小型魚類の視運動反応の数理的解析とその神経・分子基盤の解明

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私は昨年度まで、視運動反応の行動アルゴリズムの予測のため、縞の条件を変化させたときのメダカの視運動反応の特性について調べた。本年度はその結果をもとに実際に行動アルゴリズムを予測し、視運動反応モデルとそのシミュレーションを作成した。以下にモデルの構造の概要と、シミュレーション結果について簡単に報告する。私はまず、メダカが新規の目標方向へ旋回・加速して視界を更新する状態と、その更新された状態を維持する状態の2状態に区分した。次に、視界の更新を選んだ場合、メダカが側方に黒縞が見える確率が高い方向を目標遊泳方向とし、視界の維持を選ぶと、視界内の縞の動きの変化が少なくなるように目標旋回量と目標速度を設定した。視界の更新と維持の2状態は、基本的に確率的な自発性により生じ、視界内の縞の位置が大きくずれすぎた場合にも、視界の維持から更新に切り替わりやすくなる仕組みも取り入れた。最後に、目標遊泳方向(または旋回量)と目標速度の値をもとに、運動の周期と旋回・加速の向き・大きさを決定するようにした。以上の構造を取り入れたモデルをもとにシミュレーションを作成した。縞の速度が一定のときに平均的に縞と同じ速度で動くのを確認したのち、縞の速度を1, 10秒周期で正弦波様に変化させ、シミュレーション上の魚の行動を解析した。その結果、昨年度の実験で見られた、実際のメダカが10秒周期で縞の速度が変化した際には、メダカも縞と同じ回転速度変化をするように、10秒周期の行動制御を行うのに対し、1秒周期で縞の速度が変化した場合には、数十秒の平均をとると、縞とほぼ同じ速度で追従するにも関わらず、1秒周期での行動変化は生じないという行動特性を再現できることを確認した。