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多くの昆虫は天空の偏光パターンから自らの向いている方角を検出し、それをナビゲーションに利用する。本研究では、脳内の偏光感受性ニューロンの活動を長時間記録することにより、これらのニューロンが時刻(太陽高度)によって変化する天空の偏光パターンをどのように時間補償しているのかを解明することを目的としている。
本年度はまず、偏光情報が脳内でどのように情報処理されているのかを調べるため、ミツバチを用いた行動学的実験を行った。昆虫では、視覚の一次中枢である視葉のうち視髄においてPOLニューロンとよばれるニューロン群によって、偏光情報が3種類のe-ベクトル情報に集約されていることが明らかとなっている。このことは、偏光の情報がヒトにおける色覚と同様な機構によって処理されることを示唆している。また、これまでの電気生理学的研究により、脳の高次中枢である中心複合体においてe-ベクトルの情報がさらに細かくコードされていることが明らかとなっており、中心複合体がコンパスの役割を果たす領域であると考えられている。これらの事実から、昆虫が偏光により方向を知覚するメカニズムとして、自らの回転運動により天空をスキャンする方法(successive method)と、神経回路の発火パターンによってスキャンすることなく一意に方向を検出できる方法(instantaneous method)の2つの仮説がある。今回、拘束状態のミツバチを用いて、特定のe-ベクトルの方向と砂糖水とを連合させる学習実験の確立を試み、ミツバチは頭部を回転させることなく異なる2種類のe-ベクトルを識別できることが明らかとなった。この結果は昆虫が偏光の情報処理にinstantaneous methodを利用していることを初めて示したものであり、これまでの電気生理学的知見から予測されていた仮定を証明するものである。
今後は、情報処理の過程にあるPOLニューロンとコンパスの座である中心複合体のニューロンの両方から、偏光刺激に対する応答を長時間記録することによって、これらのニューロンのe-ベクトルチューニングが時刻によってどのように変化するかを調べる予定である。
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