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象徴概念発達研究チーム

環境・遺伝子・神経活動との相互作用によるヒト認知進化誘導

霊長類:道具使用訓練による脳の膨大→ヒト:新たな機能的回路網の形成と認知機能の創発 霊長類であるマーモセットは、その生物学的特徴のみならず高次認知機能や社会的行動などの脳高次機能に関して、ヒトに直接演繹可能な多くの利点がある。一方、これまで基礎生物・医学研究で汎用されてきた齧歯類を中心におこなわれてきた遺伝子解析や遺伝子改変についても、霊長類として唯一適応することが可能である。マーモセットを利用した脳科学研究は、齧歯類モデル動物研究では不可能であったヒトの高次認知機能、社会行動や情動に関する分子生物学的研究を可能にするものと期待される。本研究は環境、遺伝子、神経基盤という3つの要因と認知機能との関係に焦点を当てた実験を通して、ヒト認知進化を支えた生物学的基盤の解明をめざす

 我々は、すでにニホンザルが自然界では希有な道具使用による高次認知機能の学習に伴って、遺伝子発現を伴う皮質間結合の再編成が誘導され、当該脳部位の膨大が引き起こされることを示したが、ニホンザルではこれ以上の神経生物学的メカニズムの探求は困難であった。しかし予備的な研究によって、同一の学習行動実験系がマーモセットにも直接演繹可能であることが明らかとなり、本研究では、この実験系を用いて霊長類高次認知機能の分子遺伝学的研究基盤を確立する。また、社会性を観察する手段として音声コミュニケーションに着目し、その神経基盤と作用機序を明らかにする。

 まず、VBM 法および DTI 法を組合せ、同一個体において非侵襲的・経時的計測を行い、マーモセットでも道具使用による大脳皮質膨張および白質肥厚現象が見られることを確認する。つぎに、道具使用訓練に伴う霊長類脳の灰白質および白質変化の細胞遺伝生物学的基盤を検討する。成体神経新生は、これらの霊長類脳領域で自発的に引き起こされるとされたが、未だ議論の対象である。しかし、本研究の高次認知機能学習といる負荷のもとではこれが証明されることが期待される。道具使用習得後の膨張領域よりRNAを抽出し、マーモセットDNAマイクロアレイを用いた遺伝子発現変化解析を行うことにより、道具使用に伴って変化する遺伝子群を検索し同定する。また並行して、神経の可塑性やシナプス形成に関与すると考えられている既知の因子群(BDNF、AMPA受容体、カドヘリンファミリータンパク質など)について、道具使用群、非使用群間で発現パターンの比較解析を行う。

 これらの神経生物学的メカニズムが同定された後には、それらの基盤となる遺伝的要因を特定し、さらにこれらのメカニズムが他の多様な精神作用やその障害にどの様に関与するかの研究へと展開する。道具使用やヒト固有遺伝子の改変がもたらすヒト特異的神経回路が、統合失調症や自閉症の認知障害の基盤となることを検証するために、マーモセット用の認知課題を開発する。様々な認知機能をスクリーニング出来るテストバッテリーを適用して、社会性と認知機能との相互作用を検出することのできる新規課題に伴う種々のパラメータを動物種横断的に解析する。社会性に富み、霊長類として高い認知能力を有するマーモセットの特性を評価するための行動的・認知的機能テストを開発する。これらはマカク、齧歯類への一般化が可能な種普遍的な高次脳機能であると考えられ、動物種横断的にこれらの行動の基盤となる神経回路機能の生物学的解析を評価する有効な行動解析系を提供する。

  • 入来 篤史【チームリーダー】
  • 山﨑 由美子、稲田 正幸、斉木 正門
    マーモセットの認知機能研究及び行動評価法の開発
  • 松永 英治、南部 菜奈恵
    道具使用に伴う脳膨大現象よりサルからヒトへ至る
    脳進化の分子基盤の解明
  • 加藤 真樹、小池 巧
    音声コミュニケーションの進化を司る神経基盤の解明
  • 熊澤 紀子、片山 真理子
    マーモセットの三次元デジタル脳アトラスの作成