生物ナビゲーションのシステム科学

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: 生物ナビゲーションのシステム科学
• 研究課題/領域番号: 21H00448
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 橋本 浩一 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (80228410)
• 研究分担者: 木村 幸太郎 名古屋市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (20370116) ; 前川 卓也 大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (50447025) ; 小川 宏人 北海道大学, 理学研究院, 教授 (70301463)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 生物移動情報学 / 制御工学 / データ科学 / 生態学 / 神経科学

研究実績の概要

本領域では「ヒトや動物の移動行動を計測し、分析し、モデルとして理解し、検証する」という新たな学問分野を創設することを目指した。積極的な異分野融合研究の成果として、最先端の小型多次元センサデバイスであるログボット（ロギングロボット）のハードウェア開発、および計測された多次元移動情報からのデータ駆動型分析プラットフォーム群を開発した。さらに本領域で得られた様々な動物種のデータに適用することによる、動物のこれまでに知られていなかった生態の解明や、生物ナビゲーションの数理モデル化などに成功した。
成果取りまとめの2021年度に19報の論文が採択された。主な論文は以下に紹介する。(1) ドメイン敵対的学習を用いて異種横断行動解析を行う手法を提案した。(2) 視覚／聴覚VRシステムを用いた音源定位行動における視覚入力の影響を調査した。(3) 逃避行動をモデルとした移動運動の方向制御について，その刺激依存性と下行性神経制御機構に関する研究を行った。(4) 動運動の方向制御に対する触角機械感覚入力の影響に関する研究を行った。(5) 公募研究の岩谷班が開発した無限遠平面装置を用いて，運動状態依存的な気流逃避行動の変化を解析した。
また主なアウトリーチ活動として、以下の項目を実施した。(1) Nature Indexにて木村Gと前川Gを中心とする７つの計画班・公募班の共同研究）に関する取材記事 "The challenge of leading interdisciplinary research projects"が紹介。(2) NHK-BS ヒューマニエンスにて木村Gと橋本Gの共同研究が紹介。(3) 公益財団法人テルモ生命科学振興財団 生命科学DOKIDOKI研究室での木村Gの紹介。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] コロンビア大学 Hillman研究室(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: コロンビア大学 Hillman研究室
• [国際共同研究] Swansea University(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Swansea University
• [国際共同研究] CONICET(アルゼンチン)
  • 国名: アルゼンチン
  • 外国機関名: CONICET
• [国際共同研究] CNRS(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CNRS
• [雑誌論文] IndoLabel: Predicting Indoor Location Class by Discovering Location-Specific Sensor Data Motifs (2022)
  • 著者名/発表者名: Dissanayake Thilina、Maekawa Takuya、Hara Takahiro、Miyanishi Taiki、Kawanabe Motoaki
  • 雑誌名: IEEE Sensors Journal 巻: 22 ページ: 5372～5385
  • DOI: 10.1109/JSEN.2021.3102916
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tracking Moving Cells in 3D Time Lapse Images Using 3DeeCellTracker (2022)
  • 著者名/発表者名: Wen Chentao、Kimura Koutarou
  • 雑誌名: BIO-PROTOCOL 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.21769/BioProtoc.4319
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spatial perception mediated by insect antennal mechanosensory system (2022)
  • 著者名/発表者名: Ifere Nwuneke Okereke、Shidara Hisashi、Sato Nodoka、Ogawa Hiroto
  • 雑誌名: Journal of Experimental Biology 巻: 225 ページ: -
  • DOI: 10.1242/jeb.243276
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Action selection based on multiple-stimulus aspects in wind-elicited escape behavior of crickets (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato Nodoka、Shidara Hisashi、Ogawa Hiroto
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 8 ページ: e08800～e08800
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e08800
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Roles of neural communication between the brain and thoracic ganglia in the selection and regulation of the cricket escape behavior (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato Nodoka、Shidara Hisashi、Kamo Shunsuke、Ogawa Hiroto
  • 雑誌名: Journal of Insect Physiology 巻: 139 ページ: 104381～104381
  • DOI: 10.1016/j.jinsphys.2022.104381
  • 査読あり
• [雑誌論文] Central projections of cercal giant interneurons in the adult field cricket, <i>Gryllus bimaculatus</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamao Hiroki、Shidara Hisashi、Ogawa Hiroto
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/cne.25336
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross-species behavior analysis with attention-based domain-adversarial deep neural networks (2021)
  • 著者名/発表者名: Maekawa Takuya、Higashide Daiki、Hara Takahiro、Matsumura Kentarou、Ide Kaoru、Miyatake Takahisa、Kimura Koutarou D.、Takahashi Susumu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-021-25636-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Automatic identification of differences in behavioral co-occurrence between groups (2021)
  • 著者名/発表者名: Tian Yiming、Maekawa Takuya、Korpela Joseph、Amagata Daichi、Hara Takahiro、Matsumoto Sakiko、Yoda Ken
  • 雑誌名: Animal Biotelemetry 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40317-021-00242-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fine-scale body and head movements allow to determine prey capture events in the Magellanic Penguin (Spheniscus magellanicus) (2021)
  • 著者名/発表者名: Del Cano Monserrat、Quintana Flavio、Yoda Ken、Dell’Omo Giacomo、Blanco Gabriela S.、Gomez-Laich Agustina
  • 雑誌名: Marine Biology 巻: 168 ページ: -
  • DOI: 10.1007/s00227-021-03892-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Data Logger Separator for Bio-Logging of Wild Seabirds (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe Takuma、Kubo Natsumi、Abe Kazuki、Suzuki Hirokazu、Mizutani Yuichi、Yoda Ken、Tadakuma Riichiro、Tsumaki Yuichi
  • 雑誌名: Journal of Robotics and Mechatronics 巻: 33 ページ: 446～456
  • DOI: 10.20965/jrm.2021.p0446
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Wireless logging of extracellular neuronal activity in the telencephalon of free-swimming salmonids (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Susumu、Hombe Takumi、Takahashi Riku、Ide Kaoru、Okamoto Shinichiro、Yoda Ken、Kitagawa Takashi、Makiguchi Yuya
  • 雑誌名: Animal Biotelemetry 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40317-021-00232-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Annual variations in the migration routes and survival of pelagic seabirds over mountain ranges (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoda Ken、Okumura Masanari、Suzuki Hirokazu、Matsumoto Sakiko、Koyama Shiho、Yamamoto Maki
  • 雑誌名: Ecology 巻: 102 ページ: -
  • DOI: 10.1002/ecy.3297
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Localization of Flying Bats from Multichannel Audio Signals by Estimating Location Map with Convolutional Neural Networks (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujimori Kazuki、Raytchev Bisser、Kaneda Kazufumi、Yamada Yasufumi、Teshima Yu、Fujioka Emyo、Hiryu Shizuko、Tamaki Toru
  • 雑誌名: Journal of Robotics and Mechatronics 巻: 33 ページ: 515～525
  • DOI: 10.20965/jrm.2021.p0515
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Auditory Virtual Reality for Insect Phonotaxis (2021)
  • 著者名/発表者名: Ando Noriyasu、Shidara Hisashi、Hommaru Naoto、Ogawa Hiroto
  • 雑誌名: Journal of Robotics and Mechatronics 巻: 33 ページ: 494～504
  • DOI: 10.20965/jrm.2021.p0494
  • 査読あり
• [雑誌論文] Capture of flying insects by Black-tailed Gulls Larus crassirostris over inland and offshore areas (2021)
  • 著者名/発表者名: MIZUTANI Yuichi、SUZUKI Hirokazu、MAEKAWA Takuya、KORPELA Joseph、MIYATAKE Takahisa、KOSHIYAMA Yozo、YODA Ken
  • 雑誌名: Japanese Journal of Ornithology 巻: 70 ページ: 53～60
  • DOI: 10.3838/jjo.70.53
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contribution of flippers and dorsal fins to the lateral/directional inherent stability during straight‐line swimming in small cetaceans (2021)
  • 著者名/発表者名: Okamura T.、Akune Y.、Mori T.、Morisaka T.、Otomo W.、Wakabayashi I.、Watanabe S.、Yoda K.
  • 雑誌名: Journal of Zoology 巻: 315 ページ: 165～174
  • DOI: 10.1111/jzo.12915
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exhausted with foraging: Foraging behavior is related to oxidative stress in chick-rearing seabirds (2021)
  • 著者名/発表者名: Koyama Shiho、Mizutani Yuichi、Yoda Ken
  • 雑誌名: Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular &amp; Integrative Physiology 巻: 258 ページ: 110984～110984
  • DOI: 10.1016/j.cbpa.2021.110984
• [雑誌論文] How often should dead-reckoned animal movement paths be corrected for drift? (2021)
  • 著者名/発表者名: Gunner Richard M. et. al.
  • 雑誌名: Animal Biotelemetry 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40317-021-00265-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Acceleration-based Human Activity Recognition of Packaging Tasks Using Motif-guided Attention Networks (2022)
  • 著者名/発表者名: Jaime Morales, Naoya Yoshimura, Qingxin Xia, Atsushi Wada, Yasuo Namioka, Takuya Maekawa
  • 学会等名: IEEE Int'l Conf. on Pervasive Computing and Communications (PerCom 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Wi-Fi CSI-Based Activity Recognition with Adaptive Sampling Rate Selection (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuka Tanno, Takuya Maekawa, Takahiro Hara
  • 学会等名: 18th EAI International Conference on Mobile and Ubiquitous Systems: Computing, Networking and Services (MobiQuitous 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Comparative Analysis of High- and Low-Performing Factory Workers with Attention-Based Neural Networks (2021)
  • 著者名/発表者名: Qingxin Xia, Atsushi Wada, Takanori Yoshii, Yasuo Namioka, Takuya Maekawa
  • 学会等名: 18th EAI International Conference on Mobile and Ubiquitous Systems: Computing, Networking and Services (MobiQuitous 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] WeakCounter: Acceleration-based Repetition Counting of Actions with Weakly Supervised Learning (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Nishino, Takuya Maekawa, Takahiro Hara
  • 学会等名: International Symposium on Wearable Computers (ISWC 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Roles of neural signals descending from and ascending to the brain in the cricket escape behavior. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, H., Sato, N., Shidara, H
  • 学会等名: 50th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanosensory antennal inputs modulate cercal-mediated escape behavior in crickets. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ifere, O. N., Shidara, H., Sato, N., Ogawa, H.
  • 学会等名: 50th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Cricket changes their wind-elicited escape behavior depending on locomotion states. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kiuchi, K., Shidara, H., Iwatani, Y., Ogawa, H.
  • 学会等名: 50th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] 3DeeCellTracker: a deep learning-based method for tracking cells in 3D time lapse images (2021)
  • 著者名/発表者名: Wen C, Kimura K.
  • 学会等名: The 15th IEEE International Conference on Nano/Molecular Medicine & Engineering (IEEE-NANOMED 2021)
  • 国際学会 / 招待講演