前頭葉神経振動はコウモリの発声を予測する

Neural oscillations in the fronto-striatal network predict vocal output in bats.

• Kristin Weineck
• Francisco García-Rosales
• Julio C Hechavarría

抄録

脊椎動物の発声能力はどこにでもあるが、発声制御の基盤となる神経ネットワークについては十分に理解されていない。ここでは、コウモリのエコーロケーションパルスとコミュニケーションコールの発生時に、前頭皮質と背側線条体（尾状核、CN）の神経細胞の同時記録を行った。このアプローチにより、哺乳類の発声の基礎となる一般的な側面と、コウモリのエコーロケーションのユニークな進化的適応を評価することができました。我々のデータによると、発声の前に、コウモリの前頭前皮質と背側線条体において、高ガンマ振動（50-80 Hz、12-30 Hz）とベータ振動（それぞれ12-30 Hz）の特徴的な変化が起こることが示された。このような神経振動の微調整により、動物はエコーロケーションやコミュニケーション発声に必要な運動プログラムを選択的に活性化させることが可能になります。さらに、シータ振動帯（4-8Hz）で発生する前頭葉と線条体の間の機能的結合は、動物が航行モード（つまりエコーロケーションパルスを発する）か、社会的コミュニケーションモード（コミュニケーションコールを発する）かによって、ミリ秒レベルで顕著に異なることがわかった。以上のことから、この研究は、コウモリの声帯前野振動が発声制御の神経的相関関係を提供する可能性を示唆しています。

The ability to vocalize is ubiquitous in vertebrates, but neural networks underlying vocal control remain poorly understood. Here, we performed simultaneous neuronal recordings in the frontal cortex and dorsal striatum (caudate nucleus, CN) during the production of echolocation pulses and communication calls in bats. This approach allowed us to assess the general aspects underlying vocal production in mammals and the unique evolutionary adaptations of bat echolocation. Our data indicate that before vocalization, a distinctive change in high-gamma and beta oscillations (50-80 Hz and 12-30 Hz, respectively) takes place in the bat frontal cortex and dorsal striatum. Such precise fine-tuning of neural oscillations could allow animals to selectively activate motor programs required for the production of either echolocation or communication vocalizations. Moreover, the functional coupling between frontal and striatal areas, occurring in the theta oscillatory band (4-8 Hz), differs markedly at the millisecond level, depending on whether the animals are in a navigational mode (that is, emitting echolocation pulses) or in a social communication mode (emitting communication calls). Overall, this study indicates that fronto-striatal oscillations could provide a neural correlate for vocal control in bats.