Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

睡眠 / 視覚 / 臨界期 / 脳発達 / GABA抑制系 / 可塑性 / NMDA受容体

赤ちゃんや子供にとって睡眠は脳と身体の健やかな成長に重要であると信じられている。発達期にはレム睡眠が豊富で、遅れてノンレム睡眠が成熟してくる。しかし幼弱かつ急速に成長する動物の睡眠を長期的に観測し操作することは容易でないため、発達時のレム睡眠とノンレム睡眠にどのような関係があるのか知られていない。申請者の研究チームはマウス発達過程と脳の臨界期を人工的に分離することに成功し、臨界期前と後の睡眠を大人のマウスで比較・解析することが可能となった。これを利用して本研究は睡眠発達にともなう分子・神経レベルでの変化、発達期レム睡眠がもたらすノンレム睡眠の成熟への影響を明らかにすることを目的とする。子供の睡眠がもたらす脳の成長の科学的基礎や、睡眠不全による発達障害への関与について本質的な理解につながると期待される。
従来この種の発達研究は小さく幼弱な動物を使用しなければならなかった。しかし脳のサイズをはじめ可塑性とは関連しない多くの過程までもが著しく変わる発達期で詳細な解析は困難だった。当研究室は大人の動物に皮質可塑性（眼優位性）を発現させる動物モデルを確立している。抑制性伝達物質GABA合成酵素GAD65欠損マウス（GAD65マウス）は通常の臨界期を示さない。しかしGABAA受容体機能を一時的に促進する薬物（ディアゼパム）投与で野生型同等の可塑性が復活させられる。これにより生理的に安定した大人の「臨界期」モデルマウスで詳細な脳活動の操作と分析が可能となった。
本年度はレム睡眠を制限した野生型・GAD65マウスの視覚皮質と海馬を採取し、NMDA受容体サブユニットなどシナプス可塑性に関与する分子群をウエスタンブロッティングにより定量した。レム睡眠量と特定分子の発現量との相関において野生型とGAD65マウスに有意な差を検出した。

歌学習 / 可塑性 / 発達 / 臨界期 / 学習 / 記憶 / ソングバード / 聴覚 / 神経回路発達 / キンカチョウ

歌を学習するトリ、ソングバードの一種であるキンカチョウは発達期に聴く成鳥の歌を覚え、これを模倣することで歌を学習する。この時、キンカチョウのヒナは自身の種の歌を聴き分けて学習する。本研究ではこのキンカチョウの歌学習をモデルとして用い、自身の種の歌を聴き分け選択的に学習する神経メカニズムを明らかにすることを目的とした。そのため、高次聴覚野の神経細胞がどの様に特定の歌を認知するのか明らかにするため、電気生理学的研究を行った。これにより高次聴覚野には様々な細胞があり、その中の一部の細胞が、歌の要素の特定のコンビネーションを認知していることを明らかにした。

本研究の成果により、ヒトの言語発達のメカニズムに対して知見が得られた。どのように脳内で音が処理され、記憶されるのか、また何故発達期の特定の時期にのみ歌学習が起きるのか、基礎的な知識が得られた。これらの基礎研究の知識が、将来的に発達期の神経発達が原因で起きる病気のメカニズムの解明につながる可能性がある。

臨界期 / 聴覚 / 経験依存的可塑性 / 学習 / 発声 / キンカチョウ / 歌学習 / 情報処理 / 生得的行動 / 可塑性

ヒトの言語発達と同様にキンカチョウは成鳥の歌を聴いて覚え、模倣することで歌を学習する。本研究ではキンカチョウはどの様に自身の種の歌を検出し、ここから何を学ぶのか、その神経メカニズムを明らかにする研究を行った。その結果、キンカチョウの第一次聴覚野には歌のテンポと音響構造のそれぞれコードする二つの異なる神経細胞群が存在することを明らかにした。臨界期には親の歌を聴くことで、神経回路が形成されるが、これとは別の生得的な神経回路があり、この二つの神経回路が協調し歌学習を制御していることを示唆した。これらの結果は論文、学会発表などで発表を行い、またプレスリリース、一般公演を行うなども行った。

歌学習 / 臨界期 / 経験依存的可塑性 / GABA抑制性機構 / 聴覚 / 終脳聴覚領域 / 大脳聴覚野 / 可塑性 / 発達 / ソングバード / 神経生物学

本研究はキンカチョウの歌学習をモデルとして用い、音声発達の臨界期の神経メカニズムを明らかにすることを目的とした。特に、この時期の聴覚経験が脳内の神経回路形成にどの様な影響を与えるのか、電気生理学的手法を用いて明らかにした。その結果、終脳の聴覚関連領域になる神経細胞の一部が覚えた歌に特異的な聴覚応答を示すようになること、この特異的な聴覚応答は、聴覚関連領域のGABA抑制性伝達を阻害することにより小さくなることが明らかになった。つまり幼少期の聴覚経験により、聴覚関連領域内の抑制性回路が補充されることにより親の歌に対する記憶の形成であることが考えられた。

行動神経学 / 臨界期 / 歌学習 / GABA / 聴覚 / 可塑性 / 抑制性機構 / 感覚-運動学習

これまでの研究からマウスの眼優位可塑性の臨界期は「抑制性神経回路の発達による臨界期の時期が決定することが示されていた。本研究課題の研究からキンカチョウの歌学習における臨界期でも、早期に抑制性神経機構を増強すると学習が阻害されること、その際に抑制性機構の早期増強は感覚学習臨界期にのみ影響することが明らかになった。つまり適用されることが示唆された。つまり、動物種、システムを超えた普遍的な臨界期を制御する神経メカニズム抑制性神経回路の発達による臨界期の時期の決定、が示唆された。