Enhanced capacities of neuronal circuit by extensive song learning during development in zebra finches
Publicly Offered Research
| Project Area | Hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches |
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| Project/Area Number |
22H04767
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
杉山 陽子 (矢崎陽子) 東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (00317512)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 臨界期 / 歌学習 / 感覚運動学習 / 社会的行動 / 聴覚 / ソングバード / 可塑性 / 神経回路 |
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| Outline of Research at the Start |
発達臨界期には環境からの入力に依存して神経回路を形成され、この神経回路により高次機能発達、成長後の機能が制限されることが知られている。また幼少期の多様な経験が“過剰に“神経回路を形成し、この過剰な神経回路が加齢後の環境変化や機能損傷といった変化に対する適応能力を増大するシステムが報告されている。そこで本研究ではヒトの言語発達のモデルともなるキンカチョウの歌学習を用い、発達期の過剰な歌学習が過剰な学習神経回路を形成し、さらに成長後もこの学習神経回路を維持する神経メカニズムを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒトが発達期に大人の話す言葉を聴き、模倣することで言語を発達させるのと同様、歌を学習するトリ、ソングバードは発達期に親の歌を聴き覚え、これを真似して唄うことで歌を学習する。これまでの研究から終脳にある高次聴覚野であるNCM核に親の歌の聴覚記憶が形成されることが示されてきた（Yanagihara ＆ Yazaki-Sugiyama, 2016; Katic et al, 2022）。また、最近の研究からこの親の歌の記憶に関わるNCM核の神経細胞群が、終脳運動野であり、歌の発声に関わるHVC核に発達期にのみ神経投射をしていることを明らかにした。本年度の研究ではこの投射が歌学習が終わるにつれて消失するタイムラインを明らかにした。これまでの実験で投射が見られた60日齢と投射が消失していた90日齢の間の日齢において、同様に神経活動に依存して蛍光タンパクであるYFPを発現するウィルスベクターをNCM核に注入し、親の歌に反応するNCM核の神経細胞にEYFPを発現させ、そのHVC核への投射を調べた。その結果、70日齢のヒナではまだ多くの投射が見られるが、80日齢のヒナでは投射が少なくなっていることが明らかになった。来年度、この時期に実際に投射の消失が起きるのか確認するため、in vivo imagingの手法の確立と、この消失の神経メカニズム、幼少期の過剰な学習によって消失が抑制されることによる成長後の神経回路機能増大の可能性とそのメカニズムについて検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度はタイムラインの確認と、今後の実験の展開に向けて手法の確立を行ったため実験結果としては大きな結果は出ていないが、来年度の研究に向けて着実に準備は進んでおり、また新たな手法の確立も行った。これらは順調に進んでいるため、研究はほぼ計画通りに進んでいると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は本年度に確立したin vivo imagingの系を用いて、また本年度の実験から、神経投射が消失する時期が70～80日齢前後と特定されて来ていることにより、この時期に集中してin vivo imagingを行うことでNCM核の神経細胞のHVCへの投射を確認し、さらにこの神経投射が日齢を追ってどの様に変化するのか明らかにする。また、これまでの研究から幼少期に2羽の親から順番に二度歌学習をする、という“特別な”経験に因り成長後にもNCM核からHVC核への神経投射が維持されている、という現象が明らかになっており、幼少期の特別な経験に因る成長後の神経回路の容量の増大、またこれによる機能回復が期待されている。この“特別な”経験は異種であるジュウシマツの親からの歌学習、社会隔離による通常の発達臨界期を超えた時期での歌学習など、幾つかの複合要因が含まれていた。そこで、来年度の研究においてこれらの要因のどれが成長後の神経回路の容量の増大を引き起こすのか明らかにするため、様々な学習条件を設定し、ヒナの飼育を開始しており、これらの動物を用いて今後in vivo imagingの手法を用いて、神経投射がどの様に変化するのか明らかにしていく予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
