自発的行動に起因する発声学習表現型の個性創発の神経分子基盤の解明

• Project Area: Integrative research toward elucidation of generative brain systems for individuality
• Project/Area Number: 17H05932
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 和多 和宏 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (70451408)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2017: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 自発的学習 / 発声学習 / 学習臨界期 / ソングバード / 神経活動依存的遺伝子発現 / 発声パターン / 神経活動依存 / 神経活動依存性 / エピジェネティクス / 自発的行動 / 発声行動

Outline of Annual Research Achievements

自発的な発声学習行動によって、発達過程における脳内遺伝子発現及び、エピジェネティクス動態がいかに影響を受け、その後の個体レベルでの行動様式の「個性」創発に関わるのか検証することを目的として研究を進めてきた。研究対象としたキンカチョウは、学習臨界期に1日につき数百回以上の発声練習を自発的に繰り返すことにより歌を完成させ、獲得した歌はその後一生涯維持される。しかし、この自発的な発声練習量に個体差が存在する。前回の公募研究では、学習臨界期中の発声練習回数・頻度をコントロールし、人為的に発声行動量の個体差を誘導し、その学習効率及び、学習臨界期への影響を検証した。その結果、学習臨界期中の発声練習量を制御した場合、本来であれば歌パターンが固定化する成鳥になっても、幼鳥のような未熟な歌を出し、さらにその時点からでも発声学習ができることが明らかになった。また、ソングシステムにおける遺伝子発現動態をゲノムワイドに検証した結果、多くの遺伝子群が正常個体と同様に日齢により発現調節されるなか、脳部位（歌神経核RA）特異的に発声練習時にだけに発現誘導され、かつ発声学習の終了と共に読み出されなくなっていく119個の神経活動依存的遺伝子群の存在を明らかにした。これらの結果は、発声学習臨界期制御は、日齢ではなく発声経験の蓄積が重要な行動因子になること、そしてこの自発的に生成される発声行動に個体差が生じる余地があることを意味する。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] King Abdullah University(サウジアラビア)
• [Int'l Joint Research] Colgate University(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Wisconsion-Madison(米国)
• [Journal Article] Vocal practice regulates singing activity-dependent genes underlying age-independent vocal learning in songbirds (2018)
  • Author(s): Hayase Shin、Wang Hongdi、Ohgushi Eri、Kobayashi Masahiko、Mori Chihiro、Horita Haruhito、Mineta Katsuhiko、Liu Wan-chun、Wada Kazuhiro
  • Journal Title: PLOS Biology Volume: 16 Issue: 9 Pages: e2006537-e2006537
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.2006537
  • NAID: 120006585779
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inter- and intra-specific differences in muscarinic acetylcholine receptor expression in the neural pathways for vocal learning in songbirds (2018)
  • Author(s): Asogwa Norman C.、Mori Chihiro、Sanchez-Valpuesta Miguel、Hayase Shin、Wada Kazuhiro
  • Journal Title: Journal of Comparative Neurology Volume: 526 Issue: 17 Pages: 2856-2869
  • DOI: 10.1002/cne.24532
  • NAID: 120006769955
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Singing activity-driven Arc expression associated with vocal acoustic plasticity in juvenile songbird (2018)
  • Author(s): Hayase Shin、Wada Kazuhiro
  • Journal Title: European Journal of Neuroscience Volume: 48 Issue: 2 Pages: 1728-1742
  • DOI: 10.1111/ejn.14057
  • NAID: 120006585776
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Recurrent development of song idiosyncrasy without auditory inputs in the canary, an open-ended vocal learner (2018)
  • Author(s): Mori Chihiro、Liu Wan-chun、Wada Kazuhiro
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 8732-8732
  • DOI: 10.1038/s41598-018-27046-4
  • NAID: 120006522664
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Neurotensin and neurotensin receptor 1 mRNA expression in song-control regions changes during development in male zebra finches. (2018)
  • Author(s): Merullo DP, Asogwa CN, Sanchez-Valpuesta M, Hayase S, Pattnaik BR, Wada K, Riters LV.
  • Journal Title: Dev Neurobiol. Volume: Accepted Issue: 7 Pages: 671-686
  • DOI: 10.1002/dneu.22589
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sex Differences in Brain Thyroid Hormone Levels during Early Post-Hatching Development in Zebra Finch (Taeniopygia guttata) (2017)
  • Author(s): Yamaguchi S., Hayase S., Aoki N., Takehara A., Ishigohoka J., Matsushima T., Wada K., Homma K.J.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12(1) Issue: 1 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0169643
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 鳴禽類ソングバードにおける自発的発声学習行動によって駆動される脳内遺伝子発現動態と神経回路成熟 (2019)
  • Author(s): 和多和宏
  • Organizer: 日本解剖学会 第124回総会
  • Invited
• [Presentation] Inter- and intra-specific differences of muscarinic acetylcholine receptor expression in the neural pathways for vocal learning in songbirds (2018)
  • Author(s): Chinwake N. Asogwa, Kazuhiro Wada
  • Organizer: Japan Songbird Workshop 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 鳴禽類ソングバードの歌学習個体差をつくる生得的学習バイアス (2018)
  • Author(s): 和多和宏
  • Organizer: 日本進化学会 第20回大会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 鳴禽類ソングバードの種特異的発声パターン生成の神経分子基盤 (2017)
  • Author(s): 和多和宏
  • Organizer: 日本進化学会 第19回東京大会
  • Invited
• [Presentation] 自発的行動に起因する発声学習表現型の個性創発の神経分子基盤 (2017)
  • Author(s): 和多和宏
  • Organizer: 日本分子生物学会年会（2017年度生命科学系学会合同年次大会)
  • Invited
• [Book] Brain Evolution by Design: From Neural Origin to Cognitive Architecture (2017)
  • Author(s): Shigeno S., Murakami Y., & Nomura T. 編著 Wada K, Chen C-C & Jarvis ED 担当
  • Total Pages: 438
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9784431564676