2025年5月24日
概要
新たな研究により、マウスは触覚だけでなく音も利用してヒゲを振ることで環境を移動していることが明らかになりました。ヒゲが発する音は、触覚入力が遮断されている場合でも聴覚皮質によって処理されるため、マウスはヒゲを別の感覚信号として解釈できることが示唆されます。
行動実験において、マウスはヒゲから発せられる音のみを使って物体を識別しました。これは、マウスの脳の知覚システムにおける多感覚統合を示唆しています。この発見は、ロボット工学、感覚リハビリテーション、そして脳研究の新たな方向性を示唆する可能性があります。
重要な事実
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多感覚統合：マウスは触覚とは独立して、ヒゲが生成した音を処理します。
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行動的証拠：マウスはヒゲの音だけを使って物体を認識しました。
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技術的可能性：この研究は、義肢、感覚リハビリテーション、ロボット工学に影響を及ぼす可能性があります。
出典：ワイツマン科学研究所
暗い巣穴に潜み、視覚が限られたネズミは、ヒゲを周囲に擦り付けることで、方向を定めたり、周囲の物体を感知したりします。「ウィスキング」と呼ばれるこの行動は、過去数十年にわたって広く研究されてきましたが、従来は純粋に触覚的な行動と考えられてきました。
現在、ワイツマン科学研究所の研究者らは、このプロセスについて全く新しい多感覚的視点を提示している。
研究者らが、ヒゲから脳へ触覚を伝える経路を遮断したところ、聴覚皮質は依然としてこれらの音に反応し、マウスが触覚とは独立した別の感覚入力としてこれらの音を処理できることを示した。クレジット：Neuroscience News
Current Biology 誌に最近発表された これらの衝撃的な研究結果 によれば、マウスの口を叩く動作によって微妙な音が生まれ、それがマウスの聴覚皮質に符号化され、周囲の認識が強化されることが明らかになった。
「ヒゲは非常に繊細なので、ネズミが聞き取れる音を出すかどうかを調べようと思った人は誰もいなかった」と、 ワイツマン脳科学部のチームリーダー、イラン・ランプル教授は語る。
この研究は、通常は複数の感覚（この場合は触覚と聴覚）からの入力を伴う自然知覚の複雑さを垣間見るユニークな機会を与えてくれる。
実際、人間もこの2種類の手がかりを想像以上に頻繁に組み合わせています。例えば、キャンディーバーを探すために、ぎゅうぎゅう詰めの袋に指を入れた瞬間、包み紙がカサカサと音を立てて飛び出すのを想像してみてください。
「ヒゲは非常に繊細なので、ネズミが聞き取れる音を出すかどうかを調べようと思った人は誰もいなかった」
新しい研究では、当時博士課程の学生だったベン・エフロン博士が率いるランプル氏のチームは、アタナシオス・ンテレゾス博士とヨナタン・カッツ博士と共同研究を行い、乾燥したブーゲンビリアの葉やアルミホイルなど、さまざまな表面を探るヒゲの音を録音することから始めた。
研究者たちは、人間の可聴範囲の上限を超える超音波周波数を記録できる高感度マイクを使用しました。マイクは音源から約2センチメートル、マウスの耳からひげまでの距離とほぼ同じ距離に設置されました。
次に、研究者らは全く異なる記録を行った。マウスがヒゲを様々な物体に擦り付けている時の聴覚皮質の神経活動を測定した。記録からは、マウスの聴覚ネットワークが、ヒゲが発する音がどれほど微弱であっても反応することが示された。
研究者らが、ヒゲから脳へ触覚を伝える経路を遮断したところ、聴覚皮質は依然としてこれらの音に反応し、マウスが触覚とは独立した別の感覚入力としてこれらの音を処理できることが示された。
しかし、マウスの聴覚系が特定の音に反応するという事実は、必ずしもマウスがそれらの音を感覚に利用し、音を通して物体を認識できることを意味するわけではない。この問題を探るため、研究者たちはAIを活用した。
研究チームはまず、マウスの聴覚皮質から記録された神経活動に基づいて物体を識別する機械学習モデルを訓練した。AIは神経活動のみから正しい物体を識別することに成功し、マウスも同様にこれらの手がかりを解釈できる可能性があることを示唆した。
次に、研究者らは、ヒゲが物体を探る際に発する録音された音に基づいて物体を識別する別の機械学習モデルを訓練した。
2 つのモデル (神経活動のみでトレーニングしたものと、音声録音でトレーニングしたもの) はどちらも同様に成功しており、これは、ウィスキングに対する神経反応が、嗅覚や触覚などの他の感覚情報ではなく、音によって直接引き起こされたことを示唆しています。
これらの発見から、研究者たちは研究の中心的な疑問に辿り着きました。「マウスはヒゲから発せられる音だけで物体を認識できるのか？」この疑問を解明するため、エフロン氏らは行動実験を行いました。
触覚を失わせたマウスを訓練し、アルミホイルをそのヒゲが発する音だけで認識できるようにした。マウスは音に一貫した反応を示し、音とそれが表す感覚情報を結びつけた。
「私たちの研究結果は、動物が周囲を積極的に探索する際に、脳の触毛システムと呼ばれる神経伝達ネットワークが統合的かつ多様な方法で機能していることを示しています」とランプル氏はまとめている。
この多様な機能は、ネズミが獲物を狩ったり、捕食者を避けたりするのを助けるために進化の過程で発達した可能性があると彼は説明する。
「羽をひねる音は歩く音よりはるかに弱いので、例えば、フクロウに見つからないように、もろくて乾燥した農作物畑を歩くか、新鮮で静かな畑を歩くかを選択するときに、マウスは羽をひねる音に頼ることができるのです。」
「泡立て器で泡立てる動作は、ネズミが茎が空洞になっているか、十分に水分があって食べる価値があるかを判断するのにも役立つ可能性がある。」
触覚と聴覚の境界を打ち破ることで、この研究はマウスに関する新たな知見を明らかにするだけでなく、脳の感覚システム、特に脳が様々な感覚入力を統合するメカニズムの将来的な探究に向けた多様な研究方向を切り開きます。これらの新たな発見は、技術革新にもつながる可能性があります。
科学の数字
マウスのヒゲの直径は、根元で40～80ミクロン（平均的な人間の髪の毛とほぼ同じ）、先端で3～4ミクロンです。
可能性は無限大です。脳が異なる情報源からの感覚情報を同時に処理できるのであれば、同じ原理を義肢や脳外傷後の感覚リハビリテーション、あるいは視覚障害者の知覚向上にも応用できるかもしれません。
たとえば、視覚障害者向けの学習訓練では、白杖が表面に接触したときに発する独特の音をすでに活用しており、このアプローチはさらに発展させる可能性があります。
将来的なイノベーションの可能性があるもう一つの分野はロボット工学です。エフロン氏は次のように述べています。「さまざまな種類の感覚入力を統合することは、ロボットシステムの設計における大きな課題です。」
「マウスの脳のウィスキングシステムは、例えば、特に煙やその他の視覚障害物によって視界が制限されている場合に衝突を防ぐための早期警告センサーの作成に役立つなど、この課題に対処する技術のヒントになるかもしれません。」
この神経科学研究ニュースについて
著者：Maayan Shain
出典：ワイツマン科学研究所
連絡先：Maayan Shain – ワイツマン科学研究所
画像：画像は Neuroscience News にクレジットされています
原著研究：オープンアクセス。イラン・ランプル他
「マウスにおけるヒゲ生成音の検出と神経符号化」 Current Biology
リンク先はNeuroscience Newsというサイトの記事になります。（原文：英語）