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2012 年度 実績報告書

昆虫脳における適応的な行動制御信号の生成メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 23300113
研究機関北海道大学

研究代表者

青沼 仁志  北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (20333643)

研究分担者 細田 耕  大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (10252610)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード情報生成 / 実時間適応 / 動機付け / 生体アミン / 神経修飾 / 分子機構 / 昆虫
研究概要

多くの動物で普遍的に見られる状況に応じた行動の柔軟性は,個体が感覚器で受容した刺激を脳で処理し,その過程で重要な情報を抽出し,記憶と照合して運動制御信号をリアルタイムで生成することで生み出される.この神経生理機構を明らかにする目的で,昆虫の闘争行動を題材に研究を進めた.闘争行動も動物に普遍的に見られる行動で,攻撃の開始から停止や敗者の逃走行動など,状況に応じた行動の遷移が明確に区別できる.コオロギの闘争行動を題材に,攻撃行動の開始,停止,敗者の逃走にいたる適応的な行動の実時間制御の神経機構を調べる目的で研究を進めた.
闘争行動の発現には,脳内の神経修飾物質である一酸化窒素(NO)や生体アミン類などの働きが重要である.特に,生体アミンのオクトパミンは攻撃行動の開始にかかわる動機付けに深く関与していることが薬理実験や脳内アミン量の計測で明らかになってきた.オクトパミンの働きを詳細に検討するため,遺伝子改変コオロギの作成と脳の生理状態を自由行動個体で調べる方法の確立と改良を行った.これまでに遺伝子改変個体の作成に成功し,目的遺伝子の改変を効率的に行う技術開発を進めている.また,個体行動を任意に操作するために,小型ロボットシステムの改良とビデオトラッキング法の開発を行った.
現在,これらの実験法を組み合わせ,自由行動個体からリアルタイムで生理機能を計測するシステムとして,行動の開始と停止にかかわる脳の働きを調べている.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ターゲットとしている神経修飾物質関連遺伝子をおおむね同定し,また遺伝子改変コオロギの作成にも成功した.今後は,目的とする遺伝子についての改変を効率的に行う方法の確立に移る.

今後の研究の推進方策

構築した自由行動個体の生理計測技術と小型ロボットを使った行動誘導技術を使い,攻撃行動の動機付けから攻撃の開始の時点,また,攻撃の中止から敗者における逃走の開始の際に,脳でどのような神経活動や生理学的な変化が起こるのかを実時間で計測し,適応的な実時間での情報生成の神経生理機構(内部状態の更新機構)の解明を目指す.また,コオロギの攻撃行動には,脳内の一酸化窒素(NO)とオクトパミン(OA)による神経修飾機構が重要な役割を担うので,分子遺伝学の方法で神経修飾機構の機能阻害・機能賦活による攻撃・忌避にかかわる脳領域を調べていく.これまでに,遺伝子改変個体の作成に成功しているので,目的とするNOやOA関連遺伝子の改変個体を作成し,任意の時空間パタンで特定の細胞の活動を操作する技術を確立する.最終的に,実時間で適応的な行動を制御する情報生成のメカニズムの解明を目指す.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Elevation of dopamine level reduces host-seeking activity in the adult female mosquito Aedes albopictus2012

    • 著者名/発表者名
      Fukumitsu Y., Irie K., Satho T., Aonuma H., Dieng H., Ahmad A.H., Nakashima Y., Mishima K., Kashige N. and Miake F
    • 雑誌名

      Parasite Vector

      巻: 5(92)

    • DOI

      10.1186/1756-3305-5-92

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A neuro-modulation model of behavior selection in the fighting behavior of male crickets2012

    • 著者名/発表者名
      Kawabata K., Fujii T ., Aonuma H., Suzuki T ., Ashikaga M., Ota J. and Asama H
    • 雑誌名

      Robot. Auton. Syst.

      巻: 60 ページ: 707-713

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Changes in the content of brain biogenic amine associated with early colony establishment in the queen of the ant, Formica japonica.2012

    • 著者名/発表者名
      Aonuma, Hitoshi
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 7 ページ: e43377

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0043377

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The anatomical pathways for antennal sensory information in the central nervous system of the cricket, Gryllus bimaculatus2012

    • 著者名/発表者名
      Yoritsune, Atsushi
    • 雑誌名

      Invert. Neurosci.

      巻: 12 ページ: 103-117

    • DOI

      10.1007/s10158-012-0137-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Forgetting curve derived by serotonin hypothesis in cricket, Gryllus bimaculatus2012

    • 著者名/発表者名
      Yano, Shiro
    • 雑誌名

      Robot. Auton. Syst.

      巻: 60 ページ: 722-728

    • DOI

      10.1016/j.robot.2011.06.010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Model of a sensory-behavioral relation mechanism for aggressive behavior of crickets2012

    • 著者名/発表者名
      Mizuno, Tatsuya
    • 雑誌名

      Robot. Auton. Syst.

      巻: 60 ページ: 700-706

    • DOI

      10.1016/j.robot.2011.11.004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Aggressive behavior of the white-eye mutant crickets Gryllus bimaculatus2012

    • 著者名/発表者名
      Sakura, Midori
    • 雑誌名

      Act. Biol. Hung.

      巻: 63 ページ: 69-74

    • DOI

      10.1556/ABiol.63.2012.Suppl.2.7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification and expression analyses of a novel serotonin receptor gene, 5-HT2β, in the field cricket Gryllus bimaculatus2012

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, Takaytuki
    • 雑誌名

      Act. Biol. Hung.

      巻: 63 ページ: 58-62

    • DOI

      10.1556/ABiol.63.2012.Suppl.2.5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Octopaminergic system in the brain controls aggressive motivation in the ant, Formica japonica2012

    • 著者名/発表者名
      Aonuma, Hitoshi
    • 雑誌名

      Act. Biol. Hung.

      巻: 63 ページ: 63-68

    • DOI

      10.1556/ABiol.63.2012.Suppl.2.6

    • 査読あり
  • [学会発表] Emergence of social adaptability in insects2013

    • 著者名/発表者名
      Aonuma, Hitoshi
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines
    • 発表場所
      the Georg-Christoph-Lichtenberg-Haus (Darmstadt, Germany)
    • 年月日
      20130311-20130314
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of a cricket interaction system utilizing mobile robot for behavioral data collection2012

    • 著者名/発表者名
      Kawabata, Kuniaki
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics
    • 発表場所
      Crowne Plaza Guangzhou City Centre (Guangzhou, China)
    • 年月日
      20121211-20121214
  • [学会発表] クロコオロギにおけるHu/ELAVホモログfound in neurons遺伝子の同定と発現解析2012

    • 著者名/発表者名
      渡邊崇之
    • 学会等名
      日本動物学会第83回大会
    • 発表場所
      大阪大学(豊中市)
    • 年月日
      20120913-20120915
  • [学会発表] クロコオロギの闘争経験と歩行量の変化2012

    • 著者名/発表者名
      佐倉緑
    • 学会等名
      日本動物学会第83回大会
    • 発表場所
      大阪大学(豊中市)
    • 年月日
      20120913-20120915
  • [学会発表] Molecular basis of the biogenic amine system in the field cricket Gryllus bimaculatus2012

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, Takayuki
    • 学会等名
      10th International Congress of Neuroethology
    • 発表場所
      Univ. Maryand (College Park, USA)
    • 年月日
      20120805-20120810
  • [学会発表] Task dependent interspecific aggression in the ant, Formica japonica2012

    • 著者名/発表者名
      Aonuma, Hitoshi
    • 学会等名
      10th International Congress of Neuroethology
    • 発表場所
      Univ. Maryand (College Park, USA)
    • 年月日
      20120805-20120810
  • [学会発表] Octopaminergic control of interspecific aggression in the ant, Formica japonica2012

    • 著者名/発表者名
      青沼仁志
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第34回大会
    • 発表場所
      総研大(葉山町)
    • 年月日
      20120706-20120708
  • [学会発表] マイクロロボットを用いたクロコオロギへの能動的相互作用による行動誘引2012

    • 著者名/発表者名
      川端邦明
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • 発表場所
      アクトシティー浜松(浜松市)
    • 年月日
      20120527-20120529
  • [学会発表] コオロギの闘争行動から理解する社会環境への適応メカニズム

    • 著者名/発表者名
      青沼仁志
    • 学会等名
      新学術領域「システム分子行動学」数理シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学 (東京都)
    • 招待講演

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公開日: 2014-07-24  

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