2018 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 | 生物音響工学 / 生物ソナー / バイオロギング / 超音波センシング / 数理モデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，コウモリの音響ナビ行動をマイクロフォンアレイやバイオロギング手法を用いて計測し，彼らが「何時・何処で・何を知ったか」に関する情報をもとに，哺乳類であるコウモリのナビ中の意思決定プロセスを理解することを目的としている．本年度の成果は下記の通り．
●モモジロコウモリを対象としたパッチ内の音響計測データから，個体間の互恵的利他行動の可能性を見出した．群としての採餌効率をエージェントモデルによるシミュレーションし，その行動の合理性を確認した．投稿論文として準備を進めている．また高感度ビデオカメラによる映像分析から，真の採餌効率の算出が可能となり，音響と映像双方の補完的な役割によって，野生下における最適採餌理論の実証にもつながると期待している．●室内での空間学習を伴う障害物回避飛行にみられるコウモリの音響と飛行の適応行動の特徴を，シンプルな数理モデルで表現することができた．●A01橋本との共同によって，室内で集団飛行するコウモリの3次元経路の映像解析手法が確立をできた．また公募班A02波部の映像解析技術によって，高感度ビデオカメラを用いた野外での集団飛行の様子から，個々のコウモリの経路算出が可能となりつつある．●公募班西海と共同で，コウモリをモデルとした動的ターゲット（飛翔蛾）に対する追跡アルゴリズムの分析が進み，コウモリが獲物の先を読んだソナーの運用をしていることがわかった．●開発した音響GPSロガーのデータ回収に成功した．音声の放射タイミングの時系列変化から，採餌の瞬間を特定することが可能となった．またキクガシラコウモリに対するバイオロギングデータから，夜間の採餌移動が移動と停滞に分類できること，また停滞地点と環境嗜好性の関係について分析を行い，結果を投稿論文としてまとめることができた．●石垣にてオオコウモリへのバイオロギング調査を実施し，データの回収に成功した．
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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
●マイクロホンアレイを用いて計測したモモジロコウモリの採餌効率等のデータの分析から，次の個体の出現によって餌場を譲っていることを確認した．このような餌場の譲り合いは稀有であり，音響的混信による採餌効率の低下や，コウモリ独特の生態から，互恵的利他行動の可能性が強く示唆され，数値シミュレーションにおいてその行動の妥当性を証明した．また高感度のビデオカメラを用いて，コウモリが獲物を捕獲する場面の撮影に成功した．その際，コウモリが獲物を捕獲後落下させる様子や，失敗などが音声の変化と一部相関があることが確認できた．●音響的な見通しの有無が，空間学習の効率にどのように影響を与えるのか，また同一空間を繰り返し飛行させることで，空間学習の様子を調べた．その結果，飛行軌跡及び超音波の放射方向の変化から，コウモリが空間マップを持つ可能性を見出した．さらに“警戒心”をパラメータとして空間学習の様子を数理モデルで表現することも行った．これらの成果は，システム制御情報学会2019年度学会賞奨励賞を受賞した．●A01橋本班の学生と共同実験を行い，各コウモリの3次元経路を自動で算出するプログラムの開発がほぼ完了した．また公募班A02波部とは，野外での集団飛行の映像解析について，畳込みニューラルネットワークを用いた手法を提案し，共同での学会発表を行った．●捕食者―被食者間のナビゲーション行動として，コウモリが蛾にアタックする場面の分析を，公募班西海と共同で行った．今年度の国際学会にて発表並びに論文投稿の準備を進めている．●キクガシラコウモリの夜間の採餌飛行において，開発した音響GPSロガーのデータ回収にようやく成功した．飼育下のコウモリを用いた室内での検証実験と合わせることで，ロガーで計測された音声の放射タイミングの時系列変化から，採餌の瞬間を特定できることがわかった．
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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）の採餌行動を引き続き高感度ビデオカメラで計測し，野生下における最適採餌戦略の実証を進める．また利他的行動を示す結果について論文投稿を完了する●空間学習による過渡的な変化をモデル化し，障害物回避アルゴリズムの提案について論文投稿を目指す．課題２：３次元空間記憶ナビゲーションの神経行動学：プロトタイプの小型神経活動音響ロガーを用いて，アリーナ内での空間記憶ナビ課題を実施し，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する（B01高橋と連携）．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：●野外でのステレオビジョンによる計測システムを用いて，洞窟内や集団で出巣する様子を計測し，野生下でのコウモリの集団ナビゲーションの結果をまとめる．軌跡算出方法の開発はA01橋本、公募班A02波部と連携して行う．●動的ターゲット（飛翔蛾）に対するコウモリの追跡アルゴリズムの分析がほぼ終了したことから，今後は論文化を進める。●室内での複数個体飛行の実験を行い，種間比較や飛行経路との関係，また昨年度完成した音響プレイバックシステムを用いた混信状況の操作によって，集団飛行中の音響ナビゲーションの解明を進める．課題４：GPS計測による大規模ナビゲーションの理解：●昨年度，ようやく１個体から音響GPSロガーのデータが回収でき，採餌の瞬間が計測されていたことから，今年度はデータの蓄積を優先し，論文執筆に取り組む．●ヤマコウモリのバイオロギングデータに関して分析を進め，論文化を目指す．またA02前川らと共同で，GPSデータの飛行軌跡の深層学習を用いた分析を進める．●昨年度，オオコウモリのバイオロギング調査が成功したことから，今年度は領域で開発するログボットを利用して実施することを計画する．
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