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昆虫の刺激方向予測に基づく運動意思決定に関与する神経回路機構の解明

公募研究

研究領域予測と意思決定の脳内計算機構の解明による人間理解と応用
研究課題/領域番号 24120502
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関北海道大学

研究代表者

小川 宏人  北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70301463)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
2013年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2012年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
キーワード昆虫 / 意思決定 / 学習 / 神経回路 / 予測
研究概要

本年度は,昨年度実施した,昆虫におけるモデルベースの意思決定を検証するための学習タスクを改良し,先行する聴覚刺激によって忌避的刺激に対する行動が変化することを明らかにした。ボール型トレッドミル上のコオロギに,左右いずれかのスピーカーから10kHzのトーン音(手掛かり刺激)を1秒間与え,その終了直前に左右いずれかの側方から200ms間の気流刺激(忌避性無条件刺激)を与えたところ,気流刺激によって誘導される歩行運動方向がやや後方よりに変化した。この変化は1回目の刺激に対する応答でも見られ,刺激を繰り返しても変化しなかったことから,気流刺激の予測で生じたものではなく聴覚と気流感覚のcross-modal effectによるものであると考えられる。また,この効果は側方からの気流刺激に対して最大となり,音源の位置に関係しなかった。次に,歩行運動方向を決定する下行性介在ニューロンを明らかにするため,トレッドミル上を歩行するコオロギの頸部腹側縦連合から下行性神経活動を細胞外記録し,同時にトレッドミルから運動情報を同時計測した。神経活動をスパイクソーティングによって約40~60個のユニットに分離し,その発火列データから歩行速度およびターン角速度をSparse logistic regressionを用いて予測したところ,自発歩行ではほぼすべてのユニットを使って予測したのに対し,気流誘導性歩行では少数のユニットだけで予測を行っていた。さらに,自発歩行予測モデルでは気流刺激に対してまばらな発火をしめすユニットと刺激終了後も長く発火が続くユニットに大きな重み付けがされているのに対し,気流誘導性歩行予測モデルでは刺激に対して一過的に発火するユニットに大きく重み付けられていた。すなわち,前者は意思決定により運動を起こすユニットであると考えられることから。これらのニューロンが運動意思決定に関与していることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (14件)

  • [雑誌論文] Neural basis of stimulus-angle-dependent motor control of wind-elicited walking behavior in the cricket Gryllus bimaculatus.2013

    • 著者名/発表者名
      Momoko Oe, Hiroto Ogawa
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 8

    • NAID

      120005348202

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Targeted gene delivery in the cricket brain, using in vivo electroporation2013

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto CS, Shidara H, Matsuda K, Nakamura T, Mito T, Matsumoto Y, Oka K, Ogawa H
    • 雑誌名

      J Insect Physiol

      巻: 59 号: 12 ページ: 1235-1241

    • DOI

      10.1016/j.jinsphys.2013.10.001

    • NAID

      120005348948

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 刺激方向情報をコードする上行性投射ニューロンアセンブリの推定2014

    • 著者名/発表者名
      染谷真琴,小川宏人
    • 学会等名
      脳と心のメカニズム 第14回冬のワークショップ
    • 発表場所
      ルスツリゾート(北海道留寿都村)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Population coding of stimulus direction by ascending cell assembly in cercal and auditory systems in the cricket2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Ogawa, Makoto Someya
    • 学会等名
      Neuroscience 2013
    • 発表場所
      Sun Diego Convention Center (Sun Diego, USA)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Statistic prediction of cell assemblies encoding stimulus direction in multi-modal sensory systems of insect.2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Ogawa
    • 学会等名
      International Symposium on Prediction and Decision Making 2013
    • 発表場所
      京都大学(京都市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 気流応答特性から推定されるコオロギ下行性ニューロン群の機能2013

    • 著者名/発表者名
      首藤智宏、大江桃子,小川宏人
    • 学会等名
      日本動物学会第84回大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Input-site dependency of dendritic Ca2+ responses results from difference in spike waveform in cricket giant interneurons.2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Ogawa, Ruriko Mitani
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第35回大会
    • 発表場所
      イーグレ姫路(姫路市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 気流応答性ニューロンにおける樹状突起カルシウム応答による方向選択的入力分布の解析2013

    • 著者名/発表者名
      三谷瑠里子,小川宏人
    • 学会等名
      Neuro 2013
    • 発表場所
      京都国際会議場(京都市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] In vivo エレクトロポレーション法を用いた成虫コオロギ脳における遺伝子発現パターンの制御2013

    • 著者名/発表者名
      松本‐佐藤‐千尋,設楽久志,松田光司,中村太郎,三戸太郎,松本幸久,岡浩太郎,小川宏人
    • 学会等名
      Neuro 2013
    • 発表場所
      京都国際会議場(京都市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 異なる感覚モダリティーにおける方向情報の神経表現2013

    • 著者名/発表者名
      染谷真琴,小川宏人
    • 学会等名
      Neuro 2013
    • 発表場所
      京都国際会議場(京都市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 球形トレッドミルシステムを用いた刺激方向依存的運動制御機構の解析2012

    • 著者名/発表者名
      小川宏人
    • 学会等名
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会
    • 発表場所
      ウィルあいち (愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2012-11-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Distinct role of identified giant interneurons in directional control of wind-evoked walking behavior in the cricket.2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Ogawa, Momoko Oe
    • 学会等名
      Neuroscience 2012
    • 発表場所
      Ernest N. Morial Convention Center (New Orleans, USA)
    • 年月日
      2012-10-13
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] コオロギ気流誘導性歩行の方向性制御における巨大介在ニューロンの機能解析2012

    • 著者名/発表者名
      小川宏人,大江桃子
    • 学会等名
      第35回日本神経科学大会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場 (愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2012-09-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] コオロギ脳神経節における気流刺激応答の方向感受特性2012

    • 著者名/発表者名
      梶田頼子,小川宏人
    • 学会等名
      第35回日本神経科学大会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場 (愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2012-09-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] コオロギ気流誘導性歩行の開始およびターン角度制御に関与する下行性神経活動2012

    • 著者名/発表者名
      首藤智宏,小川宏人
    • 学会等名
      第35回日本神経科学大会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場 (愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2012-09-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] コオロギの気流誘導性歩行の運動制御に関与する下行性信号の解析2012

    • 著者名/発表者名
      首藤智宏,小川宏人
    • 学会等名
      日本動物学会北海道支部第57回大会
    • 発表場所
      北海道大学理学部 (札幌市)
    • 年月日
      2012-08-25
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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