動物は脳神経系で外部環境を感覚入力に基づいて知覚し，どのように行動するかを判断（意思決定）して実行します。ごく単純な反射運動を除けば，ある行動について刺激の受容から中枢での情報処理，運動制御にいたる神経機構を完全に解明した研究はほとんどありません。私たちの研究室では，コオロギの気流刺誘発性逃避行動と，音源定位行動をモデルとして＜写真「フタホシコオロギ」参照＞， “入口から出口まで”の神経回路とその情報処理内容の完全記述を目指しています。
研究手法には，主に電気生理学と光学計測（イメージング）を用います。特にイメージングは，１個のニューロンの局所領域の活動を可視化したり，脳内の神経活動の時空間パターンを解析したりするのに非常に強力なツールです＜写真「光学計測装置」参照＞。この２つの手法を柱として，バーチャルリアリティ（ＶＲ）で環境を人為的に操作したり，トレッドミルや高速度カメラで運動を同時計測したりして，脳神経システムの情報処理や計算アルゴリズムの解明を試みます＜写真「トレッドミル計測装置」参照＞。さらに機械学習による神経活動のデコーディング解析にも取り組んでいます。
コオロギは尾部に一対の尾葉と呼ばれる気流感覚器官を持ち，気流を受容する感覚毛からの入力は最終腹部神経節内の巨大介在ニューロン群（GIs）によって処理されます＜写真「巨大介在ニューロンと求心性感覚神経」参照＞。GIsは１次感覚ニューロンから気流の方向や周波数の情報を抽出して脳などの上位中枢に伝達すると考えられています。私達はこれまでに，GIsの方向選択性＜写真「巨大介在ニューロンの方向選択性」参照＞とそれを形作るシナプス入力統合過程を明らかにしてきました＜写真「光学計測した巨大介在ニューロンのカルシウム応答」参照＞。また，気流刺激で生じる逃避行動が聴覚刺激で修飾されるメカニズムや，行動選択（走って逃げるか，ジャンプして逃げるか）の意思決定機構の解明にも取り組んでいます。
メスコオロギはオスの鳴き声（誘引歌）に対して近づいていく「音源定位」行動を示します。この行動は神経行動学の古典的なテーマとして古くから研究されてきましたが，歌の聞こえてくる方位がどのように表現されるのか，さらにその方位情報に基づいてどのように歩行運動が制御されているのかについては謎に包まれたままです。私達は防音ルーム内に作った実験アリーナで計測した音源定位行動を定量的に解析し，その行動がいくつかのフェイズから構成されていることを明らかにしました。今後，トレッドミル上で音環境を再現した聴覚VR環境下で定位中のコオロギの脳活動を電気生理学やイメージングで計測して，音源方位表現と音源定位を実行する神経メカニズムを明らかにします。