2017 Fiscal Year Annual Research Report
コウモリのアクティブセンシングによるナビゲーション行動の包括的理解
| Project Area | Systems Science of Bio-navigation |
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| Project/Area Number |
16H06542
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
飛龍 志津子 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (70449510)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 耕太 同志社大学, 生命医科学部, 准教授 (40512736)
福井 大 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (60706670)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 生物ソナー / バイオロギング / 超音波センシング / ナビゲーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
課題１：小～中規模ナビゲーションの行動学（A02データ科学班と連携）採餌飛行ルートの先読みは、音響センシングとの高度な協調により実現されていることを行動計測とモデルから明らかにした。また多次元データ（飛行経路と音響情報）からナビの状態ルールを推定する手法の開発、空間学習とナビの適応的変化を表現する障害物回避モデルの作成などから、ナビゲーションに関する高等動物の意思決定プロセスや行動制御に関する多くの知見が得られた。
課題２：３次元空間記憶ナビゲーションの神経行動学（B02高橋と連携）小型神経活動音響ロガーのプロトタイプが完成し、超音波と神経活動の同時計測が可能となった。
課題３：個体間インタラクションに関する音響ナビゲーションの解明（A01、 A02、 B02と連携）集団飛行中、各コウモリが超音波の周波数をシフトさせ、音響的混信を回避していることを発見した。またtraffic flowなどへの工学応用を視野に、コウモリの集団飛行に基づいた衝突回避モデルや、他班との連携により飛行動態を計測する画像解析手法，また群ロボットの開発、動くターゲット（飛翔蛾）に対するコウモリ独自の追跡アルゴリズムなど、多様なナビモデルの提案を行った。
課題４：GPS計測による大規模ナビゲーションの理解（A01制御工学チームとB01依田と連携）バイオロギングによる小型野生コウモリの夜間の移動追跡に初めて成功し、root followingによる移動や帰巣が確認でき、生態学的にも有用な知見を数多く得た。特に経路情報から採餌場所が特定できたことから、今後、大規模ナビでの経路選択や探索アルゴリズム、移動予測に関するナビモデルの構築が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
他班（計画班・公募班）との連携によって，研究の加速や新しい研究課題が見えてきている．具体的な例を下記に挙げる．
課題１ 小～中規模ナビゲーションの行動学
●A01橋本，波部（公募班）と共同で，群飛行するコウモリの座標を自動で抽出する画像解析技術の検討も現在進んでおり，ナビモデル構築に向けて研究の加速が期待される．●障害物回避飛行をするコウモリの音響ナビ行動に，空間学習によって適応的な変化が現れることがわかった．そこで自走ロボットに搭載中の回避モデルに警戒心パラメータを導入した数理モデルの作成した所，未知から既知空間に至る音響ナビ行動の変化の概略を表現できたことから，シンプルなモデルを通じて、コウモリのナビ理解に繋がる可能性が見えてきた．
課題３：個体間インタラクションに関する音響ナビゲーションの解明
●公募班B01西海とともに，行動データを基にした追跡アルゴリズムの理解に取り組み，蛾の速度ベクトルから推定した未来位置に，コウモリの超音波の放射方向がかなり近いことがわかり，コウモリがターゲットの未来位置を推定しながら接近している興味深い可能性が示唆された。●群ロボットを専門とする公募班B01藤澤（宮竹班連携）と共同研究を開始し，弟子入りなどの実質的な研究交流によって、ロボット開発環境が飛躍的に進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題１：小～中規模ナビゲーションの行動学：●パッチ内（餌場）の飛行軌跡と採餌地点の時空間分布データを基に、アクティブセンシングによる効率的な探索アルゴリズムや、採餌モデルを作成し、生物ナビゲーションの理解を図る。●空間学習を伴う障害物回避モデルの開発などから、生物ナビゲーションの工学応用展開を指向する。
課題２：３次元空間記憶ナビゲーションの神経行動学：B01高橋と連携して開発中の小型神経活動音響ロガーのプロトタイプを用いて、歩行中の空間記憶ナビ課題中の超音波の放射方向やタイミングなどの音響データと聴覚経路や海馬由来の脳波を同時に計測し、エコーロケーションによる時空間情報の記憶過程を調べる。
課題３：個体間インタラクションに関する音響ナビゲーションの解明：●A01橋本、公募班A02波部と連携し、集団飛行するコウモリの経路計測システムの確立を行い、さらに集団ナビゲーションのモデル化を進める。●コウモリをモデルとして、動的ターゲット（飛翔蛾）に対する追跡アルゴリズムの検討を進める。●B02小川と連携し、コオロギの音源定位行動と、音響シミュレーションによる音響場との関係を明らかにする。●音響プレイバックによる介入実験を行い、混信環境状況を操作することで、集団飛行中の音響ナビゲーションの解明を加速させる。
課題４：GPS計測による大規模ナビゲーションの理解：●音響GPSロガーのデータ回収に努め、大規模ナビにおける探索アルゴリズムやエネルギーバランスなどの分析や、環境要因との関係から採餌に関する移動予測も試みる。●領域で開発するログボット利用の準備に向けて、石垣にてオオコウモリへのバイオロギング調査を実施する。
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[Journal Article] Bats decrease the similarity of their calls to solve the cocktail party problem2018
Author(s)
Hase, K., Kadoya, Y., Maitani, Y., Miyamoto, T., Kobayasi, KI.. Hiryu, S.
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Journal Title
Communications Biology
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
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[Presentation] Echolocation and flight strategies of aerial-feeding bats during natural foraging2017
Author(s)
Emyo Fujioka, Fumiya Hamai, Miwa Sumiya, Kazuya Motoi, Dai Fukui, Kohta I. Kobayasi, Shizuko Hiryu
Organizer
The 174th Meeting of ASA, 4-8 December, 2017, New Orleans Marriott, Luisiana, USA
Int'l Joint Research
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