リアルタイム双方向情報処理システムを用いた動物の行動解析

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26430028
• 研究機関: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 渡辺 英治 基礎生物学研究所, 神経生理学研究室, 准教授 (30250252)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: メダカ / コンピュータグラフィクス / バーチャルリアリティ / 行動 / 社会性 / 深層学習 / 錯視 / ニューラルネットワーク

研究実績の概要

本研究プロジェクトの目的は、メダカなど集団で生活をする動物の社会性行動の発現メカニズムを明らかにすることにある。そのために本物そっくりな外見と動きをもつバーチャル（ＶＲ）動物との対面実験を行い、ＶＲ動物の各種パラメータを操作することによって、社会性行動を引き起こす視覚的な要因を明らかにする。本年度は最終年度にあたり、主として論文報告のための詰めの実験及び論文発表を行った（PLos ONE誌）。コンピュータグラフィクスの利点を活かして、形・色・動きを操作したＶＲメダカを作成し、本物のメダカとの対面実験を行った。結果、メダカはすべての視覚パラメータを統合的に利用して同種他個体の認識を行っていることが示唆された。さらに、同システムを広く応用していくために、基礎生物学研究所の客員部門の吉村研究室との共同研究を行い、これも論文としての報告を行った（Nature Communication誌）。メダカは季節性の動物であり、季節によって行動パターンを変えることが知られている。本研究では、その原因として視覚的な要因が大きな影響を与えていることが示唆された。また、次期プロジェクトの一環として、深層学習を利用した視覚認知実験も行い、これも論文としての報告を行った（Frontiers in Psychology誌）。深層学習機に大脳モデルのひとつである予測符号化理論を組み込み、ヒトや魚が知覚すると報告されている蛇の回転錯視を基準にして正しく錯視として知覚するかどうかを検証した。結果、深層学習機は左右の回転、あるいは無回転の知覚を正確に再現することに成功した。今後、本研究で提案した逆心理学が幅広い分野に浸透していくと期待している。いずれの研究もプレス発表を行い、新聞報道や雑誌などで大きな反響を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Illusory Motion Reproduced by Deep Neural Networks Trained for Prediction (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe E, Kitaoka A, Sakamoto K, Yasugi M and Tanaka K
  • 雑誌名: Frontiers in Psychology 巻: 9 ページ: 1-12
  • DOI: 10.3389/fpsyg.2018.00345
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Three-dimensional computer graphic animations for studying social approach behaviour in medaka fish: Effects of systematic manipulation of morphological and motion cues. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakayasu T, Yasugi M, Shiraishi S, Uchida S, Watanabe E
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 12 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0175059
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamic plasticity in phototransduction regulates seasonal changes in color perception (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Shimmura, Tomoya Nakayama, Ai Shinomiya, Shoji Fukamachi, Masaki Yasugi, Eiji Watanabe, Takayuki Shimo, Takumi Senga, Toshiya Nishimura, Minoru Tanaka, Yasuhiro Kamei, Kiyoshi Naruse & Takashi Yoshimura
  • 雑誌名: Nature Communication 巻: 8 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00432-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Dynamic plasticity in phototransduction regulates seasonal changes in color perception (2017)
  • 著者名/発表者名: 新村毅、中山友哉、四宮愛、深町昌司、八杉公基、渡辺英治、下貴行、千賀琢未、西村俊哉、田中実、亀井保博、成瀬清、吉村崇
  • 学会等名: 第24回日本時間生物学会学術大会
• [学会発表] メダカの体色と色覚の季節適応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 新村毅、中山友哉、四宮愛、深町昌司、八杉公基、渡辺英治、下貴行、千賀琢未、西村俊哉、田中実、亀井保博、成瀬清、吉村崇
  • 学会等名: 第88回日本動物学会
• [学会発表] 同種他個体へのメダカの接近行動を引き起こす行動要素の抽出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 八杉公基、渡辺英治
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [備考] リアルなヴァーチャルメダカ、メダカの群れ形成メカニズム解明に貢献
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/2017/04/12.html
• [備考] メダカの色覚が季節によってダイナミックに変化することを発見
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/2017/09/04.html
• [備考] 深層学習によって「蛇の回転錯視」の知覚再現に成功
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/2018/03/20-2.html