覚醒したマーモセットにおける脳波測定 同種の発声を聞く

霊長類は、種固有の発声を使用して、発信者の感情状態や社会的絆を維持する意図、捕食者の存在、またはその他の危険な状況など、生物学的に重要な情報を伝えます。発声が豊富な非ヒト霊長類の発声知覚の根底にある神経メカニズムの調査は、ヒト言語の進化的起源をよりよく理解するための重要な手がかりを提供する可能性があります。

コモンマーモセットは南アメリカ原産の小さな霊長類です。近年、マーモセットは、その高い再現性、小型化による使い勝手の良さ、有用なトランスジェ^{ニック技術の開発など}から、マカクザルと並んでモデル動物として利用されることが増えている^1,2,3。疾患モデルとしての有用性に加えて、グループ内の豊かな発声コミュニケーションは、この種の別のユニークな特徴^です4,5,6,7。マーモセットは、森の見えない同種とコミュニケーションをとるために、日常的に音声信号を交換しています。マーモセットの発声知覚と発声に関与する脳活動を調べることで、マーモセットが脳内で自分自身または同種の鳴き声の聴覚情報をどのように処理しているかを特定し、どの神経回路が関与しているかを特定できます。これまでの研究では、マーモセットの発声に関与する一次聴覚野8,9,10,11,12および前頭皮質^13,14の神経活動が実証されている。さらに、これらの興奮および抑制されたニューロン応答は、一次聴覚皮質^8,10における聴覚-発声相互作用によって調節された。これらの研究は、侵襲的な記録方法を使用して、単一ニューロンレベルでの詳細な神経活動データを提供しました。マーモセットの発声に関与する神経活動については、数多くの研究がさらに調査されています。しかし、声の知覚は依然として十分に理解されていません^15,16。

いくつかの非侵襲的脳イメージング研究により、マーモセットの発声処理の神経メカニズムが解明されました17,18,19;その高い空間分解能は利点ですが、スキャン中に動物を覚醒状態に保つには高度な技術が必要です。しかし、最近では、Jafariらは、機能的磁気共鳴画像法(fMRI)を用いて、覚醒状態のマーモセットの発声知覚に関与する前頭側頭領域を同定した¹⁹。ヒトの音声知覚や発声に関与する脳機能を解明するための実験は、ほとんどすべて、頭皮脳波計(EEG)、脳磁図(MEG)^20,21、fMRI22,23,24などの非侵襲的な方法を用いて行われてきました。人間を対象とした数多くの研究で、EEGを使用して音声知覚に関連する脳活動が調査されています。これらの研究のほとんどは、感情情報25,26,27と感情的な言葉²⁸の顕著性に焦点を当てており、その結果、音声知覚²⁹における事象関連の可能性の変化が明らかになった。ヒトの頭蓋内埋め込み電極を用いた皮質電気検査(ECoG)および単一ニューロン記録は、脳神経外科治療を受けている患者を対象とした限られた数の実験でしか行われていない^30,31。

人間とサルを比較する進化論的視点は、人間が発達した声の知覚と発声の根底にあるユニークな神経メカニズムを理解する上で重要です。マーモセットのような発声能力の高いヒト以外の霊長類の音声知覚と発声に関与する神経メカニズムをヒトと直接比較するには、同じ方法を使用して2つの種間のデータを比較することが重要です。機能的MRIは、全脳イメージングを可能にし、高い空間分解能を備えています。頭蓋骨に対して垂直な活動や、脳波やMEGでは記録が困難な深部での活動を記録できるという利点があります。ただし、MRI装置は設置と保守に費用がかかり、デバイスの性質上、提示できる刺激には多くの制限があります。これに対し、脳波、ERP(イベント関連電位)、MEGは時間分解能が高いため、時系列の音声処理の解析に有用です。特に、脳波は、高い移動性、さまざまな実験環境で使用できること、比較的低コストであること、そして1人のオペレーターで済むという利点があります。

ヒトでは既に大量の脳波データが得られているため、ヒト以外の霊長類に対しては、非侵襲的なパラダイムを用いた脳波測定法が求められています。私たちの研究グループは、マカクザルやマーモセットに対して、チューブ³²を用いた独自の非侵襲的な脳波記録法を開発しました。ここでは、非ヒト霊長類33,34,35,36,37における聴覚処理に関するいくつかの新しい知見を報告する。マーモセットの種特異的な発声に対する脳活動の特徴を明らかにするために、頭皮に電極を装着して脳活動を非侵襲的に記録する実験系を構築しました。本研究では、マーモセットの脳波測定方法について述べる。