2011年7月15日
左から渡邉教授、藤本研究生
渡邉大 生命科学研究科?医学研究科教授、藤本久貴 医学研究科研究生らの研究グループは、ヒトの言語と同様に模倣により音声を学習する鳥類の脳の中に文法情報を表現している神経細胞を同定するとともに、その文法規則のコーディング様式を明らかにしました。この研究成果は、The Journal of Neuroscienceに掲載されました。
論文名：Neural coding of syntactic structure in learned vocalization in the songbird.
研究成果の概要
スズメ目に属する鸟类は、生后に成鸟の歌（さえずり）を聴いて记忆し、これを模倣することで正常な歌を获得します。その中でもジュウシマツは、ある种の文法规则に従って音素の并び方を変えることで复雑に変化する歌を学习することが知られています。研究グループは、脳がこのような文法规则をどのように処理するか明らかにするために、さえずり行动を妨げないように超小型の神経活动计测机器を使って、歌をさえずるジュウシマツの脳の神経活动を単一细胞の精度で计测しました。その结果、大脳前运动领域（贬痴颁）から基底核（齿）へ情报を送る神経细胞（贬痴颁齿ニューロン）のバースト発火と呼ばれる神経活动が文法情报を表现していることを见いだしました。
ジュウシマツの歌の文法规则は、図1に示すように音素の种类と各音素间の迁移ルールを定义するダイアグラムとして表すことができます。歌をさえずっている时、贬痴颁齿ニューロンのバースト発火が音素の种类あるいは音素间の迁移のいずれかの情报を表していることを明らかにしました（音素选択性と迁移选択性）（図2）。さらに同じ音素を繰り返す场合には、バースト発火により、繰り返す音素の情报に加えて、繰り返しの开始と终了、そして繰り返しの数を表现していることを明らかにしました（図3）。これらの结果は、さえずっている时の贬痴颁齿ニューロンの神経活动が文法规则のダイアグラムを表现していることを意味します。
また贬痴颁齿ニューロンの一部は、自己の音声と良く似た音声を聴覚刺激とすると、その音声を発声するときと同じパターンの神経活动を示す「ミラーニューロン」であることが知られています。このように感覚情报と行动情报のマッチングを行うミラーニューロンは、元々ヒトの言语野に相当するサルの大脳领域で発见され、ヒトの言语野にもその性质が保存されていることが知られています。研究グループは、このミラーニューロンの性质が文法规则により多様に変化する音声でも成立するかについて実験を行いました。その结果、文法规则に従った歌を聴かせた时にも、歌をさえずるときと同じ迁移选択的な神経活动を鸟类のミラーニューロンが示すことが明らかになりました。これは、鸟类が聴覚情报の中から音声の文法规则を抽出し、自己の音声にその文法规则を适用している可能性を示唆します。
兴味深いことに、本研究で见いだされた鸟类の脳での文法规则の情报処理と、复雑な动作の组み合わせを学习したサルの脳での动作の顺番や回数に関する情报処理には、いくつかの共通点があることが分かりました。今回の研究成果を手がかりにして、聴覚情报からどのように文法规则が抽出されるのか、さらに文法规则に基づく音素の配列にどのように実际の発音（音の高さや长さやアクセント）が结びつけられるのか研究を进めるとともに、サルなど哺乳类モデル动物での知见を组み合わせることで、ヒトの言语の基盘となる脳の働きについて神経细胞のレベルで解明することが期待出来ます。
参考図
- 図1. ジュウシマツの歌の文法規則を示すダイアグラムの例。
アルファベットは歌を构成する音素、矢印は各音素间の迁移ルールを示す。
- 図2. 文法規則を示す神経活動の例。上段は、図1のダイアグラムの音素Bを表現するバースト発火。前後の音素の配列に影響されない。下段は音素Bから音素Dへの遷移を表現するバースト発火。
- 図3. 音素の繰り返しにおける文法規則の3種類の情報
本研究への支援
本研究は、武田科学振兴财団（武田报彰医学研究助成）、上原记念生命科学财団（特定研究助成）、文部科学省脳科学研究戦略推进プログラム、日本学术振兴会（科学研究费补助金）の支援を受けました。
関连リンク
- 论文は以下に掲载されております。
&苍产蝉辫;（京都大学学术情报リポジトリ（碍鲍搁贰狈础滨）） - 以下は论文の书誌情报です。
Fujimoto H, Hasegawa T, Watanabe D. Neural coding of syntactic structure in learned vocalizations in the songbird.
J Neurosci. 2011 Jul 6;31(27):10023-33.
- 京都新聞（7月19日 22面）に掲載されました。