脳‐機械融合システムによる環境適応行動中の昆虫脳の制御機構の解明

利用脑机融合系统阐明昆虫大脑在环境适应行为中的控制机制

• 批准号: 12J10557
• 负责人: 峯岸 諒
• 金额: $ 2.32万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J10557/
• 关键词: 適応能; 脳‐機械融合システム; 複数感覚統合; 匂い源探索; 微小脳; 昆虫; 内部システム; 感覚フィードバック; 脳-機械システム; 複数感覚; 感覚フードバック; 脳-機械融合システム

本研究は動的な環境下で適切に情報処理を行う脳の機能・機構の解明を目指し、雄カイコガの匂い源定位行動を対象に、行動中の神経活動の解析、および行動指令信号により駆動される移動ロボット「脳‐機械融合システム」を用いることで、この課題に正面から取り組んだ。行動中の神経活動解析においては、カイコガ脳内への埋め込み電極による慢性計測により、前大脳領域において，歩行に先行して発火する神経活動が，歩行中の前進速度および回転角速度と相関することを明らかにした。これらの神経活動は匂い刺激により引き起こされるが，活動ユニットの中には視運動反射応答を示すユニットが存在することを明らかにした。匂い源定位行動中の左右ターン行動を指令する運動神経活動により駆動されるロボットを用いた実験系「脳‐機械融合システム」においては、匂い源探索中の行動指令の神経活動が視運動反射応答により修飾を受けることを明らかにした。指令信号の修飾による歩行中の回転角速度の調節が、効率的な匂い源探索を実現していることを、シミュレーション実験、ガスセンサおよび行動アルゴリズムを搭載したロボットを用いた実機実験により検証した。これら一連の成果は、International Congress of NeuroethologyおよびNeuroscience2014において発表され，前者においては最優秀発表論文賞を受賞した。今後これらの成果を投稿論文として順次発表していく予定である。

本研究旨在阐明大脑在动态环境下适当处理信息的功能和机制，重点关注雄蚕蛾的气味源定位行为，分析行为过程中的神经活动以及行为指令信号驱动的行为。我们通过使用一种称为脑机融合系统的移动机器人来正面解决这个问题。在分析行为过程中的神经活动时，使用植入蚕大脑中的电极进行的长期测量表明，前脑区域在行走之前激发的神经活动与行走过程中的前进速度和旋转角速度相关。尽管这些神经活动是由气味刺激触发的，但我们发现一些活跃单元表现出视运动反射反应。在“脑机融合系统”中，使用由运动神经活动驱动的机器人的实验系统，在气味源定位行为期间命令左转和右转行为，在气味源搜索期间命令行为的神经活动是已明确将其修改为视觉运动反射反应。我们通过仿真实验和实际实验验证，使用配备气体传感器和行为算法的机器人，通过修改指令信号来调整行走过程中的旋转角速度，实现高效的气味源搜索。这些成果在2014年国际神经行为学和神经科学大会上发表，并获得了国际神经行为学和神经科学大会最佳演讲论文奖。我们计划将这些结果作为提交的论文依次发表。

项目成果

カイコガ模倣型ロボットによる化学感覚探索

使用仿蚕蛾机器人进行化学探索

• 发表时间: 2014
• 作者: 吉原拓実;高橋洋介;峯岸諒;倉林大輔;神崎亮平
• 通讯作者: 神崎亮平

Modification in command neural signals of an insect's odor source searching behavior on the brain-machine hybrid system

脑机混合系统上昆虫气味源搜索行为的命令神经信号的修改

• 发表时间: 2013
• 作者: Minegishi R

脳-機械融合実験系を用いた感覚フィードバック操作による昆虫匂い源探索行動の解析

使用脑机融合实验系统通过感觉反馈操纵分析昆虫气味源搜索行为

• 发表时间: 2013
• 作者: 峯岸諒

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Sequences decomposition of an odor-source searching behavior of a silkworm moth based on flight muscle electromyograms on 3 DOF servo-sphere

基于三自由度伺服球飞行肌肌电图的蚕蛾气味源搜索行为的序列分解

• 发表时间: 2014
• 作者: Shigaki S; Fukushima S; Minegishi R; Kurabayashi D; Kanzaki R
• 通讯作者: Kanzaki R