広島大学生体システム論研究室では，感性ブレイン（旧A-life）グループの曽 智先生を中心にメダカやゼブラフィッシュといった小型魚類の生体信号計測に関する研究に取り組んでおり，独自に開発した呼吸波計測法を用いてカメラレス遊泳運動解析や情動評価の研究を行ってきました．

Unconstrained and Noninvasive Measurement of Bioelectric Signals from Small Fish
Mitsuru Terawaki, Akira Hirano, Zu Soh and Toshio Tsuji
Artificial Life and Robotics, Vol. 14, No. 3, pp. 342-347, 2009. (SCI, IF=0.84)

小型魚類の生体電気信号を利用したバイオアッセイシステムの提案
寺脇 充, 曽 智, 平野 旭, 辻 敏夫
計測自動制御学会論文集, Vol. 47, No. 2, pp. 119-125, 2011.

呼吸波計測に基づく小型魚類遊泳行動の非接触・非拘束計測
来山 茂央，曽 智，平野 旭，辻 敏夫，滝口 昇，大竹 久夫
計測自動制御学会論文集, Vol. 48, No. 3, pp. 151-158, 2012.

小型魚類の水質汚染監視用バイオアッセイシステムの開発
曽 智，宮本 健太郎，平野 旭，辻 敏夫
電気学会論文誌 C（電子・情報・システム部門誌), Vol. 133, No. 8, pp. 1616-1624, 2013.

Bioassay System Based on Behavioral Analysis and Bioelectric Ventilatory Signals of a Small Fish
Zu Soh, Shigehisa Kitayama, Akira Hirano, and Toshio Tsuji
IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 62, No. 12, pp. 3265-3275, 2013 (SCI, IF=1.710).

Force and Motion Analysis of larval zebrafish (Danio rerio) using a body dynamics model
Naohisa Mukaidani, Zu Soh, Shinichi Higashijima, and Toshio Tsuji
Journal of Robotics, Networking and Artificial Life, Volume 4, Issue 3, pp. 183-190, DEC 2017 (ESCI)

Real-time Cameraless Measurement System based on Bioelectrical Ventilatory Signals to Evaluate Fear and Anxiety
Zu Soh, Motoki Matsuno, Masayuki Yoshida, and Toshio Tsuji
Zebrafish, Vol. 15, No. 2, doi.org/10.1089/zeb.2017.1491, Published Online: 1 Apr 2018. (SCI, IF=2.242)

Measurement of Emotional States of Zebrafish through Integrated Analysis of Motion and Respiration Using Bioelectric Signals
Zu Soh, Motoki Matsuno, Masayuki Yoshida, Akira Furui, and Toshio Tsuji
Scientific Reports, volume 11, Article number: 187, doi.org/10.1038/s41598-020-80578-6, Published online: 08 January 2021. (SCI, IF=3.998)

今回新たに，自由遊泳中のゼブラフィッシュ成魚の呼吸数がカフェイン暴露により変化することを見い出し，Scientific Reports誌に論文が掲載されました．

Pharmacological Effects of Caffeine on the Ventilation in Adult Zebrafish Under Free-swimming Conditions
Yuki Harada, Zu Soh, Shin Wakitani, Masayuki Yoshida, and Toshio Tsuji
Scientific Reports, volume 12, Article number: 17649, doi.org/10.1038/s41598-022-22681-4 , Published online: 21 October 2022. (SCI, IF=4.996)
URL: https://www.nature.com/articles/s41598-022-22681-4
PDF: https://www.nature.com/articles/s41598-022-22681-4.pdf

この論文は，吉田 将之先生（広島大学大学院統合生命科学研究科准教授），脇谷 伸先生（広島大学大学院先進理工系科学研究科准教授）との共同研究で，2021年度修了生の原田 祐希君の修士論文の一部です．今後は３次元遊泳運動計測や複数個体同時計測，情動評価に関する研究を進めていければと思っています．ひきつづきよろしくお願いします．

<論文内容>
The zebrafish is widely used as a model in biological studies. In particular, the heart rate and cortisol levels of zebrafish are commonly measured to elucidate the pharmacological effects of chemical substances. Meanwhile, although ventilation is also an important physiological index reflecting emotion-like states, few studies have evaluated the effects of chemicals on ventilation in adult zebrafish. In this study, we assessed whether it is possible to evaluate the pharmacological effects elicited by caffeine in adult zebrafish under free-swimming conditions. We measured the ventilation in adult zebrafish exposed to multiple concentrations of caffeine under restraint and free-swimming conditions and evaluated the pharmacological effects of caffeine using linear mixed model analysis. In addition, results of electrocardiogram analysis and swimming speeds were compared with those in previous reports to ensure that an appropriate dose of caffeine was administered. Under restraint conditions, caffeine significantly decreased heart rate and increased ventilation in a concentration dependent manner. Under free-swimming conditions, the ventilation rate significantly increased with increasing caffeine concentration. These results indicate that the pharmacological effects elicited by chemicals on ventilation can be evaluated in free-swimming zebrafish.

ゼブラフィッシュは、生物学的研究のモデルとして広く用いられている。特に、化学物質の薬理作用を解明するために、ゼブラフィッシュの心拍数やコルチゾールレベルを測定することが一般的である。一方、呼吸も情動的な状態を反映する重要な生理指標であるが、成魚のゼブラフィッシュで呼吸に対する化学物質の影響を評価した研究はほとんどない。そこで本論文では、カフェインがゼブラフィッシュ成魚に及ぼす薬理作用を自由遊泳条件下で評価することが可能であるかどうかを検討した。拘束状態および自由遊泳状態で複数濃度のカフェインを曝露したゼブラフィッシュ成魚の呼吸数を測定し、線形混合モデル解析を用いてカフェインの薬理効果を評価した。また、心電図解析や遊泳速度の結果を先行研究と比較し、カフェインの薬理効果を評価した。拘束条件下では、カフェインは濃度依存的に心拍数を減少させ、呼吸数を増加させた。自由遊泳条件下では、カフェイン濃度の上昇に伴い、呼吸数が有意に増加した。これらの結果は，化学物質が呼吸に及ぼす薬理作用を自由遊泳下のゼブラフィッシュ成魚で評価できることを示している．