科学研究 - 【先驱科研人】个体多样性与群体行为增强果蝇群体实力，通过基因分析探究“个性”的作用

佐藤大气
千叶大学国际高等研究基干特任助教
出生于千叶县。2021年完成日本东北大学研究生院生命科学研究科生态系统生命科学专业博士课程。获得博士学位（生命科学）。历任日本学术振兴会特别研究员（PD）、藤田医科大学医科学研究中心系统医科学研究部门助教等职务，2023年起任现职。2024年担任ACT-X研究员。

Q1 您立志成为研究者的契机是什么？
A1 从小喜欢观察生物

我从小就喜欢生物，养过宠物，会到附近空地捕捉昆虫或蜥蜴观察它们。尤其偏爱螳螂。螳螂一旦发现猎物，便会立刻切换成捕猎模式，这种生物特质让我着迷。

我并没有某个特定的节点明确要成为研究者。或许是因为自己身边普通上班族较少，我对进入企业工作没有太多的认识，自然而然地认为读大学就是为了走上研究之路。由于对生物感兴趣，所以我报考了东北大学理学部生物学科，并由此走上了研究的道路。

Q2 目前正在从事什么研究？
A2 验证“僵直”的缓解机制

我以果蝇为研究模型，正在从基因层面研究动物的群体行为机制，个体间的多样性会在其中产生的影响。人类存在一种看到他人陷入不安，自己也会跟着感到不安的“情绪传染”现象，而类似现象也存在于昆虫和鱼类这样神经系统相对简单的生物中。我的研究出发点正是想阐明个体在群体中发挥着怎样的作用。

当果蝇感知到蜘蛛等天敌的威胁时，会因恐惧陷入无法行动的“僵直（freezing）”状态，一段时间后才会恢复活动。通过实验观察果蝇对捕食者接近这一视觉刺激的反应后发现，果蝇单独存在时会表现出强烈的僵直行为，但在群体中，它们会配合周围其他个体的动作迅速解除僵直——也就是说，通过和其他个体同步，恐惧反应得到了缓解。

以此为切入点，我在计算机上虚拟还原了果蝇的动作，创建了一个设定个体僵直时间的模型。使用真实的蜘蛛验证了“虚拟果蝇”在何种行动模式下更易遭受袭击。结果发现，个体间僵直时间存在多样性，并且个体间行为同步的话，果蝇不容易被蜘蛛攻击，能够移动至更远的距离。

然而，我们无法直接知晓果蝇是怎样思考后产生这种行为的。为此，我们通过拍摄果蝇的行为，试图从运动轨迹中解读其情动变化。为此，我们使用了一种从行为轨迹推断其背后规则和目的、被称为“逆向强化学习”的机器学习技术。此外，还计划运用通过照射特定波长的光线来操控特定神经的光遗传学技术，人为调控果蝇情动变化的传染与群体行为，进而阐明其作用机制。