少数の働きアリが示す、行動解析 -LabVIEWを用いた解析プログラム-

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"実験後の解析にLabVIEWを使用、軌跡や速度を求めることができた。"

- 東北学院大学大学院 人間情報学研究科 人間情報学専攻 博士課程前期, 結城 麻衣氏

The Challenge:
ハチやアリなどの社会性昆虫について、局所的な情報交換から、どのように秩序だった社会が形成されていくのかを解明する。

The Solution:
NI LabVIEWとVisionソフトウェアを使用して座標を抽出し、軌跡や速度を求めることができた。

Author(s):
東北学院大学大学院 人間情報学研究科 人間情報学専攻 博士課程前期 - 結城 麻衣氏

1.  背景
昆虫は小規模な脳機能と限られた感覚機能で、自然環境に適応し、様々な生活体系を構築してきた。
その中でもハチやアリなどの社会性昆虫は、数十から数十万にいたる個体による群れを成し、
秩序だった社会を形成して生活している。社会性昆虫の注目すべき特徴は、その秩序の形成が
1匹あるいは少数匹の統治者の集中管理によってもたらされるものではなく、各個体間の局所的な
情報交換に大きく依存している点にある。局所的なやり取りから、どのように秩序だった社会が
形成されていくのだろうか。これまで多くの研究者が社会性昆虫の仕組みを解明すべく
研究を進めてきたが、これらの研究は、コロニー全体の行動特性から徐々に部分的に視野を
落としておくトップダウン型の研究である。また、体表物質やフェロモンなどの化学物質レベルの
研究がほとんどである。

2. 目的
 トップダウン型に対し、単体及び少数個体の行動に注目し、個体数を徐々に増やしていくことで、
部分的なところからコロニー全体に視野を広げていくボトムアップ型の研究はあまり行われていない。
少数個体の行動に着目することで、個体間の振舞いからどのようにコロニーが構成されるか
解明できるのではないか。個体レベルで行動を観察すると単体の場合と複数の場合で
の行動は異なることが見受けられる。すなわち、行動レベルでの解析からその特性を
議論できる余地が十分にあると考えられる。本研究では、ボトムアップ型の方法をとり、
障害物のない閉空間に少数の働きアリを放ち、行動を計測する。特にアリの軌跡と移動速度の
変化の2点から、アリのコロニーにおける局所的な情報交換の役割を推定していく。

3.  実験手法
LabVIEWは実験後の解析の時に使用した。以下が実験手順と解析手順になる。

■実験手順
1) エタノールで消毒し30分以上放置した、直径30cmのアクリルボールの中に同じコロニーの働きアリを放つ。
2) 半球に蓋をして、真上からビデオカメラで録画する。撮影時間は約4~5時間とする。
3) 撮影後、動画像を二値化し、アリの座標を求める。
4) 座標から、単一時間のアリの速度や軌跡を算出する。

アクリルボールは、解析の際にアリの識別をしやすくする為に、半球の側面に紙粘土でコーティングした。
また、蓋などに蛍光灯が写りこんだりした為、半球を円筒上の白いプラスチック板で囲むことで防いだ。


fig1. This is experiment image.

■解析手法
解析にはLabVIEWとVisionを使用した。アリの座標を抽出し、軌跡の描写や移動速度を調べるため、以下の手順で作成した。
1) 撮影した映像読み込み、グレースケール化する。
2) 半球以外の情報は不必要なので、マスクをかける。
3) アリの位置を明確にするため、コントラストを調整する。
4) 二値化し、アリの位置だけを表示する。
5) アリの座標を抽出し、txt ファイルにx座標y 座標の値を書き出していく。


fig.2 解析プログラム

4. 結果
座標の抽出により、軌跡や速度を求めることができた。
また速度を時系列で見たところ、途中から活発-不活発を交互に繰り返す周期がみられた。現在このシステムを使い、
引き続き解析を行っている。


fig3-1.アリ1匹の軌跡

fig3-2.アリ2匹での軌跡


fig4.アリ2匹で実験した際の1分間の移動速度グラフ

Author Information:
東北学院大学大学院 人間情報学研究科 人間情報学専攻 博士課程前期
結城 麻衣氏

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