研究者基本情報

• 博士（医学）, 東京医科歯科大学, 2005年01月

• https://researchmap.jp/kazuhirowada

• https://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=201101094103787000
• http://www.wada-lab.org/

• 70451408

• 201101094103787000

• エピジェネティクス
• 神経活動依存的遺伝子発現
• 言語
• 種特異的行動
• 発声行動
• 遺伝子発現
• 動物行動
• 学習臨界期
• 神経可塑性
• ソングバード
• 発声学習
• 個体差

• ライフサイエンス, ゲノム生物学
• ライフサイエンス, システムゲノム科学
• ライフサイエンス, 神経科学一般
• ライフサイエンス, 動物生理化学、生理学、行動学

• 学士課程, 理学部
• 修士課程, 生命科学院
• 博士課程, 生命科学院

研究活動情報

• Embryonic exposure to valproic acid and neonicotinoid deteriorates the hyperpolarizing GABA shift and impairs long-term potentiation of excitatory transmission in the local circuit of intermediate medial mesopallium of chick telencephalon
  Toshiya Matsushima; Noriyuki Toji; Kazuhiro Wada; Hiroki Shikanai; Takeshi Izumi
  Cerebral Cortex, 35, 2, Oxford University Press (OUP), 2025年02月05日
  研究論文（学術雑誌）, Abstract
  
  Embryonic exposure to valproic acid and imidacloprid (a neonicotinoid insecticide) impairs filial imprinting in hatchlings, and the deteriorating effects of valproic acid are mitigated by post-hatch injection of bumetanide, a blocker of the chloride intruder Na-K-2Cl cotransporter 1. Here, we report that these exposures depolarized the reversal potential of local GABAergic transmission in the neurons of the intermediate medial mesopallium, the pallial region critical for imprinting. Furthermore, exposure increased field excitatory post-synaptic potentials in pre-tetanus recordings and impaired long-term potentiation (LTP) by low-frequency tetanic stimulation. Bath-applied bumetanide rescued the impaired LTP in the valproic acid slices, whereas VU0463271, a blocker of the chloride extruder KCC2, suppressed LTP in the control slices, suggesting that hyperpolarizing GABA action is necessary for the potentiation of excitatory synaptic transmission. Whereas a steep increase in the gene expression of KCC2 appeared compared to NKCC1 during the peri-hatch development, significant differences were not found between valproic acid and control post-hatch chicks in these genes. Instead, both valproic acid and imidacloprid downregulated several transcriptional regulators (FOS, NR4A1, and NR4A2) and upregulated the RNA component of signal recognition particles (RN7SL1). Despite different chemical actions, valproic acid and imidacloprid could cause common neuronal effects that lead to impaired imprinting.
• Expansion of learning capacity elicited by interspecific hybridization.
  Yukino Shibata; Noriyuki Toji; Hongdi Wang; Yasuhiro Go; Kazuhiro Wada
  Science advances, 10, 25, eadn3409, 2024年06月21日, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Learned behavior, a fundamental adaptive trait in fluctuating environments, is shaped by species-specific constraints. This phenomenon is evident in songbirds, which acquire their species-specific songs through vocal learning. To explore the neurogenetic mechanisms underlying species-specific song learning, we generated F1 hybrid songbirds by crossing Taeniopygia guttata with Aidemosyne modesta. These F1 hybrids demonstrate expanded learning capacities, adeptly mimicking songs from both parental species and other heterospecific songs more extensively than their parental counterparts. Despite the conserved size of brain regions and neuron numbers in the neural circuits for song learning and production, single-cell transcriptomics reveals distinctive transcriptional characteristics in the F1 hybrids, especially in vocal-motor projection neurons. These neurons exhibit enrichment for nonadditively expressed genes, particularly those related to ion channel activity and cell adhesion, which are associated with the degree of song learning among F1 individuals. Our findings provide insights into the emergence of altered learning capabilities through hybridization, linked to cell type-specific transcriptional changes.

  
  ダウンロード
• Daily singing of adult songbirds functions to maintain song performance independently of auditory feedback and age.
  Daisuke Mizuguchi; Miguel Sánchez-Valpuesta; Yunbok Kim; Ednei B Dos Santos; HiJee Kang; Chihiro Mori; Kazuhiro Wada; Satoshi Kojima
  Communications biology, 7, 1, 598, 598, 2024年05月18日, ［国際誌］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Many songbirds learn to produce songs through vocal practice in early life and continue to sing daily throughout their lifetime. While it is well-known that adult songbirds sing as part of their mating rituals, the functions of singing behavior outside of reproductive contexts remain unclear. Here, we investigated this issue in adult male zebra finches by suppressing their daily singing for two weeks and examining the effects on song performance. We found that singing suppression decreased the pitch, amplitude, and duration of songs, and that those song features substantially recovered through subsequent free singing. These reversible song changes were not dependent on auditory feedback or the age of the birds, contrasting with the adult song plasticity that has been reported previously. These results demonstrate that adult song structure is not stable without daily singing, and suggest that adult songbirds maintain song performance by preventing song changes through physical act of daily singing throughout their life. Such daily singing likely functions as vocal training to maintain the song production system in optimal conditions for song performance in reproductive contexts, similar to how human singers and athletes practice daily to maintain their performance.
• A predisposed motor bias shapes individuality in vocal learning
  Noriyuki Toji; Azusa Sawai; Hongdi Wang; Yu Ji; Rintaro Sugioka; Yasuhiro Go; Kazuhiro Wada
  Proceedings of the National Academy of Sciences, 121, 3, e2308837121, Research Square Platform LLC, 2024年01月10日, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Abstract
  
  The emergence of individuality during learned behavior is a general feature of animal species, yet the biological bases of its development remain unknown. Similar to human speech, songbirds develop individually-unique songs with species-specific traits through vocal learning. By taking advantage of songbirds as a model system for studying the neural basis of vocal learning and development, we utilized F₁ hybrid songbirds (Taeniopygia guttata cross with T. bichenovii) to examine the developmental and molecular mechanisms underlying individuality in vocal learning. When tutoring with songs from both parental species, F₁ pupils showed vast individual differences in their acquired songs. Approximately 30% of F₁ hybrids selectively learned either song of the two parental species, whereas others developed merged songs between the parental species. Vocal acoustic biases during vocal babbling were initially observed as individual differences in songs among F₁ juveniles, which were maintained through the sensitive period of song vocal learning. These individual differences in vocal acoustic biases appeared independently from the auditory experience of hearing biological farther’s and passive tutored songs. Furthermore, the idiosyncratic traits of F₁ hybrids’ songs were not correlated with peripheral vocal organ morphology. However, we identified unique transcriptional signatures from the glutamatergic neurons projecting from the cortical vocal output nucleus to the hypoglossal nuclei associated with individual differences in the acoustic vocal biases, even at the initial stage of vocal learning. These results indicate that a predisposed motor bias influences the individuality observed when learning new motor skills., 33935937;33935932;45389414

  
  ダウンロード
• Dosage compensation of Z sex chromosome genes in avian fibroblast cells
  Ruslan Deviatiiarov; Hiroki Nagai; Galym Ismagulov; Anastasia Stupina; Kazuhiro Wada; Shinji Ide; Noriyuki Toji; Heng Zhang; Woranop Sukparangsi; Sittipon Intarapat; Oleg Gusev; Guojun Sheng
  Genome Biology, 24, 1, Springer Science and Business Media LLC, 2023年09月20日, ［査読有り］
  研究論文（学術雑誌）, Abstract
  
  In birds, sex is genetically determined; however, the molecular mechanism is not well-understood. The avian Z sex chromosome (chrZ) lacks whole chromosome inactivation, in contrast to the mammalian chrX. To investigate chrZ dosage compensation and its role in sex specification, we use a highly quantitative method and analyze transcriptional activities of male and female fibroblast cells from seven bird species. Our data indicate that three fourths of chrZ genes are strictly compensated across Aves, similar to mammalian chrX. We also present a complete list of non-compensated chrZ genes and identify Ribosomal Protein S6 (RPS6) as a conserved sex-dimorphic gene in birds.
• Fetal blockade of nicotinic acetylcholine transmission causes autism-like impairment of biological motion preference in the neonatal chick
  Toshiya Matsushima; Momoko Miura; Nina Patzke; Noriyuki Toji; Kazuhiro Wada; Yukiko Ogura; Koichi J Homma; Paola Sgadò; Giorgio Vallortigara
  Cerebral Cortex Communications, Oxford University Press (OUP), 2022年11月18日, ［査読有り］
  研究論文（学術雑誌）, Abstract
  
  Several environmental chemicals are suspected risk factors for autism spectrum disorder (ASD), including valproic acid (VPA) and pesticides acting on nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs), if administered during pregnancy. However, their target processes in fetal neuro-development are unknown. We report that the injection of VPA into the fetus impaired imprinting to an artificial object in neonatal chicks, while a predisposed preference for biological motion (BM) remained intact. Blockade of nAChRs acted oppositely, sparing imprinting and impairing BM preference. Beside ketamine and tubocurarine, significant effects of imidacloprid (a neonicotinoid insecticide) appeared at a dose ≤1 ppm. In accord with the behavioral dissociations, VPA enhanced histone acetylation in the primary cell culture of fetal telencephalon, whereas ketamine did not. VPA reduced the brain weight and the ratio of NeuN-positive cells (matured neurons) in the telencephalon of hatchlings, whereas ketamine/tubocurarine did not. Despite the distinct underlying mechanisms, both VPA and nAChR blockade similarly impaired imprinting to biological image composed of point-light animations. Furthermore, both impairments were abolished by postnatal bumetanide treatment, suggesting a common pathology underlying the social attachment malformation. Neurotransmission via nAChR is thus critical for the early social bond formation, which is hindered by ambient neonicotinoids through impaired visual predispositions for animate objects.
• Nicotinic acetylcholine receptors in a songbird brain.
  Norman Chinweike Asogwa; Noriyuki Toji; Ziwei He; Chengru Shao; Yukino Shibata; Shoji Tatsumoto; Hiroe Ishikawa; Yasuhiro Go; Kazuhiro Wada
  The Journal of comparative neurology, 530, 11, 1966, 1991, 2022年08月01日, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are ligand-gated ion channels that mediate fast synaptic transmission and cell signaling, which contribute to learning, memory, and the execution of motor skills. Birdsong is a complex learned motor skill in songbirds. Although the existence of 15 nAChR subunits has been predicted in the avian genome, their expression patterns and potential contributions to song learning and production have not been comprehensively investigated. Here, we cloned all the 15 nAChR subunits (ChrnA1-10, B2-4, D, and G) from the zebra finch brain and investigated the mRNA expression patterns in the neural pathways responsible for the learning and production of birdsong during a critical period of song learning. Although there were no detectable hybridization signals for ChrnA1, A6, A9, and A10, the other 11 nAChR subunits were uniquely expressed in one or more major subdivisions in the song nuclei of the songbird brain. Of these 11 subunits, ChrnA3-5, A7, and B2 were differentially regulated in the song nuclei compared with the surrounding anatomically related regions. ChrnA5 was upregulated during the critical period of song learning in the lateral magnocellular nucleus of the anterior nidopallium. Furthermore, single-cell RNA sequencing revealed ChrnA7 and B2 to be the major subunits expressed in neurons of the vocal motor nuclei HVC and robust nucleus of the arcopallium, indicating the potential existence of ChrnA7-homomeric and ChrnB2-heteromeric nAChRs in limited cell populations. These results suggest that relatively limited types of nAChR subunits provide functional contributions to song learning and production in songbirds., 33935937;33935932;33935949
• Seasonal regulation of singing-driven gene expression associated with song plasticity in the canary, an open-ended vocal learner
  Shin Hayase; Chengru Shao; Masahiko Kobayashi; Chihiro Mori; Wan-chun Liu; Kazuhiro Wada
  Molecular Brain, 14, 1, 160, 160, Springer Science and Business Media LLC, 2021年11月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Songbirds are one of the few animal taxa that possess vocal learning abilities. Different species of songbirds exhibit species-specific learning programs during song acquisition. Songbirds with open-ended vocal learning capacity, such as the canary, modify their songs during adulthood. Nevertheless, the neural molecular mechanisms underlying open-ended vocal learning are not fully understood. We investigated the singing-driven expression of neural activity-dependent genes (Arc, Egr1, c-fos, Nr4a1, Sik1, Dusp6, and Gadd45β) in the canary to examine a potential relationship between the gene expression level and the degree of seasonal vocal plasticity at different ages. The expression of these genes was differently regulated throughout the critical period of vocal learning in the zebra finch, a closed-ended song learner. In the canary, the neural activity-dependent genes were induced by singing in the song nuclei throughout the year. However, in the vocal motor nucleus, the robust nucleus of the arcopallium (RA), all genes were regulated with a higher induction rate by singing in the fall than in the spring. The singing-driven expression of these genes showed a similar induction rate in the fall between the first year juvenile and the second year adult canaries, suggesting a seasonal, not age-dependent, regulation of the neural activity-dependent genes. By measuring seasonal vocal plasticity and singing-driven gene expression, we found that in RA, the induction intensity of the neural activity-dependent genes was correlated with the state of vocal plasticity. These results demonstrate a correlation between vocal plasticity and the singing-driven expression of neural activity-dependent genes in RA through song development, regardless of whether a songbird species possesses an open- or closed-ended vocal learning capacity.

  
  ダウンロード
• Phylogeny and mechanisms of shared hierarchical patterns in birdsong
  Logan S. James; Chihiro Mori; Kazuhiro Wada; Jon T. Sakata
  Current Biology, 31, 13, 2796, 2808, Elsevier BV, 2021年07月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Identification of novel avian and mammalian deltaviruses provides new insights into deltavirus evolution
  Masashi Iwamoto; Yukino Shibata; Junna Kawasaki; Shohei Kojima; Yung-Tsung Li; Shingo Iwami; Masamichi Muramatsu; Hui-Lin Wu; Kazuhiro Wada; Keizo Tomonaga; Koichi Watashi; Masayuki Horie
  Virus Evolution, 7, 1, veab003, Oxford University Press (OUP), 2021年02月, ［査読有り］, ［国際誌］
  英語, 研究論文（学術雑誌）,
  Hepatitis delta virus (HDV) is a satellite virus that requires hepadnavirus envelope proteins for its transmission. Although recent studies identified HDV-related deltaviruses in certain animals, the evolution of deltaviruses, such as the origin of HDV and the mechanism of its coevolution with its helper viruses, is unknown, mainly because of the phylogenetic gaps among deltaviruses. Here, we identified novel deltaviruses of passerine birds, woodchucks, and white-tailed deer by extensive database searches and molecular surveillance. Phylogenetic and molecular epidemiological analyses suggest that HDV originated from mammalian deltaviruses and the past interspecies transmission of mammalian and passerine deltaviruses. Further, metaviromic and experimental analyses suggest that the satellite–helper relationship between HDV and hepadnavirus was established after the divergence of the HDV lineage from non-HDV mammalian deltaviruses. Our findings enhance our understanding of deltavirus evolution, diversity, and transmission, indicating the importance of further surveillance for deltaviruses.
• Manipulations of Sensory Experiences During Development Reveal Mechanisms Underlying Vocal Learning Biases in Zebra Finches
  James LS; Davies R Jr; Mori C; Wada K; Sakata JT
  Developmental Neurobiology, 80, 132, 146, 2020年03月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Statistical learning for vocal sequence acquisition in a songbird.
  James LS, Sun H, Wada K, Sakata JT.
  Scientific Reports, 10, 1, 2248, 2020年02月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Corticobasal ganglia projecting neurons are required for juvenile vocal learning but not for adult vocal plasticity in songbirds
  Miguel Sánchez-Valpuesta; Yumeno Suzuki; Yukino Shibata; Noriyuki Toji; Yu Ji; Nasiba Afrin; Chinweike Norman Asogwa; Ippei Kojima; Daisuke Mizuguchi; Satoshi Kojima; Kazuo Okanoya; Haruo Okado; Kenta Kobayashi; Kazuhiro Wada
  Proceedings of the National Academy of Sciences, 116, 45, 22833, 22843, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019年11月05日, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Birdsong, like human speech, consists of a sequence of temporally precise movements acquired through vocal learning. The learning of such sequential vocalizations depends on the neural function of the motor cortex and basal ganglia. However, it is unknown how the connections between cortical and basal ganglia components contribute to vocal motor skill learning, as mammalian motor cortices serve multiple types of motor action and most experimentally tractable animals do not exhibit vocal learning. Here, we leveraged the zebra finch, a songbird, as an animal model to explore the function of the connectivity between cortex-like (HVC) and basal ganglia (area X), connected by HVC_(X) projection neurons with temporally precise firing during singing. By specifically ablating HVC_(X) neurons, juvenile zebra finches failed to copy tutored syllable acoustics and developed temporally unstable songs with less sequence consistency. In contrast, HVC_(X)-ablated adults did not alter their learned song structure, but generated acoustic fluctuations and responded to auditory feedback disruption by the introduction of song deterioration, as did normal adults. These results indicate that the corticobasal ganglia input is important for learning the acoustic and temporal aspects of song structure, but not for generating vocal fluctuations that contribute to the maintenance of an already learned vocal pattern.

  
  ダウンロード
• Transcriptional regulatory divergence underpinning species-specific learned vocalization in songbirds.
  Wang H; Sawai A; Toji N; Sugioka R; Shibata Y; Suzuki Y; Ji Y; Hayase S; Akama S; Sese J; Wada K
  PLoS Biology, 17, 11, e3000476, 2019年11月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Learning of most motor skills is constrained in a species-specific manner. However, the proximate mechanisms underlying species-specific learned behaviors remain poorly understood. Songbirds acquire species-specific songs through learning, which is hypothesized to depend on species-specific patterns of gene expression in functionally specialized brain regions for vocal learning and production, called song nuclei. Here, we leveraged two closely related songbird species, zebra finch, owl finch, and their interspecific first-generation (F1) hybrids, to relate transcriptional regulatory divergence between species with the production of species-specific songs. We quantified genome-wide gene expression in both species and compared this with allele-specific expression in F1 hybrids to identify genes whose expression in song nuclei is regulated by species divergence in either cis- or trans-regulation. We found that divergence in transcriptional regulation altered the expression of approximately 10% of total transcribed genes and was linked to differential gene expression between the two species. Furthermore, trans-regulatory changes were more prevalent than cis-regulatory and were associated with synaptic formation and transmission in song nucleus RA, the avian analog of the mammalian laryngeal motor cortex. We identified brain-derived neurotrophic factor (BDNF) as an upstream mediator of trans-regulated genes in RA, with a significant correlation between individual variation in BDNF expression level and species-specific song phenotypes in F1 hybrids. This was supported by the fact that the pharmacological overactivation of BDNF receptors altered the expression of its trans-regulated genes in the RA, thus disrupting the learned song structures of adult zebra finch songs at the acoustic and sequence levels. These results demonstrate functional neurogenetic associations between divergence in region-specific transcriptional regulation and species-specific learned behaviors.

  
  ダウンロード
• Auditory-Motor Matching in Vocal Recognition and Imitative Learning.
  Tramacere A, Wada K, Okanoya K, Iriki A, Ferrari PF.
  Neuroscience, 409, 222, 234, 2019年06月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Recurrent development of song idiosyncrasy without auditory inputs in the canary, an open-ended vocal learner
  Chihiro Mori; Wan-Chun Liu; Kazuhiro Wada
  Scientific Reports, 8, 1, 8732, Nature Publishing Group, 2018年12月01日, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Vocal practice regulates singing activity–dependent genes underlying age-independent vocal learning in songbirds
  Hayase S; Wang H; Ohgushi E; Kobayashi M; Mori C; Horita H; Mineta K; Liu WC; Wada K
  PLoS Biology, 16, 9, e2006537, 2018年09月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, The development of highly complex vocal skill, like human language and bird songs, is underlain by learning. Vocal learning, even when occurring in adulthood, is thought to largely depend on a sensitive/critical period during postnatal development, and learned vocal patterns emerge gradually as the long-term consequence of vocal practice during this critical period. In this scenario, it is presumed that the effect of vocal practice is thus mainly limited by the intrinsic timing of age-dependent maturation factors that close the critical period and reduce neural plasticity. However, an alternative, as-yet untested hypothesis is that vocal practice itself, independently of age, regulates vocal learning plasticity. Here, we explicitly discriminate between the influences of age and vocal practice using a songbird model system. We prevented zebra finches from singing during the critical period of sensorimotor learning by reversible postural manipulation. This enabled to us to separate lifelong vocal experience from the effects of age. The singing-prevented birds produced juvenile-like immature song and retained sufficient ability to acquire a tutored song even at adulthood when allowed to sing freely. Genome-wide gene expression network analysis revealed that this adult vocal plasticity was accompanied by an intense induction of singing activity-dependent genes, similar to that observed in juvenile birds, rather than of age-dependent genes. The transcriptional changes of activity-dependent genes occurred in the vocal motor robust nucleus of the arcopallium (RA) projection neurons that play a critical role in the production of song phonology. These gene expression changes were accompanied by neuroanatomical changes: dendritic spine pruning in RA projection neurons. These results show that self-motivated practice itself changes the expression dynamics of activity-dependent genes associated with vocal learning plasticity and that this process is not tightly linked to age-dependent maturational factors.

  
  ダウンロード
• Inter- and intra-specific differences in muscarinic acetylcholine receptor expression in the neural pathways for vocal learning in songbirds
  Asogwa NC; Mori C; Sánchez-Valpuesta M; Hayase S; Wada K
  Journal of Comparative Neurology, 8, 1, 8732, 2018年09月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）

  
  ダウンロード
• Neurotensin and neurotensin receptor 1 mRNA expression in song-control regions changes during development in male zebra finches
  Devin P. Merullo; Chinweike N. Asogwa; Miguel Sanchez-Valpuesta; Shin Hayase; Bikash R. Pattnaik; Kazuhiro Wada; Lauren V. Riters
  Developmental Neurobiology, 78, 7, 671, 686, John Wiley and Sons Inc., 2018年07月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Singing activity-driven Arc expression associated with vocal acoustic plasticity in juvenile songbird
  Hayase S; Wada K
  European Journal of Neuroscience, 48, 2, 1728, 1742, 2018年07月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Sex Differences in Brain Thyroid Hormone Levels during Early Post-Hatching Development in Zebra Finch (Taeniopygia guttata)
  Shinji Yamaguchi; Shin Hayase; Naoya Aoki; Akihiko Takehara; Jun Ishigohoka; Toshiya Matsushima; Kazuhiro Wada; Koichi J. Homma
  PLOS ONE, 12, 1, e0169643, 2017年01月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• A quantitative method for analyzing species-specific vocal sequence pattern and its developmental dynamics
  Raimu Imai; Azusa Sawai; Shin Hayase; Hiroyuki Furukawa; Chinweike Norman Asogwa; Miguel Sanchez; Hongdi Wang; Chihiro Mori; Kazuhiro Wada
  JOURNAL OF NEUROSCIENCE METHODS, 271, 25, 33, 2016年09月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Familial bias and auditory feedback regulation of vocal babbling patterns during early song development
  Daisuke Sato; Chihiro Mori; Azusa Sawai; Kazuhiro Wada
  SCIENTIFIC REPORTS, 6, 30323, 2016年07月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Songbird: a unique animal model for studying the molecular basis of disorders of vocal development and communication
  Chihiro Mori; Kazuhiro Wada
  EXPERIMENTAL ANIMALS, 64, 3, 221, 230, 2015年07月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
  英語
• Diurnal oscillation of vocal development associated with clustered singing by juvenile songbirds
  Eri Ohgushi; Chihiro Mori; Kazuhiro Wada
  JOURNAL OF EXPERIMENTAL BIOLOGY, 218, 14, 2260, 2268, 2015年07月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Audition-Independent Vocal Crystallization Associated with Intrinsic Developmental Gene Expression Dynamics
  Chihiro Mori; Kazuhiro Wada
  JOURNAL OF NEUROSCIENCE, 35, 3, 878, 889, 2015年01月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）

  
  ダウンロード
• Global View of the Functional Molecular Organization of the Avian Cerebrum: Mirror Images and Functional Columns
  Erich D. Jarvis; Jing Yu; Miriam V. Rivas; Haruhito Horita; Gesa Feenders; Osceola Whitney; Syrus C. Jarvis; Electra R. Jarvis; Lubica Kubikova; Ana E. P. Puck; Connie Siang-Bakshi; Suzanne Martin; Michael McElroy; Erina Hara; Jason Howard; Andreas Pfenning; Henrik Mouritsen; Chun-Chun Chen; Kazuhiro Wada
  JOURNAL OF COMPARATIVE NEUROLOGY, 521, 16, 3614, 3665, 2013年11月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Differential androgen receptor expression and DNA methylation state in striatum song nucleus Area X between wild and domesticated songbird strains
  Kazuhiro Wada; Shin Hayase; Raimu Imai; Chihiro Mori; Masahiko Kobayashi; Wan-chun Liu; Miki Takahasi; Kazuo Okanoya
  EUROPEAN JOURNAL OF NEUROSCIENCE, 38, 4, 2600, 2610, 2013年08月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Rudimentary substrates for vocal learning in a suboscine
  Wan-chun Liu; Kazuhiro Wada; Erich D. Jarvis; Fernando Nottebohm
  NATURE COMMUNICATIONS, 4, 2013年07月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Detecting neural activity-dependent immediate early gene expression in the brain
  Kazuhiro Wada; Chun-Chun Chen; Erich D. Jarvis
  Methods in Neuroethological Research, 133, 149, Springer Japan, 2013年01月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者, 最終著者］
  英語, 論文集(書籍)内論文
• Specialized Motor-Driven dusp1 Expression in the Song Systems of Multiple Lineages of Vocal Learning Birds
  Haruhito Horita; Masahiko Kobayashi; Wan-chun Liu; Kotaro Oka; Erich D. Jarvis; Kazuhiro Wada
  PLOS ONE, 7, 8, e42173, e42173, 2012年08月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Radioactive in situ Hybridization for Detecting Diverse Gene Expression Patterns in Tissue
  Chun-Chun Chen; Kazuhiro Wada; Erich D. Jarvis
  JOVE-JOURNAL OF VISUALIZED EXPERIMENTS, 62, 62, e3764, 2012年04月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• ヒト以外の動物にことばはあるか：ヒトの言語とソングバードの囀り
  森千紘, 和多和宏
  Journal of Otolaryngology, Head and Neck Surgery, 27, 8, 1161, 1168, 2011年08月, ［招待有り］, ［責任著者］
  日本語, 論文集(書籍)内論文
• 聴覚入力による音声パターン学習・維持の神経機構：学習で獲得された発声パターンはいかに維持されるか？
  堀田悠人, 和多和宏
  実験医学, 29, 4, 544, 550, 2011年03月, ［招待有り］
  日本語
• The dusp1 Immediate Early Gene is Regulated by Natural Stimuli Predominantly in Sensory Input Neurons
  Haruhito Horita; Kazuhiro Wada; Miriam V. Rivas; Erina Hara; Erich D. Jarvis
  JOURNAL OF COMPARATIVE NEUROLOGY, 518, 14, 2873, 2901, 2010年07月, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Dopamine Receptors in a Songbird Brain
  Lubica Kubikova; Kazuhiro Wada; Erich D. Jarvis
  JOURNAL OF COMPARATIVE NEUROLOGY, 518, 6, 741, 769, 2010年03月, ［査読有り］
  英語
• ソングバードの囀りを制御する神経回路・遺伝子
  今井礼夢, 森千紘, 和多和宏
  生物の科学 遺伝, 64, 40, 47, 2010年, ［招待有り］
  日本語
• Variable Food Begging Calls Are Harbingers of Vocal Learning
  Wan-chun Liu; Kazuhiro Wada; Fernando Nottebohm
  PLOS ONE, 4, 6, 2009年06月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Early onset of deafening-induced song deterioration and differential requirements of the pallial-basal ganglia vocal pathway
  Haruhito Horita; Kazuhiro Wada; Erich D. Jarvis
  EUROPEAN JOURNAL OF NEUROSCIENCE, 28, 12, 2519, 2532, 2008年12月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Molecular Mapping of Movement-Associated Areas in the Avian Brain: A Motor Theory for Vocal Learning Origin
  Gesa Feenders; Miriam Liedvogel; Miriam Rivas; Manuela Zapka; Haruhito Horita; Erina Hara; Kazuhiro Wada; Henrik Mouritsen; Erich D. Jarvis
  PLOS ONE, 3, 3, 2008年03月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Novel experience induces persistent sleep-dependent plasticity in the cortex but not in the hippocampus.
  Ribeiro S; Shi X; Engelhard M; Zhou Y; Zhang H; Gervasoni D; Lin SC; Wada K; Lemos NA; Nicolelis MA
  Frontiers in Neuroscience, 1, 43, 55, 1, 2007年11月, ［査読有り］
• 小鳥のさえずりと神経科学：言語発声の分子基盤の理解に向けて
  和多 和宏
  脳21, 10, 4, 360, 365, 2007年04月, ［招待有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
  日本語
• Lateralized activation of Cluster N in the brains of migratory songbirds
  Miriam Liedvogel; Gesa Feenders; Kazuhiro Wada; Nikolaus F. Troje; Erich D. Jarvis; Henrik Mouritsen
  EUROPEAN JOURNAL OF NEUROSCIENCE, 25, 4, 1166, 1173, 2007年02月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• A molecular neuroethological approach for identifying and characterizing a cascade of behaviorally regulated genes
  Kazuhiro Wada; Jason T. Howard; Patrick McConnell; Osceola Whitney; Thierry Lints; Miriam V. Rivas; Haruhito Horita; Michael A. Patterson; Stephanie A. White; Constance Scharff; Sebastian Haesler; Shengli Zhao; Hironobu Sakaguchi; Masatoshi Hagiwara; Toshiyuki Shiraki; Tomoko Hirozane-Kishikawa; Pate Skene; Yoshihide Hayashizaki; Piero Carninci; Erich D. Jarvis
  PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, 103, 41, 15212, 15217, 2006年10月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Vocal learning and glutamate receptors in songbirds
  Wada K, Hagiwara M
  Clinical Neuroresearch, 24, 2, 167, 171, 2006年02月, ［招待有り］, ［筆頭著者］
  日本語, 論文集(書籍)内論文
• Night-vision brain area in migratory songbirds
  H Mouritsen; G Feenders; M Liedvogel; K Wada; ED Jarvis
  PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, 102, 23, 8339, 8344, 2005年06月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Avian brains and a new understanding of vertebrate brain evolution
  ED Jarvis; O Gunturkun; L Bruce; A Csillag; H Karten; W Kuenzel; L Medina; G Paxinos; DJ Perkel; T Shimizu; G Striedter; JM Wild; GF Ball; J Dugas-Ford; SE Durand; GE Hough; S Husband; L Kubikova; DW Lee; CV Mello; A Powers; C Siang; TV Smulders; K Wada; SA White; K Yamamoto; J Yu; A Reiner; AB Butler
  NATURE REVIEWS NEUROSCIENCE, 6, 2, 151, 159, 2005年02月, ［査読有り］
  英語
• Differential expression of glutamate receptors in avian neural pathways for learned vocalization
  K Wada; H Sakaguchi; ED Jarvis; M Hagiwara
  JOURNAL OF COMPARATIVE NEUROLOGY, 476, 1, 44, 64, 2004年08月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
  英語
• Revised nomenclature for avian telencephalon and some related brainstem nuclei
  A Reiner; DJ Perkel; LL Bruce; AB Butler; A Csillag; W Kuenzel; L Medina; G Paxinos; T Shimizu; G Striedter; M Wild; GF Ball; S Durand; O Gunturkun; DW Lee; CV Mello; A Powers; SA White; G Hough; L Kubikova; TV Smulders; K Wada; J Dugas-Ford; S Husband; K Yamamoto; J Yu; C Siang; ED Jarvis
  JOURNAL OF COMPARATIVE NEUROLOGY, 473, 3, 377, 414, 2004年05月, ［査読有り］
  英語
• FoxP2 expression in avian vocal learners and non-learners
  S Haesler; K Wada; A Nshdejan; EE Morrisey; T Lints; ED Jarvis; C Scharff
  JOURNAL OF NEUROSCIENCE, 24, 13, 3164, 3175, 2004年03月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• The Avian Brain Nomenclature Forum: Terminology for a New Century in Comparative Neuroanatomy.
  Reiner A; Perkel DJ; Bruce LL; Butler AB; Csillag A; Kuenzel W; Medina L; Paxinos G; Shimizu T; Striedter G; Wild M; Ball GF; Durand S; Gütürkün O; Lee DW; Mello CV; Powers A; White SA; Hough G; Kubikova L; Smulders TV; Wada K; Dugas-Ford J; Husband S; Yamamoto K; Yu J; Siang C; Jarvis ED
  Journal of Comparative Neurology, 473, E1, E6, 2004年, ［査読有り］
• Novel SR-rich-related protein clasp specifically interacts with inactivated Clk4 and induces the exon EB inclusion of Clk
  R Katsu; H Onogi; K Wada; Y Kawaguchi; M Hagiwara
  JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 277, 46, 44220, 44228, 2002年11月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Identification of methylated proteins by protein arginine N-methyltransferase 1, PRMT1, with a new expression cloning strategy.
  Wada K; Inoue K; Hagiwara M
  Biochimica et Biophysica Acta, 1591, 1/3, 1, 10, 1-3, 2002年08月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
• Cloning of human PRP4 reveals interaction with Clk1
  T Kojima; T Zama; K Wada; H Onogi; M Hagiwara
  JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 276, 34, 32247, 32256, 2001年08月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• SPK-1, a C-elegans SR protein kinase homologue, is essential for embryogenesis and required for germline development
  H Kuroyanagi; T Kimura; K Wada; N Hisamoto; K Matsumoto; M Hagiwara
  MECHANISMS OF DEVELOPMENT, 99, 1-2, 51, 64, 2000年12月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Novel RING finger proteins, Air1p and Air2p, interact with Hmt1p and inhibit the arginine methylation of Npl3p
  K Inoue; T Mizuno; K Wada; M Hagiwara
  JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 275, 42, 32793, 32799, 2000年10月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Song-induced phosphorylation of cAMP response element-binding protein in the songbird brain
  H Sakaguchi; K Wada; M Maekawa; T Watsuji; M Hagiwara
  JOURNAL OF NEUROSCIENCE, 19, 10, 3973, 3981, 1999年05月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Cloning of three Caenorhabditis elegans genes potentially encoding novel matrix metalloproteinases
  K Wada; H Sato; H Kinoh; M Kajita; H Yamamoto; M Seiki
  GENE, 211, 1, 57, 62, 1998年04月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）

• 異種間ハイブリッドソングバードを用いた発声学習個体差の神経分子基盤
  柴田ゆき野; 田路矩之; 郷康広; 辰本将司; 石川裕恵; 和多和宏; 和多和宏, 日本神経科学会大会抄録集(Web), 65th, 2022年
• 鳴禽類における歌の種分化の神経分子メカニズム
  田路矩之; 柴田ゆき野; 辰本将司; 石川裕恵; 郷康広; 郷康広; 郷康広; 和多和宏; 和多和宏, 日本神経科学会大会抄録集(Web), 65th, 2022年
• ソングバードの囀りを制御する神経回路・遺伝子 (特集 動物行動の遺伝的基盤を解き明かす--さまざまな動物種における行動遺伝学の歴史と現状ならびに将来への展望)
  今井 礼夢; 森 千紘; 和多 和宏, 遺伝, 64, 6, 40, 47, 2010年11月
  エヌ・ティー・エス, 日本語
• 研究助成 エピジェネティクス制御による発声学習臨界期中の遺伝子発現機構の検討 (2007年度(第16回)テーマ: エピジェネティクス)
  和多和宏, 中山科学振興財団活動報告書, 2007, 42, 47, 2007年
  中山科学振興財団, 日本語
• 海外便り・研究室紹介 How long can we study?
  和多和宏, 比較生理生化学, 23, 3, 170, 172, 2006年
  日本比較生理生化学会
• 第23回神経科学大会第10回日本神経回路学会合同大会シンポジューム「学習する本能」レポート
  和多 和宏, 比較生理生化学, 18, 1, 50, 51, 2001年04月30日
  日本語

• Brain Evolution by Design: From Neural Origin to Cognitive Architecture
  Shigeno S, Murakami Y, Nomura T, Molecular Profiling Reveals Insight into Avian Brain Organization and Functional Columnar Commonalities with Mammals
  Springer, 2017年, ［分担執筆］
• Epigenetics and Neuroendocrinology: Clinical Focus on Psychiatry Volume 1
  Spengler D, Binder E, Differential Regulation of Androgen Receptor and DNA Methylation in Songbirds
  Springer, 2016年, ［分担執筆］
• 研究者が教える動物実験 第３巻
  尾崎まみこ 他 日本比較生理生化学会編
  共立出版, 2015年, ［分担執筆］
• Methods in Neuroethological Research
  Ogawa H, Oka K, Detecting Neural Activity-Dependent Immediate Early Gene Expression in the Brain
  Springer, 2013年, ［分担執筆］
• 生命誌年刊号vol.69-72「遊ぶ」
  中村 桂子
  新曜社, 2012年, ［分担執筆］
• 行動遺伝学入門： 動物とヒトの“こころ”の科学
  小出 剛; 山元 大輔
  裳華房, 2011年, ［分担執筆］

• 生命システム科学概論, 2024年, 修士課程, 生命科学院
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
• 行動システム制御科学特論, 2024年, 修士課程, 生命科学院
• 科学・技術の世界（1単位）, 2024年, 学士課程, 全学教育
• 行動神経生物学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 理学部
• ISP生物科学実習Ⅱ・a, 2024年, 学士課程, 理学部
• ISP生物科学実習Ⅱ・b, 2024年, 学士課程, 理学部
• 行動神経生物学実習, 2024年, 学士課程, 理学部
• 行動神経生物学実習, 2024年, 学士課程, 理学部
• 生物学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 全学教育
• 生物学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 全学教育
• 行動神経生物学Ⅱb, 2024年, 学士課程, 理学部
• 脳と行動の進化, 2024年, 学士課程, 理学部
• 行動神経生物学c, 2024年, 学士課程, 理学部

• 階層性学習を可能にする生物学的基盤の解明
  科学研究費助成事業
  2025年04月01日 - 2030年03月31日
  和多 和宏; 西村 和紗
  日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 25H00997
• 種特異的な発声学習行動生成に関わるゲノム機能の解明
  科学研究費助成事業
  2021年04月01日 - 2025年03月31日
  和多 和宏
  本研究は、種間のゲノム配列上の違いが、いかにして脳内に共通して存在する神経回路における遺伝子発現に影響を与え、その結果、個体レベルにおける種特異的発声学習行動の生成につながり得るのかを明らかにすることを目的としている。
  当該年度は、当初予定した実験を実施できた。シングルセルRNA-seq実験・解析によって、異種間ハイブリッド個体で観察された発声学習能の雑種強勢表現型が、発声運動神経核内のグルタミン酸作動性興奮性投射ニューロンにおける非相加的遺伝子発現が有意に増大していることを明らかにできた。またその非相加的発現制御を受ける遺伝子群と発声学習能の雑種強勢表現型との機能相関があることを見出した。これらの知見を報告した論文が２０２４年４月の時点でUnder reviseの状態である。
  また、シングルセルRNA-seqによる発現情報とシングルセルATAC-seqによって取得した細胞タイプごとのオープンクロマチン領域情報を基に細胞タイプ特異的な遺伝子発現誘導を実現できるかをアデノ随伴ウイルスを用いin vivo実験的に検証した。その結果、期待した通りの細胞タイプ特異的な発現を誘導できるゲノム領域を同定することに成功した。今回は、zebra finch（Taeniopygia guttata）の発声運動神経核HVCとRＡ野を対象に行ったが、この方法を応用することで、種特異的な脳内遺伝子発現制御に関わる機能的なゲノム領域を網羅的に同定できる道筋がついたと考えている。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23K21302
• ソングバードを用いた「吃音」発症メカニズム解明に向けた神経回路機能学的研究
  科学研究費助成事業 挑戦的研究(開拓)
  2021年07月 - 2025年03月
  和多 和宏
  本研究目的として、発声学習時の大脳基底核ループ経路の機能異常にあるとする『大脳基底核ループ機能異常』仮説を検証することを目的にしている。これを踏まえ、以下の2点に関して研究を進めた。
  （１）本研究でフォーカスする大脳基底核歌神経核（Area X）を構成する全細胞タイプの同定及び、その構成比を検証した。この際、Area Xの主要構成細胞であるmedium spiny neuron（MSN）のサブタイプを明らかにするために、特にドーパミン、ノルアドレナリン、アセチルコリン受容体のサブユニット別分類を実施した。これにより、今後の機能阻害操作を行う対象選別の基礎情報として用いる。また、各細胞タイプ・MSNサブタイプに特異的発現を示す遺伝子群を同定できたため、ATAC-seq実験によりこれらの遺伝子群の発現調節領域を明らかにし、それをArea X内の各細胞タイプ特異的遺伝子操作実験に用いる。
  （２）本研究ではアデノ随伴ウイルス（Adeno-associated virus: AAV）による遺伝子改変操作による基底核ループ機能阻害を計画している。当該年度では、CRISPR-saCas9システムによる遺伝子ノックダウンの可能性を検討した。しかし、当研究室で樹立したzebra finch由来繊維芽細胞でのゲノム改変効率に対して、AAV感染による脳内神経細胞における効率は想定していたよりも低く（< 1%）、遺伝子ノックアウト実験として個体レベルの行動解析を実施するのには不向きである結果を得た。これに代わる方法として、通常発現プロモーターによって駆動できるmiR30バックボーンにしたshRNAi法を導入した。その結果、脳内においても、これまでにテストした対象遺伝子群すべてにおいて、発現量の60~85%を低下させる非常に安定した遺伝子ノックダウン法を確立できた。
  日本学術振興会, 挑戦的研究(開拓), 北海道大学, 研究代表者, 21K18265
• 種特異的な発声学習行動生成に関わるゲノム機能の解明
  科学研究費助成事業 基盤研究(B)
  2021年04月 - 2025年03月
  和多 和宏
  本研究は、種間のゲノム配列上の違いが、いかにして脳内に共通して存在する神経回路における遺伝子発現に影響を与え、その結果、個体レベルにおける種特異的発声学習行動の生成につながり得るのかを明らかにすることを目的としている。当該年度においては、コロナウイルス感染拡大による研究活動制限を受けたが、概ね当初予定した通りの実験を実施できた。また、そこから得有られた研究成果は期待以上のものがあった。その大きな起点になったのが、新規シングルセルRNA-seq解析方法による、複数個体混合サンプルをシークエンス後に個体識別できることに成功したことである。これによって、研究申請時に想定したサンプル数よりも多くシングルセルRNA-seqを施行でき、当初よりも多くの実験サンプル比較解析ができた。当初の研究計画に沿って、鳴禽類ソングバード３種（zebra finch, owl finch, cherry finch）の発声運動回路を構成する歌神経核HVC, RAの新鮮凍結サンプルを用いてシングルセルRNA-seqを実施した。その結果、種特異的遺伝子発現の違いが、今回フォーカスしたすべての種で、グルタミン酸作動性興奮性投射ニューロンに蓄積していること、またその種特異的な遺伝子発現を受けている遺伝子群のなかには、系統進化過程で複数回発現変化を受けている遺伝子が存在することが明らかになった。現在、これらの遺伝子がどの染色体に位置するのか解析を進めている。また、この細胞タイプレベルで観察された種差が歌発声学習臨界期初期には観察されるが、学習臨界期後の成鳥時に観察される発現パターンとは異なるために、発声学習臨界期間中においても遺伝子発現パターンの種特異的なダイナミクスを維持していることを示唆する結果を得た。これは、歌学習発達過程にも種特異的な発声パターンの制御メカニズムが存在することを意味している可能性を示す。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 21H02456
• 言語の下位機能の生物学的実現
  科学研究費助成事業
  2017年06月30日 - 2022年03月31日
  岡ノ谷 一夫; 関 義正; 幕内 充; 香田 啓貴; 和多 和宏
  鳥を対象とした研究では、セキセイインコにおいて意図共有の萌芽的行動が見られるかを検討するために、個体間での学習性の運動の同調・発声パターンの同調および鳴き交わしのタイミングを分析した。その結果、協調運動を要する課題において一部の個体が能動的に運動パターンを変え得ることが示唆された。また、視覚刺激に対する音によるラベル付け能力を検討したところ、既知個体の姿と声についてであれば、一部のトリはその組み合わせの正誤を弁別できることが示唆された。ジュウシマツの社会的意図を視線から計測する試みが成功し、鳥は注意している対象を正面から注視はせず、60度の向きから注視することがわかった。これをもとに、鳥の頭方向を弁別する訓練を行ったところ、90度を正刺激として強化、0度を負刺激として消去するほうが、その反対より学習が速かった。さえずりの種差が歌運動神経核で発現する遺伝子の種差に対応していることがわかった。
  霊長類を対象とした研究では、霊長類の発声が関連する行動や、雌雄間のコミュニケーション、その適応的な意義について、新たに深層学習を中心とした機械学習による分析手法を導入し調べた。動物の歌のみならず、個体間関係の分析を、自然言語処理に用いられる手法を利用して、社会構造に出現する階層的な構造を調べることも可能となった。
  ヒトを対象とした研究では、文理解と算術計算にそれぞれ要請される階層構造構築がブローカ野を賦活させることを明らかにした。さらに描画行為にも階層構造構築が関与することを行動実験で示し、その脳基盤がやはりブローカ野であることを示すための実験の準備を進めた。また意図共有の脳メカニズム解明のため意味論的処理を行う際の脳活動をfMRIで計測し、両側頭頂側頭接合領域の相補的活動を発見した。
  
  
  日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 東京大学, 17H06380
• 発声学習バイアスの個体差形成に関わる脳内遺伝子発現メカニズムの解明
  科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
  2019年04月 - 2021年03月
  和多 和宏
  本研究目的は、生育環境を統制しても表出してくる『学習行動の個体差』が、脳部位特異的にいかに表象されているのか、単一細胞レベルの遺伝子発現を父・母由来別のゲノム情報を用い、その父母アレルからの読み出しが子の発声行動表現型の個体差形成にいかに関わってくるのかを検証実験により明らかにすることである。そのために当該年度において、歌神経核内単一細胞レベルでのAllelic imbalance制御と学習バイアスの個体差形成との機能相関を明らかにすべく、統制された歌学習環境下においても明確な学習バイアスを示したハイブリッド個体の脳サンプルを用い、歌運動神経核HVC, RAを構成する単一細胞レベルでのsingle nuclei RNA-seq (snRNA-seq)を実施した。既に同定済の種特異的SNPsを用いることで父母アレル発現量比(Allelic imbalance)を算定することにも成功した。現在、各歌神経核内の細胞クラスター（各種投射ニューロン、介在ニューロン等）ごとの父母アレル発現量比と各個体の発声学習バイアスとの機能相関解析を行なっており、細胞タイプによって父・母アレルからの発現比が異なることが起こっていることを明らかにしつつある。この現象が各個体間で異なるのか、それも同様に維持されているのか、今後検証を進める予定である。以上により、歌神経核内の「どの細胞タイプ」で、「どのような遺伝子群」の発現制御が発声学習バイアス度・歌表現型を最もよく説明できるのかを明らかにする。
  日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, 研究代表者, 19H04888
• 音声発声学習におけるミラーニューロンの機能発現の実験的検証
  科学研究費助成事業 基盤研究(B)
  2018年04月 - 2021年03月
  和多 和宏
  本研究目的は、十分に理解が進んでいないミラーニューロンの学習・認知行動における神経機能を個体レベルで明らかにすることである。そのために、霊長類以外でミラーニューロンが見つかっている鳴禽類ソングバードの音声-聴覚ミラーニューロン大脳皮質-基底核投射HVC(X)神経細胞に着目した。当該年度の研究では，この大脳皮質-基底核投射神経細胞の機能を明らかにすべく、細胞死（アポトーシス）を人工的に誘導することができるタンパク質をこの神経細胞だけに出して選択的にこの細胞タイルを除去した。このために、ソングバード脳においても逆行性感染能力をもつアデノ随伴ウイルスを開発した。その結果、キンカチョウの発声学習前の若鳥のときにこのHVC(X)神経細胞をなくすと、その後の歌学習がうまくできず、歌の音響特性、及び音素時系列配列の制御に異常が起こり、成鳥になってもキンカチョウ本来の歌パターンでさえずりができないようになった。これに対して、歌学習後の成鳥時から大脳皮質-基底核投射神経細胞をなくすと、学習した歌パターンに変化もなく、またその後聴覚剥奪後の歌の変化も正常個体と同じように起こることが分かった。これらの結果は、大脳皮質-基底核投射HVC(X)神経細胞は、発声学習状態によってその神経回路機能への貢献度が異なっており、発声学習時に時間情報を基底核に送っている可能性が考えられる。今回比較的歌構造が定型的なキンカチョウで得られた結果が、より複雑な歌構造をもつ他の鳥種で同様のことが起こっているのか明らかにすべく現在研究を進めている。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 18H02520
• 鳥類の歌制御の報酬機構と外発的・内発的動機づけ
  科学研究費助成事業
  2017年04月01日 - 2020年03月31日
  岡ノ谷 一夫; 池渕 万季; 関 義正; 和多 和宏
  鳥のオスはメスに対して求愛のために歌をうたうが、１羽でも歌をうたう。後者は内発的動機づけによって維持されていると考えられるが、その実体は不明である。本研究では、鳴禽類の脳内で動機づけがどのように生成され自発的な発声に至るのかを明らかにするために、中脳ドパミン神経系と大脳基底核の神経活動を計測した。その結果、大脳基底核において、発声を開始する数秒前から緩やかな発火頻度の上昇を示す一群の細胞を見出した。これに対し、腹側被蓋野・黒質において発声の開始時に一過的な神経活動の上昇を示す細胞を見出した。これらより、中脳ドパミン神経が発声開始の最終的な引き金を引くことで発声が始まると考えられる。
  日本学術振興会, 基盤研究(A), 東京大学, 17H01015
• ソングバードを用いた発話コミュニケーション障害「吃音」の神経行動学的研究
  科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
  2017年06月 - 2020年03月
  和多 和宏
  「吃音」の動物モデルとしてソングバードを用い、音声繰り返し異常の神経メカニズムの解明を目標に研究を行った。DlxプロモータによるGABAergic interneuronに限定した遺伝子発現制御を可能し、介在ニューロン特異的なアポトーシスを誘導した。その結果、成鳥においても、繰り返し音素の異常増加が誘導された。これに対して、pan-cell typeプロモータのCMVプロモーターを用いた場合、音素繰り返しの軽微な増加が観察されたのみであった。これは大脳基底核内の細胞タイプ特異的な機能異常による運動パターンの時系列制御の困難さが誘導されるとする『大脳基底核ループ機能異常』仮説を強くサポートする。
  日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 研究代表者, 17K19629
• 自発的行動に起因する発声学習表現型の個性創発の神経分子基盤の解明
  科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
  2017年04月 - 2019年03月
  和多 和宏
  自発的な発声学習行動によって、発達過程における脳内遺伝子発現及び、エピジェネティクス動態がいかに影響を受け、その後の個体レベルでの行動様式の「個性」創発に関わるのか検証することを目的として研究を進めてきた。研究対象としたキンカチョウは、学習臨界期に1日につき数百回以上の発声練習を自発的に繰り返すことにより歌を完成させ、獲得した歌はその後一生涯維持される。しかし、この自発的な発声練習量に個体差が存在する。前回の公募研究では、学習臨界期中の発声練習回数・頻度をコントロールし、人為的に発声行動量の個体差を誘導し、その学習効率及び、学習臨界期への影響を検証した。その結果、学習臨界期中の発声練習量を制御した場合、本来であれば歌パターンが固定化する成鳥になっても、幼鳥のような未熟な歌を出し、さらにその時点からでも発声学習ができることが明らかになった。また、ソングシステムにおける遺伝子発現動態をゲノムワイドに検証した結果、多くの遺伝子群が正常個体と同様に日齢により発現調節されるなか、脳部位（歌神経核RA）特異的に発声練習時にだけに発現誘導され、かつ発声学習の終了と共に読み出されなくなっていく119個の神経活動依存的遺伝子群の存在を明らかにした。これらの結果は、発声学習臨界期制御は、日齢ではなく発声経験の蓄積が重要な行動因子になること、そしてこの自発的に生成される発声行動に個体差が生じる余地があることを意味する。
  日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, 研究代表者, 17H05932
• 脳内エピジェネティクス変化による運動パターン学習と維持メカニズムの解明
  新学術領域研究（記憶ダイナミクス）
  2016年04月 - 2018年03月
  和多 和宏
  文部科学省: 科学研究費補助金, 研究代表者, 競争的資金
• ミラーニューロンの形成過程：トリの聴覚発声系をモデルとした学習・発達研究
  科学研究費助成事業
  2014年04月01日 - 2017年03月31日
  岡ノ谷 一夫; 和多 和宏; 池渕 万季
  模倣学習では、他者の動きを観察し、自己の動きを制御する必要がある。ミラーニューロン(MN)はこの過程で必要とされる神経細胞で、観察と実行の双方で活動する。鳥の高次発声中枢にMNがあるとされているが、それがどう形成されるのかわかっていない。私たちはジュウシマツの高次発声中枢の神経細胞の一部が大脳基底核に投射すること、そしてその細胞の１／４程度が特定の歌要素を聴く際とその歌要素を発する際、いずれでも活動することを発見した。さらに、発達の過程で遺伝子発現の調整に関わる因子を阻害すると歌の学習に異常が生ずることを見いだした。以上の結果は、MNの形成過程でエピジェネティクスが作用することを示唆する。
  日本学術振興会, 基盤研究(A), 東京大学, 26240019
• Allelic imbalanceによる行動表現型のゲノム拘束性と可塑性の検証
  科学研究費助成事業
  2013年04月01日 - 2016年03月31日
  和多 和宏; 峯田 克彦
  本研究は、『遺伝要因』を父・母由来別のゲノム情報として分別し、生育過程における『環境要因』を介して学習行動において脳部位特異的にいかに表象されているかを遺伝子発現レベルで明らかにすることを目指し研究を進めてきた。この目的のために、種特異的な囀りパターンを学習によって獲得する鳴禽類ソングバードの異種間ハイブリッド個体を用い、音声発声学習過程における発声行動表現型と脳内遺伝子発現に着目した研究を進めた。その結果、種特異的SNPsを同定し、脳内で種特異的な発現制御を受ける遺伝子群を明らかにした。
  日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 25640097
• 発声行動依存的な脳内エピジェネティクス動態と学習臨界期制御機構の解明
  基盤研究(B)
  2013年04月 - 2016年03月
  和多 和宏
  文部科学省: 科学研究費補助金, 研究代表者, 競争的資金
• Allelic Invaraianceによる行動表現型のゲノム拘束性と可塑性の検証：ソングバード異種間ハイブリッドを用いた神経行動学的研究
  科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
  2013年04月 - 2016年03月
  和多 和宏
  文部科学省, 研究代表者, 競争的資金
• ソングバードを用いた時空間制御を与える遺伝子発現系の開発と行動実験への応用
  科学研究費助成事業
  2011年04月01日 - 2013年03月31日
  和多 和宏
  本研究は、時期特異的・細胞タイプ特異的なウイルス発現系の確立を通して、鳴禽類ソングバードを音声発声学習研究の動物モデルとして利用していくことを目的とした。具体的にはウイルス発現系を用いたソングバード脳内遺伝子改変技術の開発・実験応用を次の2点にフォーカスして施行した。
  (I)「発現時期特異性」と「投射神経細胞特異性」を兼ね備えたウイルス発現実験系の確立と利用：これまでに様々なプロモーター及びウイルス種の組み合わせによる脳内試験投与を行ってきた。その結果、AAV-9(アデノ随伴ウイルス９型）によってRA神経核内投射神経細胞特異性に遺伝子発現誘導が可能となることを見出した。この発現は最低でも２か月以上におよび、ソングバード発声行動学習臨界期間を十分カバーするものであった。現在、エピジェネティクス制御因子関連遺伝子の発現誘導を試みている。
  (II) レンチウイルスによるトランスジェニック・ソングバード作製
  レンチウイルスを胚発生時の生殖系列細胞に感染させることによりF1世代でトランスジェニック・ソングバード作出をロックフェラー大学Wan-chun Liu博士と共同研究を現在進めている。これまでに、キンカチョウのみならず、カナリアでもトランスジェニック個体を作出することに成功した。カナリアは毎年発声学習の再学習を行う種であり、このトランスジェニック個体作出の成功により発声学習研究の新たな動物モデルとしての可能性をもっている。
  日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, 23115701
• ソングバードを用いた発話コミュニケーション障害「吃音」動物モデルの確立と応用
  科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
  2010年04月 - 2013年03月
  和多和宏
  本研究は、発話コミュニケーション障害「吃音」動物モデルの確立、及びその研究応用を目的として研究を施行した。音声発声学習能をもつ鳴禽類ソングバードを実験動物モデルとして用い、(1)後天的環境要因探索からの検証、(2)遺伝的要因からの検証実験を行った。
  文部科学省, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 22650089
• ソングバードを用いた時空間制御を与える遺伝子発現系の開発と行動実験への応用
  科学研究費補助金(新学術領域研究(研究領域提案型))
  2009年04月 - 2013年03月
  和多和宏
  本研究の目的は、時期特異的・細胞種特異的なウイルス発現系の確立を通して、鳴禽類ソングバードを音声発声学習研究の動物モデルとして利用していくことにある。ソングバードの発声学習・生成行動は、特異的な神経回路Song system(ソングシステム)がすでに同定されている点において脊椎動物の中でユニークな神経回路といえる。さらにこのSong systemは、発声運動制御系と発声学習制御系の2つの神経回路に分別することができ、動物の行動発現(発声学習・生成行動)を「運動と学習」の2つの回路機能に分解して検証することが可能である。
  これまでに音声発声学習では「声を出す」という自発的行動が、脳内分子レベルにおいても重要な意味をもつと考え、ソングバードの音声発声学習過程において[発声行動依存性]+[神経回路特異性]+[学習臨界期間限定性]を兼ね備えた多段階発現制御を受ける遺伝子群が存在することを明らかにしてきた。これらを踏まえ、当該年度においては、高タイターをもつRV-G(+)lentivirusの作成を続けると同時に、これまでに発声行動によって脳内で発現誘導される3つの遺伝子Arc,Gadd45b,H3.3Bを強制発現、及びRNAiによるdown regulationを可能とするlentivirus plasmidの構築を終え、現在ウイルスを作成中である。
  また、細胞種特異的発現を可能とするプロモーター発現調節部位の同定及びそのレンチウイルス発現系への応用を目指し、神経活動依存的でかつ、ソングシステムに限定的に発現誘導される遺伝子(Dusp1)が存在することを明らかにした。その過程で得られた結果の一部を論文(Horita et.Al., J.Comp.Neurol.518,2873-2901(2010))として報告した。現在、さらにminimum regulatory regionを同定する実験を準備でしている。
  文部科学省, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 21115501
• 行動の進化を探る:種特異的発声行動の分子基盤の抽出と検証
  科学研究費補助金(若手研究(A))
  2009年04月 - 2012年03月
  和多和宏
  本研究では、「行動の進化」を中心課題に据え、種特異的行動発現に関わる分子基盤の抽出とその神経分子機能としての行動表現型への影響を実験的に検証することを目的とした。そのために、鳴禽類ソングバードの囀り行動とその発声パターンを生成する脳内神経回路に焦点を据えた研究を行い、(1)アジア圏に生息するソングバード10種の分子系統樹作成及び、その発声パターンの種特異的表現型抽出、(2)新規発声パターン解析法の確立、(3)ソングバードDNAアレイによるソングシステムにおける種特異的脳内発現を示す遺伝子群の抽出、(4)ウイルス発現系による外来遺伝子の発現方法の確立を施行した。
  文部科学省, 若手研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 21681024
• 発声学習臨界期制御に関わる遺伝子群の脳内機能
  科学研究費補助金(特定領域研究)
  2008年04月 - 2010年03月
  和多和宏
  本研究の目的は音声発声学習の臨界期制御に関わる遺伝子群を明らかにし、その脳内機能を実験的に検証していく手立てを確立することにある。音声発声学習では「声を出す」という自発的行動が、脳内分子レベルにおいても重要な意味をもつと考え、これまでに鳴禽類ソングバードの発声行動により発現誘導される40にも上る遺伝子群の網羅的な同定してきた。昨年度においては、さらに[発声行動依存性]+[神経回路特異性]+[学習臨界期間限定性]を兼ね備えた遺伝子群が存在することを明らかにし、ソングバード脳内神経核で、各々の脳部位特異的に多段階発現(時空間)制御を受けた発現制御を同定してきた。これを受け今年度は、[発声行動依存性]+[神経回路特異性]+[学習臨界期間限定性]を兼ね備えた遺伝子群の脳内機能を見るべくレンチウイルスを用いた脳内遺伝子発現系の実験を開始している。また同時に、特に神経細胞特異的に発現誘導することを目指した改良を試みている。またさらに、音声発声学習途上における音素配列の時系列構造を獲得、生成していく過程を数値化していく解析法も開発している。
  以上のように、脳内遺伝子群の発達段階・環境に即した多段階発現(時空間)制御を受けた発現制御に着目し、鳴禽類ソングバードを動物モデルとして用い、感覚運動学習の臨界(適応)期制御に関わる神経分子基盤を明らかにすべく研究を進めている。
  文部科学省, 特定領域研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 20022001
• 発声学習臨界期制御の脳内分子機序
  科学研究費補助金(特別研究促進費, 基盤研究(C))
  2007年04月 - 2009年03月
  和多和宏
  当該年度において、研究目標の第一に挙げた「発声行動依存性」+「神経回路特異性」+「学習臨界期間限定性」を兼ね備えた発声学習臨界期関連遺伝子群の同定を行ってきた。その結果、鳴禽類キンカチョウの発声パターンの学習中の幼鳥と発声学習を終えた成鳥との間で、発声行動時に異なる発現誘導効率をもつ遺伝子群の同定に成功した。今回、同定された遺伝子の一つにArc/Arg3.1があるが、グルタミン酸受容体のアンカープロテインとしての機能をもつことが知られている。キンカチョウでは、舌下神経核に投射している神経細胞特異的にその発現誘導効率が学習臨界期中のみに高いことを確認できた。これらのことは、同じ発声行動を生成していても、学習臨界期中とその後では、脳内の部位特異性のみならず、細胞種特異的に、神経興奮依存的な遺伝子発現誘導が制御されていることを意味する。現在、DNAメチル化修飾等によるエピジェネティック制御機構との関わりを検証する実験を施行している。
  今回同定できた遺伝子群の多くに哺乳類ホモログが存在することを確認できた。上述のArcのノックアウトマウスでも、海馬での長期増強や学習・記憶形成に障害が示されている。これらのことからも、本研究で同定された遺伝子群の動物個体レベルにおける機能を検証することは重要であると考える。音声発声学習・生成の研究は従来使用されてきたマウス、ラットの動物種では不適である...
  文部科学省, 特別研究促進費, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 19509001