【研究分野】身体教育学

【研究領域課題番号】16H01866 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

変動性 / 不確定性 / ベイズ推定 / 空間 / 時間 / 脳 / 知覚 / 運動行為 / 変動 / 乱雑さ / 知覚判断 / 認知 / 行動

【研究成果の概要】

我々の身体は，変動 (不確定性) に満ちた環境にありながら，精緻で安定した認識と行動を生成している．それが如何なる神経機序により実現されているのか？本研究は，この問題を独自に探求すべく，感覚情報の変動性に焦点をあて，脳機能測定 (fMRI, EEG, TMS) と心理物理学的測定を実施した．その結果，空間的変動性に関わる神経基盤 (外側後頭複合体) を特定し，また，時間的，空間的変動性に関わる心理物理学的現象を発見した．先行プロジェクトから引き継ぐ，知覚-運動系のベイズ推定や身体知覚の時空間的適応性に関わる研究成果も得て，変動ある環境を克服する脳の仕組みを解明していくための多角的な知見を得た．

【研究の社会的意義】

中枢神経系における変動（不確定性）の問題に関する研究は，近年，ベイズ推定モデルに基づく心理学的，神経科学的研究により大きな進展を遂げてきた．本研究は，独自の心理物理学的発見に基づき，既存の研究では手薄であった感覚情報における変動性に着目し，これに関わる神経基盤の一つを特定し，また，多様な心理物理学的成果も得た．さらに，本研究課題に関連し，派生した研究から，自閉症スペクトラム症者の身体知覚特性，二輪車搭乗中の多感覚統合特性が明らかになるなど，医学・産業応用への貢献が期待される成果も得られた．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】43,940千円 (直接経費: 33,800千円、間接経費: 10,140千円)

【研究分野】実験心理学

【研究領域課題番号】16H06325 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

可塑性 / 認知機能 / 加齢 / MRI / 脳 / 行動

【研究成果の概要】

3～4か月の短期的な運動や楽器練習をおこなう介入研究では、練習により高齢者の認知機能が向上するとともに、脳の部位間の活動同期レベルが減少し神経処理が効率化することが分かった。横断研究において、幼少期からのスポーツや楽器の訓練は、加齢により萎縮しやすい脳部位の灰白質容積を維持する可能性が示唆された。また、機能が低下している高齢者は視触覚統合場面において視覚情報を過度に用いること、高齢者は異世代の若者から伝えられた情報を記憶する神経ネットワークが低下していることが分かった。さらに、高齢者の歩行中の衝突回避訓練に有効なバーチャルリアリティを開発することができた。

【研究の社会的意義】

本研究では、高齢期の認知機能の維持に良い効果を持つと思われる運動や楽器練習の効果を、認知機能検査による行動的指標のみならず、その神経基盤も含めて科学的に明らかにした。また、多感覚知覚の観点から弱っている高齢者の特徴を明らかにし、バーチャルリアリティを用いた歩行制御訓練を可能にしたことは、高齢期の転倒防止につながると期待される。高齢期に転倒・骨折すると、入院中の不活発な生活で認知症を発症するケースも少なくないため、こうした知見は有用である。さらに、高齢者が異世代の若者から情報を伝えられる際には、同世代からと比べて記憶面で困難があることが示され、周囲の配慮に関する示唆が得られた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31

【配分額】132,340千円 (直接経費: 101,800千円、間接経費: 30,540千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】16370035 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ミツバチ / 社会性 / 攻撃性 / ダンス言語 / 行動 / 脳 / 遺伝子 / 分子的基盤 / 初期応答遺伝子 / 転写因子 / 線虫 / 攻撃行動 / ウイルス

【研究成果の概要】

本研究では、ミツバチが示す様々な社会性行動(特に、ダンスコミュニケーションと攻撃性)の分子的基盤を探るため、脳で領野や行動選択的に発現する遺伝子の同定と解析を進めた。主な研究成果は以下の通りである。
(1)新規な最初期遺伝子Kakuseiの発現を指標に、ダンスコミュニケーションに関わる脳領野を調べた結果、キノコ体(昆虫脳の高次中枢)の小型ケニヨン細胞の活動が採餌蜂とダンス蜂で亢進していることを見出した。
(2)女王蜂に比べて働き蜂(育児蜂/採餌蜂)に強く発現する遺伝子を検索した結果、エクダイソン情報伝達に関わるホルモン受容体HR38遺伝子が採餌蜂の脳のキノコ体の小型ケニヨン細胞選択的に発現することを示した。
(3)エクダイソン情報伝達に関わる2種類の遺伝子、BR-C、E75について、いずれも脳でキノコ体選択的に発現するが、キノコ体の中では発現する神経細胞が異なることを見出し、キノコ体の神経細胞の役割分担を示唆した。
(4)キノコ体選択的に発現する転写因子Mblk-1の線虫ホモログ(MBR-1)について遺伝学的な機能解析を行い、発生段階で生じる余分な神経突起の剪断において、UNC86-MBR-1の転写カスケードが関わることを示した。
(5)ミツバチの視覚記憶のメカニズムを調べるために、固定した働き蜂を用いて視覚刺激と口吻伸展反射の連合学習系を開発した。この実験系を用いて、ミツバチでも視覚順応や残像が起きていることを示した。
(6)攻撃蜂の脳から同定されたKakugoウイルスについて疫学調査を行い、感染率が高いコロニーでは攻撃蜂のみならず巣内の働き蜂からもウイルスが検出されることを見出した。また、ダニが感染を媒介する可能性を示した。
これらの知見はいずれも独創性が高く、ミツバチの社会性行動の分子的基盤の解析の端緒となるものと期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】15,700千円 (直接経費: 15,700千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】12480237 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ミツバチ / 社会性昆虫 / 行動 / カースト / 神経系 / 脳 / 遺伝子 / cDNA / 本能行動 / キノコ体 / 神経細胞 / 遺伝子発現 / cDNAクローニング

【研究成果の概要】

ミツバチは社会性昆虫であり、その働き蜂は8字ダンスにより仲間に花の位置を教えるという高次行動を示す。ミツバチの脳では感覚統合や記憶・学習の中枢であるキノコ体が顕著に発達しており、キノコ体を構成する介在神経(ケニヨン細胞)は、細胞体の大きさから、大型と小型の2種類に分類される。我々はミツバチの高次行動に関わる遺伝子の候補として、大型と小型のケニヨン細胞の各々に特異的に発現する遺伝子(Mblk-1とKs-1)を同定しているが、本研究ではこれら2つの遺伝子のcDNAの単離と解析を行った。
その結果、Mblk-1遺伝子は新規なDNA結合タンパク質をコードすることを見出し、このタンパク質が転写促進活性をもつことを示した。これは、昆虫の脳でキノコ体特異的に発現する転写因子を同定した世界で初めての例であり、昆虫の脳機能の分子基盤を理解する上で、重要な知見である。また、その線虫ホモログも脳の神経細胞特異的に発現することを示し、Mblk-1の機能が動物種を超えて保存されることを示唆した。一方、小型ケニヨン細胞に選択的に発現するKs-1遺伝子のcDNAは、タンパク質をコードすると思われるORFを含まず、その転写産物(RNA)は中枢神経系の細胞核に穎粒状に局在することを示した。Ks-1遺伝子産物は、非翻訳性核RNAとして神経機能の調節に働くと考えられる。これは、神経細胞のサブタイプに特異的な核RNAを見出した初めての例であり、RNAの新しい機能を知る手掛かりになると期待される。この他本研究では、ミツバチのカースト特異的行動や攻撃行動を規定する遺伝子候補として、女王蜂の脳で選択的に発現するQ7遺伝子やQM〓遺伝子や、攻撃性が高い働き蜂(門番蜂)の脳で選択的に発現する、Agg-1やAgg-2遺伝子を同定した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】14,400千円 (直接経費: 14,400千円)

【研究分野】動物生理・代謝

【研究領域課題番号】12894021 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

記憶・学習 / 本能 / 生物学的基盤 / 動物 / 脳 / 行動 / 多様性 / 普遍性

【研究成果の概要】

本基盤研究(C)(1)企画調査では「動物の学習の生物学的理解」を中心課題に設定して、動物種による違いを生みだした進化の過程を再構築しながら、なおその中で保存されている共通性と普遍性を発見することを目的とした。そのために、動物行動学・行動生理学・認知心理学・神経科学の広い分野にわたって関連する研究者が最新の成果を持ち寄り二つのシンポジウム(神経科学会大会と動物学会大会)を実施すると共に研究会を開催して研究者間の緊密なネットワークを形成した。これらの一連の活動は動物学の新しい側面を拓く活動である。
(1)第23回日本神経科学会大会シンポジウム「学習する本能」
平成12年9月5日、横浜市「横浜みなとみらい21・パシフィコ横浜」にて、シンポジウムを開催した。
サケの母川回帰と嗅覚記憶形成:佐藤真彦(横浜市立大学・大学院総合理学研究科)
雛鳥の視覚性刷込みによる遺伝子発現の増大:木村尚博(創価大学・工学部)
小脳の新しい機能:プルキンエ細胞とニューロステロイド:筒井和義(広島大学・総合科学部)
鳥の歌文法の神経基盤:岡ノ谷一夫(千葉大学・文学部、科学技術振興事業団さきがけ研究21)
The Neural Basis of Vocal Learning in Songbirds:A.J.Doupe(University of California,San Francisco)
総合討論「学習する本能」松本元、松島俊也、佐藤真彦、木村尚博、筒井和義、岡ノ谷一夫、Allison J.Doupe
本シンポジウムを実施することにより、学習の生物学的基盤に関する最新の知見を得ることができた。様々な研究対象における記憶研究の重要性とその展開を強く印象付けるものであった。神経科学の新しい側面を拓くものとして高く評価された。
(2)第71回日本動物学会大会シンポジウム「学習の生物学的基盤に関する総合的研究」
平成12年9月21日(木)午後3時から6時まで、東京都目黒区「東京大学駒場キャンパス」にて、日本動物学会第71回大会の[国際ブレインサイエンスシンポジウム」として開催した。
トリの歌学習システム:H.-J.Bischof(University of Bielefeld,Germany)
指定討論者:岡ノ谷一夫(千葉大・文学部)、竹内浩昭(静岡大・理学部)
サケの母川回帰と嗅覚記憶システム:Thomas Quinn(University of Washington,USA)
指定討論者上田宏(北海道大・水産学部)、松島俊也(名古屋大・大学院生命農学研究科)
記憶学習の研究がつねに動物の進化的背景と行動生態学的背景を見失ってはならないこと、様々な研究手段を糾合し様々な現象を広く深く俯瞰する研究戦略が、今後の学習研究の主流となる事を強く印象付けるものとなった。翌日開催された大会本部企画シンポジウム「20紀の動物学と21世紀の展望」においても、講演者の一人(日高敏隆、滋賀県立大学学長)により動物学の新しい側面を拓くものとして高く評価された。
(3)「学習の生物学的基盤に関する総合研究」研究会
平成12年9月24日25日に、水産庁養殖研究所日光支所において、本企画調査メンバーと「微小脳システムの適応的設計:学習・認知およびホルモンによる行動変容研究会」(文部省科学研究費特的領域研究「微小脳システムの適応的設計」代表:高畑雅一)の協力を得て、水産庁養殖研究所日光支所(栃木県日光市)において合同研究会を実施し、研究者間の緊密なネットワークを形成した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2000

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)