鳥類音声模倣学習を可能にする内分泌脳内サージの発生時期特異的作用機構の解明

• Project Area: Studies of Language Evolution for Co-creative Human Communication
• Project/Area Number: 20H05012
• 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: Teikyo University
• Principal Investigator: 本間 光一 帝京大学, 薬学部, 教授 (90251438)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 鳥類 / 音声模倣学習 / 刷り込み / 甲状腺ホルモン / ニワトリ / cognitive flexibility

Outline of Research at the Start

本研究では、『鳥類音声模倣学習を可能にする内分泌脳内サージの発生時期特異的作用機構の解明』を研究目的とする。目的達成のために、視覚・聴覚系連携による言語下位機能の個体成熟とその進化を解明する研究計画を実行する。具体的には、
１　離巣性ヒナの雌親発声に対する応答をT3が促進し視覚嗜好性が獲得されるメカニズム
２　就巣性ヒナの音声模倣学習がT3による視覚嗜好性によって促進されるメカニズム
を明らかにすることで、発生時期特異的な内分泌機構に裏打ちされた視覚嗜好性が、言語習得の基盤としての音声学習に及ぼす生物学的重要性を、薬理学的、電気生理学的に解明する。

Outline of Annual Research Achievements

＜研究背景＞言語機能を含む高次認知機能の獲得には、生後間もない幼少期から大人に至る様々な経験が影響を及ぼすと考えられている。鳥類は、哺乳類と同様に認知能力の柔軟性Cognitive flexibilityの獲得を可能にする発達した終脳を持つ。 ニワトリなどの離巣性鳥類は、孵化後間もなく刷り込み学習を行うと、血中甲状腺ホルモンの急速な脳内流入が起こる。その結果、刷り込み臨界期が開き、刷り込み学習の習得が可能となる。
＜研究成果＞孵化前後の内因性の脳内甲状腺ホルモンの上昇と、刷り込み学習に伴うホルモン上昇によってニワトリヒナが刷り込み学習を習得すると、Reversal learningやTask switchingといった認知能力の柔軟性Cognitive flexibilityができることが示された。そして認知能力の柔軟性の獲得には、鳥類の前頭連合野と言われるNdc領域が必要であった。ヒナを孵化後暗所に数日間置き、社会的な環境剥奪状態に置くと認知能力の柔軟性は失われるが、甲状腺ホルモンを脳内投与すると認知能力の柔軟性は回復することが示された。
＜結論＞認知能力の柔軟性は、甲状腺ホルモンを介した生後の最初経験（刷り込み）によって獲得しうる。これまで高度な認知能力の柔軟性の獲得には、生後の多くの経験が必要であると考えられてきたが、生後のわずかな学習経験で獲得可能であることが示唆される。鳥類の認知能力の柔軟性の知見が、ヒトを含む高等哺乳類の認知能力の柔軟性獲得の研究に応用できる可能性も考えられる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Gene expression profiles of the muscarinic acetylcholine receptors in brain regions relating to filial imprinting of newly-hatched domestic chicks (2022)
  • Author(s): Mori Chihiro、Aoki Naoya、Fujita Toshiyuki、Yamaguchi Shinji、Matsushima Toshiya、Homma Koichi J.
  • Journal Title: Behavioural Brain Research Volume: 420 Pages: 113708-113708
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2021.113708
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Subtype-selective contribution of muscarinic acetylcholine receptors for filial imprinting in newly-hatched domestic chicks (2022)
  • Author(s): Aoki Naoya、Mori Chihiro、Fujita Toshiyuki、Serizawa Shouta、Yamaguchi Shinji、Matsushima Toshiya、Homma Koichi J.
  • Journal Title: Behavioural Brain Research Volume: 424 Pages: 113789-113789
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2022.113789
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suppressive Modulation of the Chick Forebrain Network for Imprinting by Thyroid Hormone: An in Vitro Study (2022)
  • Author(s): Saheki Yuriko、Aoki Naoya、Homma Koichi J.、Matsushima Toshiya
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 13 Pages: 822638-822638
  • DOI: 10.3389/fphys.2022.881947
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chick Hippocampal Formation Displays Subdivision- and Layer-Selective Expression Patterns of Serotonin Receptor Subfamily Genes (2022)
  • Author(s): Fujita Toshiyuki、Aoki Naoya、Mori Chihiro、Fujita Eiko、Matsushima Toshiya、Homma Koichi J.、Yamaguchi Shinji
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 13 Pages: 882633-882633
  • DOI: 10.3389/fphys.2022.882633
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Imprintability of Newly Hatched Domestic Chicks on an Artificial Object: A Novel High Time-Resolution Apparatus Based on a Running Disc (2022)
  • Author(s): Aoki Naoya、Mori Chihiro、Fujita Toshiyuki、Serizawa Shouta、Yamaguchi Shinji、Matsushima Toshiya、Homma Koichi J.
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 13 Pages: 881947-881947
  • DOI: 10.3389/fphys.2022.822638
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Serotonergic Neurons in the Chick Brainstem Express Various Serotonin Receptor Subfamily Genes (2022)
  • Author(s): Fujita Toshiyuki、Aoki Naoya、Mori Chihiro、Fujita Eiko、Matsushima Toshiya、Homma Koichi J.、Yamaguchi Shinji
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 12 Pages: 815997-815997
  • DOI: 10.3389/fphys.2021.815997
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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): Naoya Aoki, Toshiyuki Fujita, Chihiro Mori, Eiko Fujita, Shinji Yamaguchi, Toshiya Matsushima, Koichi J Homma
  • Journal Title: Behavioural brain research Volume: 379 Pages: 112291-112291
• [Journal Article] The dorsal arcopallium of chicks displays the expression of orthologs of mammalian fear related serotonin receptor subfamily genes (2020)
  • Author(s): Fujita Toshiyuki、Aoki Naoya、Mori Chihiro、Fujita Eiko、Matsushima Toshiya、Homma Koichi J.、Yamaguchi Shinji
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 21183-21183
  • DOI: 10.1038/s41598-020-78247-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] “Subtype-selective role of muscarinic acetylcholine receptors for memory formation of imprinting in newly-hatched domestic chicks” (2021)
  • Author(s): Koichi J. Homma
  • Organizer: FAOBMB 2021, 16th Congress of the Federation of Asian and Oceanian Biochemists and Molecular Biologists
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] “Gene expression profiles of the muscarinic acetylcholine receptors in brain of newly-hatched domestic chicks” (2021)
  • Author(s): 森千紘, 青木直哉, 藤田俊之, 山口真二, 本間光一
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会・CJK第1回国際会議
• [Presentation] “ムスカリン性アセチルコリン受容体M2, M5はニワトリの刷り込みにおける記憶形成に関わる” (2021)
  • Author(s): 青木直哉, 森千紘, 藤田俊之, 山口真二, 本間光一
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] “円盤型トレーニング装置を用いた刷り込み行動解析” (2021)
  • Author(s): 青木直哉, 森千紘, 藤田俊之, 山口真二, 本間光一
  • Organizer: 第92回日本動物学会
• [Presentation] アセチルコリンはニワトリの刷り込みにおける記憶形成に関わる (2020)
  • Author(s): 青木直哉、森千紘、藤田俊之、藤田永子、山口真二、本間光一
  • Organizer: 43回日本神経科学大会
• [Presentation] ニワトリ終脳において、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は、様々な領域に見られた (2020)
  • Author(s): Shinji Yamaguchi, Naoya Aoki, Koichi Homma, Toshiyuki Fujita
  • Organizer: ５３回発生生物学会
• [Presentation] ニワトリ終脳におけるセロトニン受容体遺伝子の発現解析 (2020)
  • Author(s): Toshiyuki Fujita, Naoya Aoki, Eiko Fujita, Koichi Homma, Shinji Yamaguchi
  • Organizer: ５３回発生生物学会
• [Remarks] Researchmap本間光一
  • URL: https://researchmap.jp/hommakj/
• [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/450/1