生体の予測性運動制御機構の理解とロボット制御システムへの応用

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生体の予測性運動制御学習メカニズムを解明するために，運動学習の一例である金魚の視運動性眼球運動の周期同調に着目し，行動実験・生理実験，モデルシミュレーションを用いて周期同調の学習機構を明らかにすることを目的とし研究を進めた．本年度は，昨年度から引き続きの行動実験に加え，周期同調のモデルシミュレーション，サル・マウスによる実験を実施した．これまでに金魚，ヒト，ゼブラフィッシュ，メダカを用いた研究により周期同調の学習には眼球速度蓄積機構の時定数が関わっていることが示されている．そこで金魚の前庭神経を切断し眼球速度蓄積機構の時定数を短くすることで予測性眼球運動の学習に差異が現れるのではないかと考えられた．実験では，これまで金魚の前庭神経を切断した研究例が見られなかったため，新たに手術手法を確立し前庭神経切断金魚を作成した．その結果，前庭神経切断金魚は通常金魚と比べ眼球速度蓄積機構の時定数が短くなると共に，周期同調による眼球速度減少量が小さくなった．これらの結果から，周期同調の学習には速度蓄積機構の時定数が重要な役割を担っていることが明らかになった．周期同調のモデルシミュレーションでは，従来の人工小脳モデルとCentral pattern generatorを組み合わせた新たな周期同調モデルを開発し，金魚と類似した周期同調を再現できることを確認した．また，サル，マウスを用いて周期同調学習実験を行った結果，マウスでは周期同調のような眼球運動が僅かに見られたものの金魚と比べその学習量は非常に小さく，またサルでは予測性の眼球運動が見られなかった．しかしながら視覚刺激のパターン，周期や速度，報酬の与え方などまだ未検討の要素が複数あり，これらの条件次第では予測性眼球運動が生じることも十分に考えられる．