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
行動神経生物学系の和多和宏准教授らの研究グループは、小鳥（鳴禽類スズメ目）の一種キンカチョウを用いて、ヒトを含む哺乳類にも存在する大脳皮質から基底核へ投射している神経細胞の発声学習・生成における役割を明らかにしました。研究成果は、米国科学アカデミー紀要（Proceedings of the National Academy of Sciences USA）に掲載されており、北大のプレスリリースでも詳細が紹介されています。
ヒトの言語や小鳥の歌は、親の発声パターンをまねることで後天的に獲得され、これを発声学習といいます。発声学習ができる動物種は非常に限られており（ヒト、鯨・イルカ類、コウモリ類、ゾウ類、オウム・インコ類、ハチドリ類、鳴禽類のみが現在知られている）、小鳥はヒトの言語学習を研究する動物モデルとして注目されています。さらに、ヒトを含む哺乳類と小鳥の脳内では、発声学習・生成に関わる脳内神経回路がとてもよく似ています。その神経回路を作っている細胞のために、歌神経核（HVC）に大脳皮質から大脳基底核へ神経線維を伸ばしている神経細胞（大脳皮質-基底核投射神経細胞: 図1）が存在します。小鳥においては、さえずっているときに細胞毎に決まったタイミングで神経発火をする性質があります。この神経発火パターンが、運動学習・制御に重要な大脳基底核に時間情報を与えているのではないかと考えられてきましたが、実際の神経機能はわかっていませんでした。
今回の研究では、この大脳皮質-基底核投射神経細胞の機能を明らかにすべく、細胞死（アポトーシス）を人工的に誘導することができるタンパク質をこの神経細胞だけに出して選択的に殺しました。その結果、発声学習前の若鳥のときにこの大脳皮質-基底核投射神経細胞をなくすと、その後の歌学習がうまくできず、成鳥になってもキンカチョウ本来の歌パターンでさえずりができないようになりました。これに対して、歌学習後の成鳥時から大脳皮質-基底核投射神経細胞をなくすと、学習した歌パターンに変化もなく、またその後聴覚剥奪後の歌の変化も正常個体と同じように起こることがわかりました。これらの結果は、大脳皮質-基底核投射神経細胞が発声学習状態によってその神経回路機能への貢献度が異なることを示しています。
図1．蛍光タンパク質で、歌神経核HVC内の大脳皮質-基底核投射神経細胞をラベルした（左: 拡大写真、右: 脳全体像）。
発表論文: Miguel Sánchez-Valpuesta, Yumeno Suzuki, Yukino Shibata, Noriyuki Toji, Yu Ji, Nasiba Afrin, Chinweike Norman Asogwa, Ippei Kojima, Daisuke Mizuguchi, Satoshi Kojima, Kazuo Okanoya, Haruo Okado, Kenta Kobayashi, and Kazuhiro Wada (2019) Corticobasal ganglia projecting neurons are required for juvenile vocal learning but not for adult vocal plasticity in songbirds. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 116: 22833-22843.（doi: org/10.1073/pnas.1913575116）