昆虫における複数の刺激情報統合に基づく行動選択の神経機構の解明

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動物は捕食者の接近を示す刺激を検出し、状況に応じて適切な逃避行動を行う。申請者はこれまでに、コオロギが複数の気流刺激パラメータに基づいて跳躍または歩行を逃避応答として選択することを発見した。本研究では、複数刺激パラメータに基づいた逃避行動選択の神経基盤を解明することを目的とした。コオロギでは、高次中枢へ感覚情報を送る上行性信号や脳神経節から運動司令を送る下行性信号が二本の神経束を介して伝えられる。そこで、まず①脳神経節と胸部神経節の間、または②最終腹部神経節と第4腹部神経節の間で片側神経束を切断して上行性・下行性信号を部分的に遮断し、その影響を検証した。跳躍が生じる確率は①と②の両方で減少したが、歩行が生じる確率は②でのみ減少し①では影響が見られなかった。この結果は、跳躍を行うには脳神経節への感覚情報入力が重要であるが、胸部神経節に両側性の感覚情報入力があれば脳からの運動司令が半減しても歩行を行えることを示す。すなわち、跳躍と歩行を誘導する神経回路はそれぞれ脳神経節と胸部神経節に存在し、これらの高次中枢領域間の神経連絡が重要な役割を持つと考えられる。この役割を詳細に調べるために、逃避行動中の運動制御への上行性・下行性信号遮断の影響を解析すると、移動速度や距離、方向制御には脳神経節からの両側性下行性信号が重要であり、素早く逃避を開始するためには前胸神経節への両側性上行性信号が重要であることが示された。最後に、跳躍と歩行に先行して脳神経節から送られる下行性信号を細胞外記録によって調査すると、跳躍時には歩行時より行動開始直前に急激な下行性信号の活動増加が生じていた。これは、脳神経節が逃避行動を決定した結果として異なる運動司令を送ることを示す。本研究の結果、脳神経節で刺激情報処理を経て逃避行動が決定されることに加え、逃避行動において脳神経節と胸部神経節が持つ役割が明らかになった。