広島大学生体システム論研究室では，感性ブレイングループの曽 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．
https://bsys.hiroshima-u.ac.jp/news/17375
今回新たに，自由遊泳中のゼブラフィッシュ成魚の呼吸波の瞬時空間分布に基づいて運動と呼吸の同時計測に成功し，IEEE Transactions on Instrumentation and Measurementに論文が掲載されました．
Simultaneous Motion and Respiration Measurement in Adult Zebrafish Based on the Instantaneous Spatial Distribution of Separated Ventilatory Signals
Zu Soh, Saki Maruko, Manaru Fujita, Shin Wakitani, Masayuki Yoshida, and Toshio Tsuji
IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 73, pp. 1-9, 2024, Art no. 9509209, doi: 10.1109/TIM.2024.3387502. (SCI, IF=5.6)
URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10516309
この論文誌”IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement”は，Web of ScienceのENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC – SCIE, INSTRUMENTS & INSTRUMENTATION – SCIEという２つのカテゴリーにおけるQ1ジャーナル（Journal Impact Factor，Journal Citation Indicatorにもとづくランキング）で，感性ブレイングループで取り組んでいるゼブラフィッシュ電気生理研究会の研究成果です．今後は複数個体同時計測や３次元遊泳運動計測，音刺激に対する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>
In this study, a novel system was developed for the simultaneous respiration and motion measurement of zebrafish for behavioral research. We propose a model to capture the instantaneous spatial distribution of ventilatory signals for estimating parameters originating from the fish’s head and tail. By using these estimated parameters, the proposed method accurately determines the swimming position, body orientation, and respiratory frequency of fish. The measurement uncertainty analysis shows a distance error of approximately 8.15 ± 4.98 mm, mean velocity error of 0.01 mm/s with limits of agreement (LOA) in the range of [?14.26, 13.32] mm/s, and mean body-orientation angle error of 0.03 rad with LOA in the range of [?1.29, 1.35] rad, all compared with standard video camera analysis. Furthermore, this study investigated the effects of caffeine on zebrafish and confirmed a significant increase in respiratory frequency. Therefore, the proposed method can be used to study behavioral patterns in adult zebrafish and advance research in this field.
本研究では，ゼブラフィッシュの行動研究のために，呼吸と運動を同時に計測する新しいシステムを開発した．魚の頭部と尾部から発生する呼吸波のパラメータを推定するために，呼吸波の瞬間的な空間分布を捉えるモデルを提案する．これらの推定パラメータを用いることで，提案手法は魚の遊泳位置，体の向き，呼吸頻度を正確に決定することができる．実験結果より，標準的なビデオカメラによる動画像解析と比較して，距離誤差は約8.15±4.98 mm，平均速度誤差は0.01 mm/s，一致限界（LOA）は[-14.26, 13.32] mm/s，平均体方位角度誤差は0.03 rad，LOAは[-1.29, 1.35] radであった．さらに，本研究ではゼブラフィッシュに対するカフェインの影響を調査し，呼吸回数の有意な上昇を確認した．したがって，提案法はゼブラフィッシュ成魚の行動パターンの研究に利用でき，この分野の研究を進展させることが期待できる．
