Functional maturation of neuronal circuit of filial imprinting of domestic chicks during the critical period of learning

• Project/Area Number: 17K07492
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Animal physiology/Animal behavior
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: Homma Koichi 帝京大学, 薬学部, 教授 (90251438)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 刷り込み / 刻印付け / 甲状腺ホルモン / 神経科学 / ニワトリ / 行動学 / 学習臨界期 / 学習感受性期 / 脳・神経 / 動物 / 薬学

Outline of Final Research Achievements

GABA-A and GABA-B receptors in filial imprinting linked with opening and closing
of the sensitive period in domestic chicks (Front. Physiol.). Thyroid hormone sensitizes the imprinting-associated induction of biological motion preference in domestic Chicks (Front. Physiol.). Wnt-2b in the intermediate hyperpallium apicale of the telencephalon is critical for the thyroid hormone-mediated opening of the sensitive period for filial imprinting in domestic chicks (Horm.Behav.). Gene expression of Dio2 in telencephalon is linked with predisposed biological motion preference in domestic chicks (Behav. Brain Res.). Blockade of muscarinic acetylcholine receptor by scopolamine impairs the memory formation of filial imprinting in domestic chicks (Behav. Brain Res.). The chick pallium displays divergent expression patterns of chick orthologues of mammalian neocortical deep layer-specific genes (Sci. Reports). Thyroid hormone has a role in learning of songbirds (PLoS One).

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

鳥類は、哺乳類と並び高度な認知脳機能を有する動物である。本研究は、孵化直後の学習能力の賦与が、甲状腺ホルモンの脳内神経作用によるという発見に基づく。鳥類視覚学習回路の臨界期における機能的成熟機構とした本研究課題は、甲状腺ホルモンによる学習能力が如何なるメカニズムによってもたらされるのかを明らかにした点に学術的意義がある。高等哺乳類においても、生後の学習は重要であり、社会性剥奪などの環境に置かれた幼児は、後の認知機能の発達に障害が出ることが知られている。本研究は、ホルモンの作用によって失われた高度な認知機能が再び獲得可能になることを示唆しており、社会的な意義は大きいと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Blockade of muscarinic acetylcholine receptor by scopolamine impairs the memory formation of filial imprinting in domestic chicks (Gallus Gallus domesticus) (2020)
  • Author(s): Aoki N, Fujita T, Mori C, Fujita E, Yamaguchi S, Matsushima T, Homma KJ.
  • Journal Title: Behav Brain Res. Volume: 379 Pages: 112291-112291
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2019.112291
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The chick pallium displays divergent expression patterns of chick orthologues of mammalian neocortical deep layer-specific genes (2019)
  • Author(s): Fujita T, Aoki N, Fujita E, Matsushima T, Homma KJ, Yamaguchi S.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 9 Issue: 1 Pages: 20400-20400
  • DOI: 10.1038/s41598-019-56960-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] GABA-A and GABA-B receptors in filial imprinting linked with opening and closing of the sensitive period in domestic chicks (gallus gallus domesticus) (2018)
  • Author(s): Aoki N, Yamaguchi S, Fujita T, Mori C, Fujita E, Matsushima T, Homma KJ
  • Journal Title: Front Physiol. Volume: 9 Pages: 1837-1837
  • DOI: 10.3389/fphys.2018.01837
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Thyroid hormone sensitizes the imprinting-associated induction of biological motion preference in domestic chicks (2018)
  • Author(s): Miura M, Aoki N, Yamaguchi S, Homma KJ, Matsushima T
  • Journal Title: Front Physiol. Volume: 9 Pages: 1740-1740
  • DOI: 10.3389/fphys.2018.01740
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wnt-2b in the intermediate hyperpallium apicale of the telencephalon is critical for the thyroid hormone-mediated opening of the sensitive period for filial imprinting in domestic chicks (Gallus gallus domesticus) (2018)
  • Author(s): Yamaguchi S, Aoki N, Matsushima T, Homma KJ,
  • Journal Title: Hormones and Behavior Volume: 102 Pages: 120
  • DOI: 10.1016/j.yhbeh.2018.05.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gene expression of Dio2 (thyroid hormone converting enzyme) in telencephalon is linked with predisposed biological motion preference in domestic chicks (2018)
  • Author(s): Takemura Y, Yamaguchi S, Aoki N, Miura M, Homma KJ, Matsushima T.
  • Journal Title: Behav Brain Res. Volume: 349 Pages: 25
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2018.04.039
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Imprinting behavior as a model for memory formation and early learning in chicks. (2019)
  • Author(s): Homma, K. J.
  • Organizer: 27th Conference of the Federation of Asian and Oceanian Biochemists and Molecular Biologists (FAOBMB), Kuala Lumpur, Malaysia, August 19-22 (2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Imprinting as a primer for cognitive flexibility in newborn chick. (2019)
  • Author(s): Homma, K. J.
  • Organizer: CogEvo 2019, Roverto Workshop on Cognition and Evolution, Rovereto, Italy, July 10-12 (2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Imprinting primes learning :thyroid hormone is the determining factor for the critical period. (2019)
  • Author(s): Homma, K. J.
  • Organizer: The 6th International Symposium on Bioimaging & The 28th Annual Meeting of the Bioimaging Society , September 21-23 (2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 特別講演:甲状腺ホルモンによって賦与されるニワトリヒナの早期学習能力 (2019)
  • Author(s): 本間光一、青木直哉、山口真二、藤田俊之、藤田永子
  • Organizer: 第43回 鳥類内分泌研究会
  • Invited
• [Presentation] 甲状腺ホルモンは課題転換での柔軟性を向上させる (2019)
  • Author(s): 青木直哉、藤田俊之、藤田永子、山口真二、本間光一
  • Organizer: 第43回 鳥類内分泌研究会
• [Presentation] ニワトリヒナの巣外套尾側部は刻印付けの想起に必要である The nidopallium dorsocaudale responsible for the recall of imprinting memory has neural connections from the intermediate medial mesopallium in chick brain. (2019)
  • Author(s): 青木直哉、藤田俊之、山口真二、本間光一
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会（Neuro2019）
• [Presentation] 鳥類の高次機能学習をモデルにした生後の知性発達メカニズムの解明 (2019)
  • Author(s): 本間光一、青木直哉、山口真二、藤田俊之、藤田永子
  • Organizer: 第 31 回 日本行動神経内分泌研究会
• [Presentation] ニワトリヒナの大脳巣外套尾側部は刻印付け記憶の保持に関わる (2019)
  • Author(s): 青木直哉、藤田俊之、藤田永子、山口真二、本間光一
  • Organizer: 日本動物学会第９０回大阪大会
• [Presentation] ニワトリ終脳における、哺乳類の大脳新皮質深層選択的遺伝子オルソログの発現解析 (2019)
  • Author(s): 藤田俊之、青木直哉、藤田永子、本間光一、山口真二
  • Organizer: 日本動物学会第９０回大阪大会
• [Presentation] Behavioral flexibility in task-switching was enhanced by imprinting and thyroid hormone in chicks (2018)
  • Author(s): Aoki, N., Yamaguchi, S., Homma, K. J.
  • Organizer: 9th International Congress of Neuroendocrinology 2018 (ICN 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Wnt-2b は、甲状腺ホルモンの下流で働くニワトリヒナの刻印付け臨界期の開始因子である (2018)
  • Author(s): 山口 真二、藤田 俊之、青木 直哉、藤田 永子、本間 光一
  • Organizer: 第29回日本行動神経内分泌研究会
• [Presentation] 鳥類刻印付けでは、GABA-A受容体とGABA-B受容体が相反する役割を担うことにより成否を決める (2018)
  • Author(s): 青木 直哉、山口 真二、本間 光一
  • Organizer: 日本動物学会 第89回札幌大会
• [Presentation] 甲状腺ホルモンによって賦与される鳥類の早期学習能力（メモリープライミング） (2018)
  • Author(s): 本間 光一
  • Organizer: 第45回日本神経内分泌学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] ニワトリNR4A2は、哺乳類大脳新皮質 V, VI 層と機能的な相同領域に発現する (2018)
  • Author(s): 藤田 俊之 、青木 直哉 、藤田 永子 、本間 光一 、山口 真二
  • Organizer: 日本動物学会関東支部第71回大会
• [Presentation] 鳥類刻印付けでは相反する役割を担GABA-A受容体とGABA-B受容体の量的バランスによって成否が決まる (2018)
  • Author(s): 青木 直哉、藤田 俊之、藤田 永子、山口 真二、本間 光一
  • Organizer: 日本動物学会関東支部第71回大会
• [Presentation] Wnt-2b は、鳥類の刷り込み臨界期を開くために必要である (2018)
  • Author(s): 山口 真二、青木 直哉、本間 光一
  • Organizer: 日本動物学会 関東支部第70回大会
• [Presentation] 鳥類において甲状腺ホルモンは課題転換学習を促進する (2018)
  • Author(s): 青木直哉、山口真二、本間光一
  • Organizer: 日本動物学会 関東支部第70回大会
• [Presentation] Thyroid hormone to start the sensitive period of imprinting behavior in chicks (2017)
  • Author(s): Koichi Homma
  • Organizer: 21st Annual meeting of the Society for Behavioral Neuroendocrinology(SBN)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thyroid hormone-mediated actin dynamics regulate the reopening of the sensitive period of filial imprinting in chicks (2017)
  • Author(s): Yamaguchi, S., Aoki, N., Homma, K. J.
  • Organizer: Society for Neuroscience, 47th Annual Meeting (Washington, D.C., USA)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 学習の能力と時期を決定する甲状腺ホルモンの非遺伝子的作用 (2017)
  • Author(s): 本間 光一
  • Organizer: 第27回行動神経内分泌研究会
  • Invited
• [Presentation] 課題転換学習における甲状腺ホルモンの学習促進効果は学習経験に依存するLearning-experience dependent facilitation mediated by thyroid hormone in task switching paradigm in domestic chicks (2017)
  • Author(s): 青木 直哉、武原 顕彦、山口 真二、本間 光一
  • Organizer: 第40回日本神経科学学会
• [Presentation] 甲状腺ホルモンはアクチン ダイナミクスを制御し、閉じた刷り込み臨界期を開く (2017)
  • Author(s): 山口 真二，青木 直哉， 松島 俊也，本間 光一
  • Organizer: 日本動物学会 第88回富山大会
• [Presentation] 刷り込みの課題転換学習 に対する促進効果 (2017)
  • Author(s): 青木 直哉，山口 真二， 武原 顕彦，松島 俊也， 本間 光一
  • Organizer: 日本動物学会 第88回富山大会
• [Remarks] 帝京大学薬学部ホームページ
  • URL: http://www.pharm.teikyo-u.ac.jp/
• [Remarks] 帝京大学教員情報
  • URL: https://www.e-campus.gr.jp/staffinfo/public/staff/detail/450/16
• [Patent(Industrial Property Rights)] 職務発明： 孵化後のニワトリヒナの学習特性を利用した学習能力向上薬のスクリーニング方法 明細書名： 孵化後の鳥類ヒナの学習特性を利用した認知機能向上薬のスクリーニング方法 (2019)
  • Inventor(s): 本間 光一
  • Industrial Property Rights Holder: 本間 光一
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-115147
  • Filing Date: 2019