Transdisciplinary studies on the neural basis of cognitive development of imprinting
| Project/Area Number |
19KK0211
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 51:Brain sciences and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
松島 俊也 北海道大学, 理学研究院, 教授 (40190459)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤田 俊之 帝京大学, 薬学部, 助教 (40718095)
本間 光一 帝京大学, 薬学部, 教授 (90251438)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 認知発達 / 刷り込み / レジリエンス / 神経回路 / 遺伝子発現 |
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| Outline of Research at the Start |
出生直後の経験は心の発達に決定的な役割を果たす。心理学者Harlowはアカゲザルの乳児で重要な発見をした。（A)乳児は愛着を寄せるべき対象を、生まれながらに知っている事。（B)愛着対象との相互作用を阻害されると深刻な発達障害をもたらす事。（C)にもかかわらず発達にはレジリエンスがあり、最小限でも適切な相互作用があれば回復できる事。本研究に加わる日伊の研究者は、刷り込みという雛の行動発達も、アカゲザルと同じ性格が備わっていることを見出してきた。本研究ではそれぞれの強みを持ち寄ってさらに研究を推進し、認知・神経回路・分子機構にまたがる集学的研究によって認知発達のレジリエンスの基盤を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
【研究の課題】「出生後の様々な経験は脳のどこにどのような不可逆的刻印を分子レベルで加えることによって、社会と物理世界に関わる認知の安定的な発達（レジリエンス）をもたらすのか」これを核心をなす問いとして設定し、具体的な解決法策として、孵化直後のニワトリにはの刷り込み（インプリンティング）に焦点を当てた。集学的研究を国際的に展開することによって、雛が生得的に備えている「核となる知識 core knowledge」の理解と、それを基盤とする認知発達の過程の理解を目的とする。以下の課題を設定した。
１．生物的運動・自発性運動。顔ゲシュタルトへの選好性の発達に及ぼす初期経験の影響を行動学的に特定する。２．先行性発達を担う責任脳部位と神経回路を同定し、発達のカギとなる候補遺伝子群を同定する。３．物理的世界（数と空間）の認知発達が、１・２に挙げた社会的認知の発達と同じメカニズムを共有するか、を検討する。
【2019年度の研究の進展状況】2019年10月の交付内定を受けて、次の研究を進めた。
１．刷り込みの行動実験装置を製作し、2020年2月～3月に短期間代表者がトレント大に赴いて装置と行動実験手順を共有した。２．孵化前1週間（孵卵開始後14日以後）の卵にバルプロ酸ナトリウムを投与すると、刷り込みが阻害されないが生得的選好性が減弱するとトレント大の研究者が2018年に既に発表していた。北大で行った予備実験ではこの結果が再現されず、問題となっていた。詳細をすり合わせた結果、（１）北大ではトレント大と比べて著しく低い濃度（およそ500分の1から5000分の1）で効果が現れていること、（２）北大ではヒヨコに多くの歩行活動を求める手順であるのに対しトレント大では刷り込みの運動負荷が低いこと、などの異同が明らかになった。
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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
【進展が見られた点】
行動研究の結果は、些細な手順の違いによって再現性が異なるため、複数の研究室の間で得られた結果を比較することに困難を生じることがある。4年度にまたがる本共同研究の実施に当たり、行動実験の装置と手順をまず共有する必要があった。既に国内の研究分担者（本間光一・藤田俊之、帝京大学薬学部）とは長年、装置と手順を共有してきたが、トレント大（Vallortigara教授）とは実験手続きの違いがあった。2020年2月～3月の共同研究によって齟齬の危険性が最小にできたと考える。また、上述のようにバルプロ酸の作用について違いが明らかになった。バルプロ酸は抗てんかん薬として用いられているが、妊婦が服用すると出生児に発達障害（特に自閉症）のリスクが高まるとの報告がある。実際、培養細胞にバルプロ酸を投与するとヒストンのアセチル化が抑制を受けることで遺伝子発現に変化が生じることが示唆されている。ヒヨコの刷り込みに伴う認知発達についても、バルプロ酸の処理は刷り込みに伴う記憶形成と社会的親和性形成に障害が起こる点については、北大とトレント大とで結果が一致した。しかし、上述のように、生得的な生物的運動への選好性については結果が一致していない。この不一致の背景について、用いている動物の遺伝的背景の違い（例えば、イタリア側の用いる雛はケタミン麻酔に対する感受性が日本の雛より著しく高い）、あるいは実験手順の違いによるものと考えられた。
【遅滞している点】2020年3月に入り北イタリアでも新型コロナウイルスの感染爆発が起こり3月5日からトレント大学の研究施設は閉鎖された。また、北イタリアで雛を供給している都市（Brescia市）がロックダウンしたため動物の供給が止まり、現在もトレント大学は長期に渉る活動停止を強いられている。他方、北大と帝京大学では研究は継続している。
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| Strategy for Future Research Activity |
【日本側での研究の強化】
帝京大学と北大での研究を強化するため、それぞれに学位を持つ若手研究員を臨時雇用することとした。帝京大学では森千尋氏を北大では三浦桃子氏をそれぞれ雇用し、実験プロトコルの作成と分析（森、帝京大）とバルプロ酸の作用に関する研究継続（三浦、北大）を進める。その結果を適宜トレント大へ伝えて、議論を重ねていく。
【エピジェネティック作用と非エピジェネティック作用を分離した検討の実施】
上述のようにバルプロ酸を孵化中の卵（発生2週齢の胚）に投与することによって、生物的運動への選好性と刷り込みによる記憶に基づく対象選択性が阻害されることが判明した。その作用としては、既に推定されているヒストンアセチル化に作用するエピジェネティック過程に加えて、胚の中枢神経系に対する直接の抗てんかん作用を介した過程（非エピジェネティック作用と仮に呼ぶ）の二つが考えられる。バルプロ酸は著しく高い濃度を与えない限り、体重増加や孵化後の脳重量への著しい影響なく、行動上の障害が合わられていることを既に見出している。その為、遺伝子発現に直接作用するのではなく、胚の中枢神経系自身が自発性のてんかん様活動を持ち、それが正常な認知発達に寄与している可能性が否定できない。2020年度は当面、後者の可能性を念頭に、胚にNMDA受容体阻害をもたらす薬物（ケタミン等）を連続投与し、刷り込みに対する効果を見る。さらに、この時期の胚に光と音の刺激を加えたものを用意し、対照群（防音・暗黒下で発生を進めたもの）との比較を行う。
【イタリア側との共同研究の再開】
コロナ禍が収まり安全に国際交流が可能になることを前提として、またトレント大学での研究の再開を前提として、上記の雇用した若手研究者をトレント大に派遣し、実験手順と結果のすり合わせを行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(12 results)
