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2012 年度 実績報告書

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
キーワード昆虫 / 意思決定 / 学習 / 神経回路 / 予測
研究実績の概要

本年度は,「昆虫が刺激予測によってモデルベースの行動内容を決定できるか」を検証するための新しい学習タスクの確立を目指した。ボール型トレッドミル上のコオロギに,10kHzのトーン音(手掛かり刺激)と気流刺激(忌避性無条件刺激)を組み合わせたトレーニングを行い,その前後でトレーニングに用いた10kHzと3kHzのトーン音に対する反応を計測した。その結果,静止したコオロギに対して条件付け刺激を与えた群では10kHz音に対して歩行運動を示すようになったのに対し,静止中・歩行中にかかわらず一定の間隔で条件付け刺激を与えた群では,変化はみられなかった。すなわち,コオロギは静止している状態でトレーニングした場合のみ,音と気流刺激を連合づけることができると考えられる。しかし,この実験ではトレーニング中に気流刺激に対するadaptationが生じてしまうため,多くの個体でトレーニングを終えることができなかった。そこで,気流刺激と電気ショックを組み合わせた条件付けを行い,その前後で気流刺激に対する反応を調べた。そのうち,1群は,トレーニング時にコオロギの周囲8方向から1回ずつ計8回気流を与え,別の群では側方1方向から10回刺激を与えた。その結果,前者ではトレーニング後に気流に対する歩行距離が伸び,刺激角度に対する依存性が大きくなった。一方,後者では歩行距離,刺激角度依存性ともに変わらなかった。すなわち,様々な方向からトレーニングを行うことによって,刺激に対してより正確な忌避運動を制御するようになる。以上の結果から,音を手掛かりとした行動決定タスクのためのトレーニングでは,静止中のコオロギに限定して8方向から気流刺激を行い,モデルフリーのタスクでは条件刺激のトーン音を固定した方向から与え,モデルベースのタスクでは常に気流刺激と同方向から与えるパラダイムが有効であると考えられる。

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

コオロギにおいて音と気流によるモデルベースの行動決定を行うための学習タスクを確立するために,トレーニング時のadaptationを減少させ,また自発的な歩行中はトレーニングを行わないことが重要であることが分かった。これらをふまえて,新しい学習タスクの構築にある程度めどをつけることができた。

今後の研究の推進方策

今後,学習タスクの細部を修正し,モデルベースの行動決定が行えるトレーニング課題を確立する。さらに,気流回避の歩行運動の開始および方向制御に関与する下行性ニューロンを探索し,それらの神経活動をモデルベースによる行動時とモデルフリーによる行動時で比較することによって,昆虫の行動決定の神経機構の解明に迫っていく。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2012

すべて 学会発表 (6件)

  • [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 – 2012-11-23
  • [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 – 2012-10-17
  • [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 – 2012-09-21
  • [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 – 2012-09-21
  • [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 – 2012-09-21
  • [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

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公開日: 2018-02-02  

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