学習には必ずしも脳が必要ではない?新たな研究で、脳を持たないイソギンチャクが学習することが示唆される

masapoco
投稿日
2023年4月3日 10:14
StarletSeaAnemoneOnDarkBlue

生物は、生物種にかかわらず学習能力を持っており、繰り返し同じ刺激を受けることで、単純な有機体でも習慣化や感受性の形で非連合学習を示すことができる。しかし、脳のない動物も複雑な学習をすることができることが、最近の研究によって明らかにされた。スターレットイソギンチャク(Nematostella vectensis)は、光と電気パルスの関連性を記憶することができるため、連合学習の能力があることが示されたのだ。このことは、神経系を介して複雑な行動を示すことができることを示し、神経系の進化によって思い出す能力が発達したと考えられる。

筆頭著者であるスイス・フリブール大学の神経生物学者Simon Sprecher氏は、「これはまさに連想学習と呼ばれるものです」と述べている。

すべての動物が脳を持っているわけではなく、刺胞動物のような脳を持たない生物は非連合的な方法で学習すると考えられていた。しかし、フリブール大学とスペインのバルセロナ大学の研究チームは、連合学習能力を持つかどうかを調査するため、スターレットイソギンチャクに対して光と電気ショックを用いた古典的な条件づけ実験を行った。

この実験では、最初は連合学習能力を調べるため、光と電気ショックを用いた古典的条件付け実験を行った。

古典的条件付けでは、最初は中立的な事象が、報酬または負の結果という形で生物学的に重要な結果と組み合わされる。

既に、40年以上前の研究で、イソギンチャクの古典的条件付けに関する決定的な証拠は得られなかったが、その後それらの研究が再現されることはなかったと述べている。

Sprecher氏らは、光と電気パルスが同期するか非同期で発生するかに応じて、10または18匹のスターレットイソギンチャクのグループをランダムに割り当てた。軟体動物の触手を引っ込めさせるために小さな電気ショックを使用し、光とショックを同時にまたは異なる時間に与えて、光に対する反応をテストした。

トレーニング中に光と電気ショックを同時に受けたグループでは、72%が光だけで触手を引っ込めた。これは、光とショックを異なる時間にトレーニングした動物の反応率(30%)の倍以上であった。研究チームは、さらに、テストの各ポイントで動物の体長を追跡するためにソフトウェアを使用して、引っ込めた長さの範囲を測定した。その結果、光とショックを一緒にトレーニングした動物の最大の引っ込めた長さが、非同期のグループよりも有意に長かった。

しかしながら、刺胞動物が私たちと同じ神経伝達物質や神経調節物質を共有しているかどうか、例えばセロトニンやドーパミンなどはまだ不明であり、連合学習がこれらの動物で独自に進化した可能性もある。

研究者らは、「ほとんどのモデル生物では、特定の記憶形式に対して責任を持つ定義された神経回路や分子機構が同定されている」と指摘している。

彼らは、これらの生物に典型的な脳を持たない生物の記憶の構造に関する研究を促し、「具体化された認知」の例であると述べている。

Sprecher氏は、「私たちは、脳が明らかに単純な神経系を持つ動物の学習過程について非常に少なく知っています。よって、研究をさらに進めるために必要なフレームワークがあります」と述べている。

この研究は、海腔動物のような脳を持たない生物が連合学習を行うことができることを示しており、神経系が進化する過程で学習機能が発達した可能性があることを示唆している。


論文

参考文献

研究の要旨

学習と記憶形成の能力により、動物は過去の経験に基づいて行動を適応させることができる。連想学習とは、生物が2つの異なる事象の関係を学習するプロセスであり、様々な動物分類で広く研究されている。しかし、二枚貝の動物で中枢神経系が出現する以前の連想学習の存在については、未だ不明な点が多い。イソギンチャクやクラゲなどの刺胞動物は、中枢性を欠く神経網を持つ。両生類の姉妹グループとして、神経系機能の進化を研究するのに特に適している。本研究では、古典的条件付けの手法を用いて、ヒトデ型イソギンチャクNematostella vectensisの連合記憶形成能力を探索した。光を条件刺激とし、電気ショックを非条件刺激とするプロトコルを開発した。その結果、動物が光だけで条件反射を示すようになり、関連性を学習したことが確認された。一方、対照条件では、いずれも連想記憶は形成されなかった。この結果は、刺胞動物の行動の一端に光を当てただけでなく、メタゾアンの系統においてNSの中央集権が出現する以前に連想学習があったことを示し、脳のない動物における認知の起源と進化に関する基本的な問題を提起している。



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