ソングバードを用いた発話コミュニケーション障害「吃音」の神経行動学的研究

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K19629
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 和多 和宏 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (70451408)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• キーワード: 大脳基底核 / コミュニケーション障害 / 時系列制御 / 介在ニューロン / ソングバード / 発声学習

研究実績の概要

発話コミュニケーション障害「吃音」の動物モデルを用いた吃音様の音声繰り返し異常の神経メカニズムの解明を目標に研究を行った。神経回路・細胞・遺伝子レベルで、吃音発症の原因解明を目指し、発声学習時の大脳基底核ループ経路から発声運動制御経路への出力異常にあるとする『大脳基底核ループ機能異常』仮説を実験的に検証すべく、音声発声学習能をもつ鳴禽類ソングバードを実験動物モデルとして用いて研究を進めた。細胞タイプ特異的プロモータによるアデノ随伴ウイルス（AAV)発現系とCre-Flexシステムによる選択的な神経細胞の遺伝子発現操作技術を用いた研究を実施した。特に介在ニューロン特異的なDlxプロモータによるGABAergic interneuronに限定した遺伝子発現制御が可能し、介在ニューロン特異的なアポトーシスを誘導することに成功した。その結果、正常な歌の学習を終えた成鳥においても、繰り返し音素の異常増加が誘導された。これに対して、pan-cell typeプロモータのCMVプロモーターを用いた同様の実験を施行しても、音素繰り返しの軽微な増加が観察されたのみであった。これは大脳基底核内の細胞タイプ特異的な機能異常による運動パターンの時系列制御の困難さが誘導されるとする『大脳基底核ループ機能異常』仮説を強くサポートする結果である。また、鳥類と哺乳類で保存された神経回路における機能異常と考えることができる。現在さらに発声学習臨界期前の幼若個体に介在ニューロン特異的な細胞死を誘導し、その後の発声学習発達への影響を検証する実験を進めている。

研究成果

• [国際共同研究] Korea Brain Research Institute(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Korea Brain Research Institute
• [国際共同研究] McGill University(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: McGill University
• [雑誌論文] Statistical learning for vocal sequence acquisition in a songbird (2020)
  • 著者名/発表者名: James Logan S、Sun Herie、Wada Kazuhiro、Sakata Jon T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 2248
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58983-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Corticobasal ganglia projecting neurons are required for juvenile vocal learning but not for adult vocal plasticity in songbirds (2019)
  • 著者名/発表者名: Sanchez-Valpuesta Miguel、Suzuki Yumeno、Shibata Yukino、Toji Noriyuki、Ji Yu、Afrin Nasiba、Asogwa Chinweike Norman、Kojima Ippei、Mizuguchi Daisuke、Kojima Satoshi、Okanoya Kazuo、Okado Haruo、Kobayashi Kenta、Wada Kazuhiro
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 ページ: 22833～22843
  • DOI: 10.1073/pnas.1913575116
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transcriptional regulatory divergence underpinning species-specific learned vocalization in songbirds (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang Hongdi、Sawai Azusa、Toji Noriyuki、Sugioka Rintaro、Shibata Yukino、Suzuki Yuika、Ji Yu、Hayase Shin、Akama Satoru、Sese Jun、Wada Kazuhiro
  • 雑誌名: PLOS Biology 巻: 17 ページ: e3000476
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3000476
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Transcriptional regulatory divergence underpinning species-specific learned vocalization in songbirds (2019)
  • 著者名/発表者名: Hongdi Wang, Azusa Sawai, Noriyuki Toji, Rintaro Sugioka, Yukino Shibata, Yuika Suzuki, Yu Ji, Shin Hayase, Satoru Akama, Jun Sese, Kazuhiro Wada
  • 学会等名: Society for Neuroscience meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of repetitive syllable sequence by the excitatory and inhibitory balance in the basal ganglia song nucleus in songbirds (2019)
  • 著者名/発表者名: Yu Ji; Miguel Sanchez-Valpuesta; Kazuhiro Wada
  • 学会等名: Society for Neuroscience meeting
  • 国際学会
• [備考] 大脳皮質-基底核投射神経細胞は幼弱期の発声学習に必要（理学研究院 准教授 和多和宏）
  • URL: https://www.hokudai.ac.jp/news/2019/10/-.html
• [備考] 論文解説 Sanchez-Valpuesta et al. 2019
  • URL: https://www.wada-lab.org/publications-%E7%A0%94%E7%A9%B6%E6%A5%AD%E7%B8%BE-1/%E8%AB%96%E6%96%87%E8%A7%A3%E8%AA%AC-sanchez-et-al-2019/