自然の中でショウジョウバエがVRをプレイし、注意メカニズムとワーキングメモリを発見

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ミバエが注意力、作業記憶、意識のようなものを持っていると想像できますか?

哺乳類にほぼ追いつきました。

『ネイ​​チャー』誌に掲載された研究で、研究者らはショウジョウバエ用の特別なVR装置を開発した。

この 360 度のパノラマ環境では、ショウジョウバエはロープで縛られていますが、自由に羽ばたくことができ、その動きによってシーンがリアルタイムで更新され、自由に飛んでいるような錯覚を生み出します。

研究者たちは、このような実験で、哺乳類によく見られる認知能力を観察し、新たな発見をしました。

ショウジョウバエの小さな脳は、記憶の形成、消去、そして「注意散漫」などの高度な認知能力を備えています。

どうしたの？昆虫と哺乳類の間のギャップはそんなに小さいのでしょうか？調べてみましょう。

パブロフのミバエ

このショウジョウバエの実験は、心理学における有名な古典的条件付け実験である「パブロフの犬」に倣ったものでした。

犬に餌をあげる場面では、最初は飼い主が餌をあげに来るとすぐに犬はよだれを垂らしていました。その後、パブロフは餌をあげる前にベルを鳴らし、その後犬はベルの音を聞くとよだれを垂らすようになりました。

このプロセスの間、犬は食べ物（無条件刺激、US）とベル（条件刺激、CS）を関連付けました。

同じ原理がショウジョウバエの実験にも当てはまりますが、餌を与える代わりに「レーザーで焼く」、ベルを鳴らす代わりに「T字型のパターンを見る」という動作が行われました。

ミバエの視野内に正の「T」字型のパターンがある場合、ミバエも同時に焼かれますが、その逆は起こりません。 7 回のトレーニング セッションの後、直立した「T」と逆さまの「T」が同時に視界に現れると、ショウジョウバエは逆さまの「T」に向かって「飛ぶ」ようになります。

この「飛行」方向は、ショウジョウバエが羽を振動させる角度に基づいて高速カメラによって決定されます。

気が散るミバエ

ミバエがパターンを熱い刺激と関連付けた後、その記憶をテストすることができました。

たとえば、最初にパターンを提示し、パターンが消えてから 5 ～ 20 秒後にレーザーをオンにして加熱することができます。

これを数回繰り返した後、レーザーがオンになっていなくても、ショウジョウバエは 5 ～ 20 秒後にまだ反応することができます。これは、視覚刺激の痕跡がショウジョウバエの脳に保持されていることを意味します。

ショウジョウバエの記憶がどのくらい長く保持されるかを調べるために、研究者らはショウジョウバエの注意を「そらす」ための干渉要素も設計した。つまり、パターンが消えた後、異なる時間間隔でショウジョウバエに柔らかい空気を吹き付けるのだ。

結果は、気流が乱れていない状況（白いバー）と比較して、気流が乱れた状況（灰色のバー）ではショウジョウバエのパフォーマンス指数がより速く低下し、40秒後には基本的にゼロに戻ったことを示しました。

これは、パターン刺激がショウジョウバエの脳に短期記憶を残すことができ、干渉要因がショウジョウバエの注意を「そらす」ことができることを示し、注意メカニズムが存在することを意味します。

さらに、研究者らはこのプロセス中のショウジョウバエの脳の活動も監視し、記憶の形成と消滅がR2ニューロンとR4mニューロンの活動に関連していることを発見しました。

このニューロン部分は、ショウジョウバエの中心複合体の楕円体部分に位置しており、これは人間の脳の大脳皮質領域に相当します。

この観点から見ると、ショウジョウバエと哺乳類の認知能力とのつながりは依然として非常に重要です。将来的には、ショウジョウバエを高次の認知機能のモデルとして利用できるようになるかもしれません。

昆虫と哺乳類が共通の祖先から進化したと考えると、このつながりはさらに深いものになります。

カリフォルニア大学サンディエゴ校の生物科学教授ラルフ・グリーンスパン氏も、ショウジョウバエと哺乳類の脳領域の対応関係は分子特性と記憶保存方法に基づいてマッピングでき、人間が認知機能をどのように達成しているかが徐々に明らかになりつつあると述べた。