昆虫の認知
昆虫の精神能力
昆虫の脳（青）内のニューロン（緑と白）

昆虫認知とは、昆虫の精神的能力とその研究を指します。この分野は比較心理学から発展し、初期の研究は動物行動に重点を置いていました。[1]研究者たちは、ミツバチ、ショウジョウバエ、スズメバチ における昆虫認知を研究してきました。[2] [3]  

研究課題は、知覚、[4]感情[1] [5]注意、[3]記憶（スズメバチの複数の巣）、[1]空間認知、[1] [6]道具の使用、[3]問題解決、[3]概念などの昆虫の能力を評価することを目的とした実験で構成されています。[3] [7]動物行動とは異なり、昆虫の研究では集団認知の概念が大きな役割を果たしています。[7] [8] [9]アリやハチなどの一部の昆虫のクラスは、社会の中で機能するために集団認知で考えると仮定されています。 [8] [9]最近の研究では、個体認知が存在し、全体的な集団認知タスクで役割を果たしていることが示されています。[5]

昆虫の認知実験は、過去10年間で以前よりも広く行われるようになりました。[3]行動を分析する際に、種ごとの認知機能の下で、異なる生態学的ニッチへの適応として認知能力を理解することは理にかなっています。これは、行動を個体の環境への適応と見なし、他の異なる個体と比較してより進んでいると評価しないことを意味します。[10]

昆虫採餌認知

黄色い花を餌とする昆虫

昆虫は多様で複雑な環境に生息し、その中で餌を探さなければなりません。昆虫が餌を見つける方法は認知能力によって左右されます。昆虫が餌を見つける際に用いる特定の認知能力は、多くの科学的研究の焦点となってきました。 [11]社会性昆虫はしばしば研究対象となり、ハチ類の能力を調査することで昆虫の知能について多くの発見がなされてきました。[12] [3] ショウジョウバエもよく研究対象とされています。[13]

学習と記憶

学習バイアス

昆虫は学習を通じて採餌効率を高め、餌の探索に費やす時間を短縮することで、交尾相手や宿主の探索といった他の適応度関連活動により多くの時間とエネルギーを投入できるようになります。 [14]昆虫の生態によっては、特定の手がかりを用いてより迅速に餌源を識別できる場合があります。進化の過程で、昆虫は餌源を反映した学習バイアスを進化させていく可能性があります。[15]

学習におけるバイアスにより、昆虫は食物に関連する環境の特徴を素早く関連付けることができます。例えば、ミツバチは放射状や対称的な模様を無意識的に好みます。これは、ミツバチが採餌する自然の花に共通する特徴です。[16]採餌経験のないミツバチは、経験豊富な採餌者であればより早く学習するであろう色を無意識的に好みます。これらの色は、特定の環境において非常に有益な花の色である傾向があります。[17]

時間・場所学習

昆虫は、色や匂いといった一般的な手がかりに加えて、時間も採餌の手がかりとして利用することができます。[18]時間は特に花粉媒介者にとって重要な手がかりです。花粉媒介者は、花の種類に応じて時間と空間が予測可能な変化を示す花を採餌します。花粉媒介者は、花の種類に応じて開花時期を学習し、より効率的な採餌経路を開発することができます。ミツバチは、どの時間と場所が有益であるかを学習し、時間帯に応じて特定の場所への好みを変えます。[19]

これらの時間に基づく選好は、一部の昆虫において概日時計と関連していることが示されています。ミツバチは外部からの刺激がない場合でも、報酬に対する選好が時間に応じて変化することから、学習された選好の調節には体内時計、すなわち概日時計が深く関与していることが強く示唆されます。[18]

さらに、ミツバチは特定の場所がいつ利益をもたらすかを覚えているだけでなく、複数の異なる場所がいつ利益をもたらすかも覚えている。[19]また、特定の蝶の種は、トラップラインでの採餌行動により、時間と場所の学習の証拠を示している。[20]これは、動物が複数日にわたって同じ採餌場所を継続的に訪れることであり、時間と場所の学習能力を示唆していると考えられている。

イノベーション能力

紐を引く作業に慣れたマルハナバチは紐を引っ張って砂糖水で満たされた青い人工花に到達します[21]

昆虫は行動革新能力も有する。革新とは、これまでその集団に見られなかった新しい、あるいは修正された学習行動の創造と定義される。[22]昆虫における革新能力は、問題解決課題を用いることで実験的に研究することができる。[23]糸を引く課題を提示された場合、多くのマルハナバチは課題を解決できないが、少数のマルハナバチは解決策を革新することができる。[21]

当初課題を解決できなかったハチも、イノベーターハチが課題を解決する様子を観察することで、課題解決を学習することができます。これらの学習行動は、ハチの個体群を通じて文化的に伝播していきます。[21] 近年の昆虫研究では、個々の昆虫がイノベーターとなる傾向を予測する特性（例えば、探索的傾向）について研究が進められています。[24]

昆虫採餌の社会的側面

採餌場所の社会的学習

昆虫は観察や他の個体との相互作用を通じて採餌場所を学習することができ、これを社会学習と呼びます。これはマルハナバチで実証されています。マルハナバチは、他のマルハナバチが花を占有している場合、報酬となる花に早く引き寄せられ、その花の種類と報酬を関連付ける学習が早くなります。[25]同種のマルハナバチが花に止まっているのを見ると、その種類の花への好みが高まります。さらに、マルハナバチは、課題が簡単な場合よりも難しい場合の方が、社会的手がかりに頼る傾向があります。[26]

アリは、タンデムランニングと呼ばれるプロセスで、発見した餌場を同種のアリに示します。これは動物界における社会学習の特殊な形態であるティーチングの稀な例と考えられています。[27]ティーチングには、教師と生徒の間の継続的なやり取りが含まれ、教師は通常、生徒に関連情報を伝えるために何らかのコストを負担します。タンデムランニングの場合、アリは生徒に餌場の位置を示すために、一時的に自身の採餌効率を低下させます。人間におけるこの概念は、徒弟制度に類似していると考えられます。

蓄積文化の証拠

マルハナバチの研究では、一部の昆虫が既存の行動をより効率的な形に洗練させる行為を通して、累積的文化の始まりを示すことが示されています。マルハナバチは、ボールを特定の場所に引っ張るという、以前に社会的に学習された行動において、実演者が使用した経路よりも最適な経路を用いることで、その課題を改善することができます。[28]以前に観察された既存の行動の洗練を示すこの行為は、累積的文化の原始的な形態と見なすことができますが、これは非常に議論の多い考え方です。真の累積的文化は昆虫において、そして実際すべての種において示すことが困難であったことを指摘しておくことが重要です。真の累積的文化を示すには、単一の個体が単独で行動全体を生成できないほど、何世代にもわたって文化が蓄積される必要があります。[29]

昆虫採餌の神経基盤

キノコ体の役割

ショウジョウバエのキノコ体の図

昆虫の採餌に関与する重要かつ高度に研究されている脳領域の一つにキノコ体があります。キノコ体は昆虫の学習能力と記憶能力に関与すると考えられています。キノコ体は、柄と呼ばれる2本の大きな茎で構成され、それぞれの先端には萼と呼ばれるカップ状の突起があります。キノコ体は感覚統合と連合学習において重要な役割を果たしています。[30]キノコ体によって昆虫は感覚情報と報酬を結び付けることができます。[30]

キノコ体の機能をアブレーションによって障害する実験では、生物の行動は正常であるものの、学習能力に障害があることが示されています。キノコ体に障害のあるハエは匂いの連想を形成できず[31]、キノコ体に障害のあるゴキブリは空間情報を利用して場所に関する記憶を形成することができません[32] 。昆虫の脳の様々な部位における認知の電気生理学的基盤は、昆虫の脳のこれらの部位からの生体内記録を含む様々な手法によって研究することができます。

キノコ体の可塑性

キノコ体は昆虫の生涯を通じて大きさが変化することがあります。これらの変化は、採餌の開始と採餌経験に関連しているという証拠があります。一部の膜翅目キノコでは、看護キノコが採餌者となり、コロニーのために採餌を始めると、キノコ体が大きくなります。[33]

若いミツバチは、巣の幼虫の給餌と衛生管理を行う看護蜂として活動を開始します。ミツバチは成長するにつれて、役割が看護蜂から採餌蜂へと変化し、巣を離れて花粉を集めるようになります。この仕事の変化は、脳内の遺伝子発現の変化につながり、キノコ体の大型化と関連しています。[33]

一部の蝶は、経験に依存してキノコ体の大きさが増加することも示されています。[34]脳の大きさが最も大きくなる時期は、通常、採餌の経験を通して学習する時期と関連しており、昆虫の採餌認知におけるこの構造の重要性を示しています。

キノコ体の進化

複数の昆虫分類群が独立して、より大きなキノコ体を進化させてきました。より洗練されたキノコ体が進化した事例では、採餌行動における空間認識能力の要求が関与していることが示唆されています。[35]ゴキブリとハチは異なる目に属しますが、どちらも広範囲で採餌行動を行い、空間情報を利用して採餌場所や中心地点に戻ります。これが、キノコ体が大きい理由であると考えられます。[36]これに対し、ショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）などの双翅目昆虫は比較的小さなキノコ体を持ち、空間学習能力もそれほど複雑ではありません。

参照

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さらに読む

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