細かい運動技能を学ぶ脳の能力のメカニズム-ScienceDaily

by REVOLUSYNAPSE
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新しい研究は、鳴き鳥の複雑な学習を引き起こす神経回路内の特殊な細胞が、人間の脳の皮質における細かい運動能力の発達に関連する神経細胞のタイプに著しく類似していることを明らかにしています。

オレゴン健康科学大学の科学者による研究が本日ジャーナルに発表されました ネイチャーコミュニケーションズ

「これらは、メスが交尾したい鳥を選択できるように、正確で明確なオスの歌を作りたい場合に必要な特性です」と、共同主執筆者のエンリケ・フォン・ゲルスドルフ博士、上級科学者は述べています。大須ヴォルム研究所。 「これを生み出すには、高度に専門化された脳が必要です。」

OHSUのポスドクであるBenjaminZemel、Ph.D。は筆頭著者であり、薄い脳スライスの使用と単一細胞の記録に関連する困難な電気生理学的研究のほとんどを実施しました。

この研究は、ニューロンの特定のグループがナトリウムイオンチャネルタンパク質を調節する遺伝子のセットを発現することを明らかにしています。 これらのイオンチャネルは、神経系の細胞間の通信に使用される電気信号を生成します。 この場合、群集は、鳥が歌うときにニューロンが活動電位として知られる反復スパイクを非常に高速かつ頻繁に発火させることを可能にします。

この研究では、ミリ秒以上続くほとんどの活動電位スパイクと比較して、0.2ミリ秒しか続かない「超高速スパイク」について説明しています。 ミリ秒はそれ自体が驚くほど速く、1000分の1秒です。

さらに、調査結果は、細かい運動制御を含む人間の行動と発達のさまざまな側面のメカニズムを理解するための新しい道を示唆しています。

研究者たちは、オスのキンカチョウの歌に関与するニューロンとイオンチャネルの集合体は、人間の脳の一次運動野にあるベッツ細胞として知られるニューロンの集合体に非常に似ていると言います。

人間の最大の既知の脳細胞の中で、ベッツ細胞は非常に高い速度と周波数でスパイクを伝播することができる長くて厚い軸索を持っています。 このように、それらは手、足、指、手首を含む細かい運動技能にとって重要であると考えられています。

「ピアノ奏者のことを考えてみてください」と、OHSU医学部の行動神経科学の教授である共同主執筆者のクラウディオメロ医学博士は述べた。 「彼らはとても速く考えているので、彼らは学習され保存された記憶と行動に頼らなければなりません。ギターを弾くことは同じことです。」

本日発表された研究は、OHSUのマーカムヒルキャンパスにあるマッケンジーホールカフェで昼食時に最初に行われた非公式の会話の結果です。

動物モデルとしてキンカチョウに依存してきた行動神経科学者のメロは、フォン・ゲルスドルフを20年間社会的に知っています。 ある日、カフェテリアで昼食をとったメロは、ラップトップを開いて、歌う直前の年齢の若いキンカチョウの脳の画像を表示し、続いて、鳥の後に実体化したタンパク質の明らかなサブユニットを明らかにする2番目の画像を表示しました。歌い始めるのに十分な年齢でした。

電気生理学とニューロンの生物物理学の専門家であるフォン・ゲルスドルフは、次のように述べています。 「これはまさに齧歯類の聴覚系で研究しているタンパク質です。高周波スパイクを促進します。」

メロ氏は、新しい研究は、細かい運動技能の学習に関与するメカニズムの科学的理解を深めると述べた。

「これは非常に重要なモデルであり、この新しい研究には幅広い可能性があると私たちは考えています」と彼は言いました。

これらの同じモーター回路の特性が3億年以上前に分岐した種によって共有されているという事実は、発見の強さを物語っています、とフォンゲルスドルフとメロは言いました。 研究者たちは、オスのキンカチョウで発見したニューロンの特性は、収斂進化によって速度と精度が最適化される可能性があると述べています。

また、接続が失敗したときに関与する可能性のあるメカニズムも示唆しています。 フォン・ゲルスドルフ氏は、これらのベッツ細胞に影響を与えるいくつかの遺伝子変異は、吃音などの比較的軽度の影響を引き起こす可能性があると述べたが、他の変異は、筋萎縮性側索硬化症などの進行性障害に関与するものなど、より顕著な影響を与える可能性がある、またはALS。



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