ピクニックでショウジョウバエが食べ物の周りを飛び回り始めたので、手をかざして追い払う。虫がその場から逃げるのは、本当に 恐怖を感じているからだろうか。感情の基本的な構成要素を研究するためにショウジョウバエを用いたカリフォルニア工科大学（Caltech）の新たな研究は、頭上の影のような刺激に対するハエの反応が、恐怖などの負の感情状態に類似している可能性があると報告している。この発見は、いつか人間の感情に関与する神経回路の理解に役立つかもしれない。
この研究は、 デービッド・アンダーソン氏の研究室で行われ、セイモア・ベンザー生物学教授であり、ハワード・ヒューズ医学研究所の研究員でもある同氏らによる成果で、5月14日に学術誌 カレント・バイオロジーにオンライン掲載された。
昆虫は感情研究の重要なモデルである。進化系統樹ではマウスのほうが人間に近いものの、ショウジョウバエの神経系ははるかに単純で、研究しやすい。しかし、昆虫や他の動物の感情を研究するのは難しい場合もある。人間の感情を経験として知っている研究者は、昆虫の感情を人間になぞらえてしまうかもしれない。追い払われたハエが手を恐れて皿から逃げたと思うのと同じだ。しかし、そのような推測にはいくつもの問題があると、論文の筆頭著者であるウィリアム・T・ギブソン博士研究員は述べる。
「自分自身の経験をもとに、ハエにも同じことが起きているかもしれないと言うには、二つの難点があります。第一に、ハエの脳はあなたの脳とは大きく異なり、第二に、ハエの進化の歴史はあなたのものとは非常に異なります。そのため、ハエに感情があることを疑いの余地なく証明できたとしても、その感情はおそらくあなたの感情と同じではないでしょう」と彼は言う。「こうした理由から、私たちは研究で客観的なアプローチを取りたいと考えました。」
アンダーソン氏とギブソン氏らは、感情という概念を基本的な構成要素、いわゆる「感情プリミティブ」に分解することでこれを実現した。この概念は、以前にアンダーソン氏と ラルフ・アドルフス氏（ブレン心理学・神経科学教授、生物学教授）が提唱したものだ。
「『感情』が何を意味するのかについては何十年も議論が続いており、広く受け入れられた定義はありません。ラルフ・アドルフスと私が最近執筆した論文では、感情とは、主観的で意識的な感覚とは独立して存在し得る、一定の一般的性質を持つ脳内状態の一種だという見解を示しました。そうした感覚は人間でしか研究できません」とアンダーソン氏は言う。「つまり、ハエやマウスのような動物モデルで、感情を『感じている』かどうかを気にせずに、そうした脳の状態を研究できるということです。私たちは、その状態を表す行動を指標として用います。」 「感情」の意味については何十年も議論が続いており、広く受け入れられた定義はありません。
ギブソン氏は、感情プリミティブへの分解を、オレンジのような二次色を黄色と赤の二つの原色に分けられることになぞらえて説明する。「ショウジョウバエが、互いに独立しているものの必要不可欠なこれらのプリミティブをすべて示すと明らかにできれば、ハエにも恐怖のような感情があると主張できるかもしれません。」
ハエの研究で分析された感情プリミティブは、人間の恐怖と結びつく刺激、すなわち銃声を例にすると理解できる。銃声を聞けば、負の感情が引き起こされるかもしれない。この感情は「価」と呼ばれるプリミティブで、その後数分間、行動を変化させる可能性が高い。これは「持続性」と呼ばれるプリミティブだ。また、刺激に繰り返しさらされると、感情反応はより強くなるはずで、これは「拡張性」と呼ばれる。たとえば、銃声を10発聞けば、1発の場合より恐怖が強まる。
ギブソン氏によると、恐怖のもう一つのプリミティブは、異なる状況にも一般化することだ。つまり、銃が発砲されたときに昼食中だったり、ほかのことに取り組んでいたりしても、恐怖が支配し、食事から気をそらす。さらに「状況横断性」というプリミティブによって、車のバックファイア音のような無関係な刺激に対しても、同じ恐怖反応を示すことがある。
研究者らは、恐怖を誘発する刺激にさらされた昆虫を観察し、これら五つのプリミティブを調べることにした。頭上からの視覚的脅威に対する防御行動は多くの動物に共通するため、研究者らはハエの生息環境の上を暗色の羽根板が通過する装置を作製した。ハエの動きは、電気工学教授である ピエトロ・ペローナ氏との共同研究で開発したソフトウェアを使って追跡した。
研究者らが刺激に対するハエの反応を分析したところ、昆虫はこれらの感情プリミティブをすべて示した。たとえば反応には拡張性があった。羽根板が頭上を通過すると、ハエは動きを止めるか、刺激から飛びのくか、覚醒度が高まった状態に入り、刺激を与えた回数が増えるほど、それぞれの反応も強まった。また、空腹のハエが餌の周りに集まっているときに刺激を与えると、数秒間餌から離れてアリーナ内を走り回り、覚醒度の高い状態が収まると餌に戻った。これは状況の一般化と持続性のプリミティブを示している。
「これらの実験は、頭上の捕食者を模した視覚刺激が、ハエに持続的かつ強さが変化する防御的覚醒状態を誘発し、脅威が去った後も数分間、その後の行動に影響を及ぼし得るという客観的な証拠を示しています」とアンダーソン氏は言う。「私たちにとってこれは、視覚的脅威から逃げるハエは『恐怖を感じている』に違いないと、人間になぞらえた思い込みから何となく推測する段階を大きく超えるものです。ハエの脅威への反応は、ロボットのような回避反射よりも豊かで複雑であることを示唆しています。」
今後、研究者らはこの新しい手法を、遺伝子に基づく手法や脳活動の画像化と組み合わせ、防御行動を支える神経回路を特定する計画だ。最終的な目標は、感情プリミティブに必要なショウジョウバエ脳内の特定のニューロン集団を特定し、マウスや人間などの高等生物でもこれらの機能が保存されているかどうかを調べることだ。
こうしたプリミティブの存在は、ハエが何らかの感情に基づいて刺激に反応している可能性を示すものの、研究者らは、この新たな情報がハエに恐怖や幸福、怒り、その他の感情を経験する能力があることを 証明する ものではないと、また、それを立証することを目的としていなかったと、強調する。
「私たちの研究では、メカニズムや感情状態の機能的性質に関する問いには取り組めますが、ハエに感情があるかどうかという問いには答えられません」とギブソン氏は言う。
「反復刺激に対する行動反応はショウジョウバエに持続的な防御的覚醒状態を示す」と題された本研究は、学術誌 「反復刺激に対する行動反応は、 ショウジョウバエに持続的な防御的覚醒状態を示す」 に掲載された。 カレント・バイオロジー。ギブソン氏、アンダーソン氏、ペローナ氏のほか、カリフォルニア工科大学の共著者には、大学院生のカルロス・ゴンザレス氏、学部生のレベッカ・ドゥ氏、元研究助手のコンチ・フェルナンデス氏とパンナ・フェルセン氏（学士 ’09、修士 ’10）、元博士研究員のマイケル・メール氏が含まれる。共著者のラクシュミナラヤナン・ラマサミー氏とタニヤ・タバクニック氏は、ハワード・ヒューズ医学研究所（HHMI）のジェネリア研究キャンパス所属である。本研究は、米国国立衛生研究所、HHMI、ゴードン・アンド・ベティ・ムーア財団の助成を受けた。
本記事は カリフォルニア工科大学（Caltech） との共同で掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：ジェシカ・ストーラー＝コンラッドは、カリフォルニア工科大学のサイエンスライターです。
画像：ジャカルタの主要なごみ処分場、バンタル・グバン地区で見られるハエ。REUTERS/Beawiharta。
