Visual neural mechanisms of flower recognition

花卉识别的视觉神经机制

基本信息

批准号：
21K06273
负责人：
関洋一
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo University of Pharmacy and Life Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ミツバチを中心に、花の形質に関連する視覚要素を分析する行動学的な研究は数多く行われてきた。しかし、花の視覚特徴の脳内での情報表現を調べる神経生理学的なアプローチを組み合わせた研究はあまり行われておらず、花の認識に関する昆虫の視覚神経機構はまだ未解明の部分が多い。本研究では、ハナアブの一種であるホソヒラタアブ（Episyrphus balteatus）をモデル系として導入し、送粉昆虫が花を認識する視覚神経機構を解明することを目的とする。そのために、飼育系の確立から、花の探索行動を再現する行動実験系の確立と詳細な脳領域の構造を解析する脳マップの作成、さらに、視覚情報処理の神経系からの電気生理学的手法の確立を進めている。まず、新たな実験材料としてホソヒラタアブを導入するため、初年度に引き続き飼育系の確立を進めた。幼虫の餌であるアブラムシを飼育して供給することにより、実験に必要な個体数を十分に得ることができるようになった。また、自然に近い飛行状態から花の視覚要素の選択を評価できる行動実験系の確立のため、飛行環境の条件検討を行い、実験室ケージ内での長時間飛行を実現した。そして、ホソヒラタアブの詳細な3次元脳構造マップを作成するため、シナプシン免疫染色による脳画像から主要脳構造の詳細な解析を行った。さらに、視覚神経機構の機能解析に必要な電気生理学的手法の確立のため、in vivoホールセルパッチクランプ法とElectroretinogram (ERG; 網膜電図)の適用を進めた。

已经进行了许多行为研究来分析与花性状相关的视觉元素，主要是蜜蜂。然而，很少有研究结合神经生理学方法来检查大脑中花朵视觉特征的信息表示，并且涉及花朵识别的许多昆虫视觉神经机制仍然未知。在这项研究中，我们引入了一种食蚜蝇——Episyrphus balteatus，作为模型系统来阐明授粉昆虫识别花朵的视觉神经机制。为此，我们建立了育种系统，建立了重现花朵探索行为的行为实验系统，创建了大脑图谱来分析大脑区域的详细结构，并开发了从神经系统进行视觉信息处理的电生理技术。着手建立首先，我们从第一年开始就继续建立育种体系，引入普通蝇作为新的实验材料。通过饲养和供应作为幼虫食物的蚜虫，可以获得足够数量的实验个体。此外，为了建立一个能够评估花朵在接近自然的飞行条件下视觉元素选择的行为实验系统，我们对飞行环境条件进行了研究，并在实验室笼子中实现了长时间飞行。为了创建日本果蝇详细的 3D 大脑结构图，我们对突触蛋白免疫染色大脑图像的主要大脑结构进行了详细分析。此外，为了建立视觉神经机制功能分析所需的电生理学方法，我们应用了体内全细胞膜片钳方法和视网膜电图（ERG）。