2015 Fiscal Year Research-status Report
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26330278
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
立野 勝巳 九州工業大学, 生命体工学研究科(研究院), 准教授 (00346868)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 群れ行動 / 非線形応答 / 電気受容器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は，平成26年度に引き続き，グラスキャットフィッシュの群れ行動に関する実験として，行動実験（計画A）と電気生理学実験(計画B)に分けて実施した．計画Aでは，水槽内のグラスキャットフィッシュと相互作用させる仮想魚の作成と画像刺激実験に取り組んだ．グラスキャットフィッシュの行動記録画像を単純図形に加工し，水槽下面から画像刺激を与えたが，顕著な反応は見られなかった．群れモデルとして，ボイドアルゴリズム以外に，トポロジーモデルとボロノイモデルと視覚モデルを想定し，パラメータ探索を実施した．結果として，グラスキャットフィッシュの群れ行動は，有限数の個体としか相互作用しないトポロジーモデルのほうが適していることを示唆する結果を得た．
計画Bでは，正弦波電気刺激に対する神経応答をより詳細に調べ，その非線形的特性を明らかにした．平成26年度までは正弦波刺激の振幅を固定し周波数応答を調べたが，平成27年度は刺激装置を改良し，応答の刺激振幅依存性も調べた．刺激振幅の小さい領域で準周期応答が生じ，刺激振幅を大きくするにつれバースト的な応答が生じることが明らかになった．10Hz前後の忌避行動を起こす周波数領域において，小振幅であっても準周期応答やバースト応答がみられたことは，これら放電パターンと忌避行動の関連を示唆している．加えて，電気受容器の神経応答を再現する電気回路モデルを作製した．作製した電気回路モデルを用いて，準周期応答やバースト応答の周波数範囲や力学的特性を詳細に調べた．また，電気受容器付近に蛍光色素を注入し、電気受容器近傍で神経線維の走行の一部を確認した．
国際会議Neuroscience 2015と国内学会「第53回日本生物物理学会年会」において研究成果を発表した。
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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
電気生理学実験において，電気受容器の神経応答の刺激周波数依存性と合わせて、刺激振幅依存性を明らかにすることができた点を評価した。非線形振動子において，刺激の振幅と周波数により応答が変化することが知られているが，これまでは周波数応答にのみ注目していた．測定装置の改良によって，電気受容細胞がより小さい振幅においても応答を調べることができるようになり，非周期応答とバースト的な応答が連続して生じることなども確認できた点が評価できると考えている．また，一般的に電気生理学実験では，細胞の性質上，細かな解析が難しいため，数理モデルと併せて検討することで，より詳細な特性を明らかにすることが必要である．平成27年度の取り組みでは，電気回路モデルを用いた実験を取り入れ，グラスキャットフィッシュの電気受容器の神経応答を再現し，準周期応答などを詳細に調べることができた点は、当初予定していた計画より進展したと考えている．
一方で，これまでのところ行動実験では刺激画像に対して，グラスキャットフィッシュが顕著な応答を示さない点は今後対策が必要であると考えている．この点を考慮して、「計画以上に進展している」とはしなかった．群れモデルの作製においては，ボイドアルゴリズムではない可能性を示唆する結果を得たことは，今後グラスキャットフィッシュの行動を誘発する上では必要な要素になる可能性がある．
研究成果を国際会議と国内学会で発表したことも、「順調に進展している」と評価した理由である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は最終年度であるので，これまでの平行して実施してきた行動実験と電気生理学実験を関連させて，総括することを目標とする．行動実験では，実際の魚の動きに合わせて，仮想魚による画像刺激を行い，群れ行動について観察を行う．刺激パターンの群れモデルとして，ボイドモデルに加えて，トポロジーモデル（近傍の有限数の個体との位置関係から行動を決定する）を採用する．平成27年度に続き，トポロジーモデルを想定した場合のモデルパラメータの決定を行う．画像刺激への反応が鈍いことについて，画像呈示する場所を変更したり，呈示画像を大きくしたりするなどの画像刺激の方法や環境を工夫する．
電気生理実験においては，平成27年度に作製した電気回路モデルに加え，数理モデルシミュレーションを行う予定である．正弦波刺激より現実的に生じる可能性の高い刺激パターン（他の魚やミジンコなどの動物プランクトンの生体電位）に対する応答を調べる．そのなかで，電気受容器がバースト放電応答を引き起こす可能性のある刺激パターンを調べ，行動実験に適用する．バースト放電応答を引き起こす電気刺激によりグラスキャットフィッシュの行動反応を調べることで，電気受容器の神経応答パターンと忌避行動の関係を明らかにする．また，平成27年度に引き続き，複数の電気受容細胞の行動を同時に記録するため，電気受容器のカルシウムイメージングにも取り組む．電気受容器からの伸びる求心性神経線維の投射の探索も継続する．
研究成果を学会等で発表し，また論文としてまとめる．
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| Causes of Carryover |
画像処理プログラムの作成や電気生理実験補助などの作業に対して謝金として支出したが，支出を抑えるよう自身での作業が多くなったため、予定より出費が抑えられた．旅費において，渡航費用が予定していたより低くなったことも理由の一つである．また，その他経費も予定より少し低くなり，これらが積みあがった結果，次年度使用額が０より大きくなった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
謝金については，画像刺激システムを改良し，よりよいシステムにするため，ソフトウェア開発を依頼する費用として使用する予定である．旅費については，研究成果を発表する予定にしているので，これらに参加する旅費として使用する．また，論文の投稿時の英文校正を業者に依頼したり，投稿費用としても活用したりする予定である．
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