Identification of cell clusters in the brain generating behavior and cognition and experimental validation of their neurophysiological functions

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15891
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Toji Noriyuki 北海道大学, 理学研究院, 特別研究員(PD) (20866371)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 動物行動 / ソングバード / 神経科学 / single cell RNA-seq / 細胞機能行動学

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to clarify how cell groups in the brain regulate individual behavior and cognition on a cell population basis. To this end, we comprehensively clarified what cell populations exist in the song control circuit (song system) in songbirds and systematically and comparatively examined how each cell population is involved in the learning and production of vocalizations. In an interspecies comparison focusing on all neuronal and non-neuronal cell types in the song system, we found for the first time significant differences in the accumulation of species-specific gene expression in excitatory projection neurons in both HVCs and RAs. This result suggests that excitatory projection neurons play a major role in the formation of song structure.

Free Research Field

分子神経行動学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本成果はソングバードのさえずりにおいて種ごとに特徴的な構造が、すべての細胞タイプによってコードされているのではなく、興奮性投射ニューロンによって主に制御されていることを示している。
また本成果は行動の進化と神経回路の分化の関係性について、重要な示唆を提供する。行動を制御する神経回路の分化速度が回路内を構成する細胞タイプによって均一ではなく、一部の細胞タイプの先行する分化によって行動の進化が促されるということ意味する。この概念はソングバードのみならず、種を超えて広く拡張可能であり、今後このような現象が他の動物の行動を制御する神経回路でも発見されることが期待される。