神経活動・音声・移動情報の同時記録によるコウモリの長距離ナビゲーション機構の解明

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コウモリは自らの発声（パルス）と反射音（エコー）を聴き比べることで周囲の環境を把握するエコーロケーションを行い、一晩で数十 km もの長距離を移動することもある。しかし、彼らが広大な実空間をエコーロケーションでどのように認知・記憶しているのかはわかっていない。本研究では、コウモリの脳表面にインピーダンスの低い2chの電極を留置し、飛行中の音声と聴性脳幹反応を同時記録することに成功したが、この手法では細胞単位の神経活動を分離して計測できない。そのため、4本の電極を束ねたテトロード電極を使用した。テトロード電極は神経細胞の活動電位を記録でき、マイクロドライブを用いると電極を深さ方向に移動できる。これにより、電極を2chから16chへ増やし、電極を脳内に挿入し留置することが可能になった。頭部に留置するマイクロドライブを0.8 gまで軽量化し、マイクロドライブの重量を体重の5％以下に抑えることに成功した。このマイクロドライブをコウモリに搭載し中脳の聴覚の神経核である下丘に電極を挿入し、神経活動を記録するデータロガーを装着し、コウモリを飛行させることに成功した。また、複数個体でのナビゲーション時に生じる音響混信の実態について調べるため、数理モデルを構築しシミュレーションを行った。まず、音声を模擬した妨害音の呈示に対する声の周波数の変化を調べた。結果、妨害音声の呈示頻度が高くなるにつれ、周波数の上昇シフトが大きくなる傾向が見られた。この結果から、自身より低い周波数の音声の聴取頻度に依存して周波数の上昇シフト量が大きくなるモデルを作成し、シミュレーション内で複数の個体を飛行させると、個体間の周波数差の拡大が確認できた。本研究によって自由飛行中するコウモリのエコーロケーション、ナビゲーションを支える神経基盤を解明するための基盤を作ることができた。