最近、ニューラルネットワークの勉強をしていたら、気になったのが昆虫の脳。
ヒトの進化的対極、それが昆虫。

虫になれるクスリほしいかい？

• 微小脳 … 100 万個未満のニューロンで構成。人間などのは 1,000 億個の巨大脳
• 分散脳 … 頭部、胸部、腹部に分散した神経節 (しんけいせつ)
• 感覚情報すべてを脳で処理できないため、脳以外の視神経であらかじめ情報処理を行い、選ばれた情報だけを脳へ伝える仕組み。そのため情報処理は速いが精密さはない
  • 自動化されているのか..すげぇ
• ウェルニッケ中枢 … 損傷を受けると、音やことばを聞くことはできても、その意味が理解できなくなり会話ができなくなる。失語症とか
• ニューロパイル (神経叢 しんけいそう) … 密集神経叢、非密集神経叢、新経路に区別される。高密度でシナプスを形成している領域
• 感覚ニューロンの軸索が投射 … ニューロンの軸索が A というニューロパイルに投射するという表現は、軸索がニューロパイル A に行き、そこで終わっているということを表すのによく使う。軸索の終わりの部分が膨らんでいることが多く、「軸索終末」と呼ぶ
• ヒトの脳と昆虫の脳で、匂いを識別する神経回路はよく似ている (センサーは触覚)
• ヒトの脳は基本的に 6 階層構造、昆虫はもっと浅い
• 機能モジュールの単位が違いに出る
• 昆虫は単一のニューロンが機能モジュール化している。ヒトはニューロンの集団が機能モジュールとして働く
• 油を染み込ませて透明にした昆虫の脳
• ケニオン細胞 … キノコ体をつくるニューロン
  • キノコ体はブロッコーリーみたい
  • ケニオン細胞の細胞体きもい
  • ブロッコリーの茎になる傘部はうまそう。そんな傘部は触覚葉で処理された匂い情報をケニオン細胞へ入力する場所
  • 柄部や葉部は (ブロッコリーの根本) は出力を担う。ケニオン細胞からの信号を受け取り、別のニューロパイルに信号を伝える
• キノコ体は社会性昆虫 (ex ミツバチ) が大きく複雑な形をしている
  • キモいほどいいんだな
• 中心複合体 … 均整がとれた美しいニューロパイルで脳の中心部にあり、ニューロパイルの集合体
  • 多くが解明されていない
  • 中心複合体に異常があるとまともに歩けない。また蛾のように歩くのがもともと苦手なものは、中心複合体があまり発達していない
• キノコ体とヒトの小脳の神経回路は似ている。機能性の類似性もみられる
• 昆虫の脳は二段階で伝わる (階層が少ない)
• 分散能の胸部だけで正常に羽ばたくことができる (頭部と腹部を切り離して実験)
  • 胸部で運動パターンの生成ができる。 (方向転換はできない) 歩行も同じ
  • 腹部は尾部の屈曲や生殖行動
• セントラルパターンジェネレーター … 腹部神経節にあるリズミックな運動パターンを生成する神経回路
• 匂いは密度の塊の連続。ジグザグパターンを解析して追跡
• ミツバチが覚える花の特徴: 匂い > 色 > 形
• ミツバチ、コオロギの匂い学習は一発 OK
• コオロギは強固に成立し学習した匂いは生涯忘れない
• ラットに劣らず匂いは覚える。脳の容量から考えるとすごすぎる
• ワモンゴキブリは脳手術にも耐えれるぜ！
• ゴキブリは周囲の景色で判断してルートを見つける
• 報酬回路はある
• 不完全変態昆虫 … バッタやゴキブリなどそのままの姿で成長する昆虫。
  • 小学生頃になんかやったな〜覚えてないけど。そして、なんとトンボもこれだよ！ヤゴかわいいハァハァ
• 動物種の 70 % の昆虫。そのうち完全変態昆虫 86 %、不完全変態昆虫 13 %、衣魚 (シミ) などの無変態昆虫 1 %
  • そう、地球上は変態ばかりだ
• 変態により幼虫と成虫は食物も変化するため、幼虫と食物の奪い合いをしなくてすむ利点は大きい
• プログラムされた細胞死 … 例えば蛹の間に、不要な筋肉は排除され、伴い運動ニューロンも消滅 & 再構築される
• アゲハの幼虫は視野がとても狭いが、葉っぱの色認識などは長けている
• 片方で、幼虫は 単眼 6 個に対し成虫は 12,000 個。つまり二千倍になる
• 複眼 12,000 個は解像度でいえば 10,000 ~ 20,000 画素数。つまり大変荒い世界だ。しかしアゲハは動体視力がすごい。そもそも昆虫はヒトより視える世界がある (後述)
  • 画質落としてフレーム優先
• 幼虫の単眼は脳の後面に移動して、ほくろのようにそこに留まる
  • すげぇ…何かの役に立っているかもと言われている
• ミツバチのコロニー … 機能的生命体または超個体と呼ぶ。1匹の女王蜂を中心に数万匹の働き蜂からなる集団が、まるでひとつの生き物であるかのようにふるまいを見せるから
• クイーンパイピング … 女王誕生を知らせるマスコミュニケーション。まさに公共放送
• ミツバチ一匹一匹の体内時計は 22 ~ 25 時間とずれがあるが、コロニー内部で調整され一定に保たれる
• ミツバチは女王からの命令系統ではない。一匹一匹が完成され能力があり何でもできる。あとは互いに情報交換をして役割を分担してコロニーに有益になるよに働く
  • 人間会社組織とは違い無能がいないプロの集まりです。ぱねぇ！
• よい餌場を見つけると採餌バチは、巣に戻り「餌場を教えるダンス」を踊る。餌場の質が良いほど採餌バチは興奮して長時間踊り狂い仲間に情報を伝える
  • 見つけた皆が踊る & 受け取るので、最も効率よく餌場情報が伝達される
  • 帰還した採餌バチは、貯蜜バチに集めた蜜を渡さなければ踊れない。早く貯蜜バチを見つけないと興奮が冷めてしまう…
  • こうして増えすぎず、減りすぎずにバランスが保たれるのか！！！
• ニホンミツバチはオオスズメバチを焼き殺す防戦モードがあるが、セイヨウミツバチにはその防戦モードがない
  • 個に集約される。個体の経験が大切
  • 個の中からスペシャリストが生まれる、そして進化
• 多回交尾の組織なため、父方の能力で個性がでる
• ダンスは暗号コード (距離、方角)。触覚で音を受信する
  • 遠距離ダンスは引っ越しの合図
• ミツバチの飛行距離計算は「流れる景色」から算出
• ミツバチは色はもちろんだが、匂いの「同じ」「違う」も認識できる。そう、「同じ」「違う」という概念がわかる (ネズミにはできない)
• 女王バチは「産卵マシン」と呼ばれるが、空間認識能力は高い。あと飛行交尾
• パブロフの犬でいう反射の「唾液」がミツバチでは吻を出す。つまり「舌を伸ばす」
• 虫の体内時計 24 時間の感覚に光は不要。光は調整用
• イギリスの J・ハーカーのゴキブリ結合実験やばい
• 体内時計は遺伝子で刻まれる。時計細胞ぱねぇ！季節の温度に合わせて活動時間帯も調整される
• D-E カップリング … ショウジョウバエ (D = Drosophila) でわかったことはゾウ (E = Elephant) でも成立するという意味
  • ex) 昆虫でわかった体内時計の仕組みは、ヒトにもある
  • 生命の設計図は共通なものが多いのだな
• ゴキブリのしっぽのような一対の尾葉で空気流感覚
• 速度型の介在神経 (感覚ニューロンから運動ニューロンへの伝達をする) の感度はバクテリアの泳ぐ速度 (11cm/h) です。これほどゆっくりした空気の流れもコオロギは感知可能
  • 加速度型もある。なお感覚毛の長さで違ってくる。速度は比較的長め
• 視角度、カマキリ/ミツバチ/アゲハ → 0.03/0.02/0.01 ド近眼です
• 昆虫にも色恒常性 (トンネルで車の色わからなくなるあれ) の限界はあるが、高い
• 複眼における 3タイプの個眼 (サングラスなフィルター) の配置はランダム
• ミツバチは主観的輪郭の認識がある (ex カニッツァの三角形認識可能)
• 偏光の振動角度の区別、紫外線など視る能力はまだ未知数
• やっぱり研究者はチョウになりたい！！