
  • 学会等名: 日本動物学会第84回大会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
• [学会発表] 昆虫全脳シミューレーションに向けたスーパーコンピュータとのリアルタイム通信の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森 友亮・加沢知毅・宮本大輔・神崎亮平
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング（NC）研究会
  • 発表場所: 新潟大学（新潟県新潟市）
• [学会発表] ミツバチの尻振りダンスの発現と脳内構造の定量的解析
  • 著者名/発表者名: 藍 浩之
  • 学会等名: 第3回ミツバチシンポジウム
  • 発表場所: 兵庫県立大学（兵庫県姫路市）
• [図書] サイボーグ昆虫、フェロモンを追う (2014)
  • 著者名/発表者名: 神崎亮平
  • 総ページ数: 108
  • 出版者: 岩波書店