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
【ポイント】
- 大脳皮質から基底核へ投射（連結）している神経細胞は鳥類と哺乳類に共通して存在。
- この大脳皮質-基底核投射神経細胞は、小鳥の若鳥がさえずりの歌学習時に必要。
- しかし学習後の成鳥になって歌を歌うときには重要ではなく、学習時期に限定した神経機能を発揮。
【概要】
北海道大学大学院理学研究院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。
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。
本研究成果は，日本時間2019年10月22日（火）午前5時（米国東部時間2019年10月21日（月）午後3時）公開のProceedings of the National Academy of Sciences誌（PNAS, 米国科学アカデミー紀要）に掲載されました。
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