Science Advances 30 Oct 2024 Vol 10, Issue 44 DOI: 10.1126/sciadv.ado3486

Neurodevelopmental timing and socio-cognitive development in a prosocial cooperatively breeding primate (Callithrix jacchus) 社会的共同繁殖霊長類 (コモンマーモセット) における神経発達のタイミングと社会認知の発達)

Paola Cerrito ^1 2, Eduardo Gascon ³, Angela C Roberts ⁴, Stephen J Sawiak ⁴, Judith M Burkart ^1 5

1. Department of Evolutionary Anthropology, University of Zurich, Zürich, Switzerland.
2. Collegium Helveticum, Zürich, Switzerland.
3. Aix Marseille Université, CNRS, INT, Institut Neurosciences de la Timone, Marseille, France.
4. Department of Physiology, Development and Neuroscience, University of Cambridge, Cambridge, UK.
5. 5Center for the Interdisciplinary Study of Language Evolution (ISLE), University of Zurich, Zürich, Switzerland.

チューリッヒ大学（University of Zurich, UZH）は、スイス・チューリッヒにある国際的に評価の高い大学で、1833年に設立された。スイス最大の大学であり、医学、生命科学、自然科学、社会科学、人文科学など、多様な学問分野で先進的な研究と教育を提供している。チューリッヒ大学は国際的な研究機関や他大学との協力関係も広く持ち、その研究成果は世界的に評価されている。

進化人類学部門（Department of Evolutionary Anthropology）は、この大学の学術部門の一つで、人間の進化や人類学的視点からの研究を専門としている。この部門では、古人類学、遺伝学、霊長類研究、考古学、生態学など、幅広い領域を扱い、人間の進化過程やその生物学的・文化的要因を探求している。特に霊長類研究や比較人類学研究で高い評価を得ており、フィールドワークや実験研究を通じて人間の行動、生態、遺伝的進化についての理解を深めている。

チューリッヒは教育と研究の質の高さ、国際的な学術交流、豊かな自然環境により、研究者や学生にとって魅力的な学びの場となっている。進化人類学部門の研究者たちはこれらの資源を活用しながら、学際的な視点で人類の過去、現在、未来についての洞察を提供している。

Abstract

Primate brain development is shaped by inputs received during critical periods. These inputs differ between independent and cooperative breeders: In cooperative breeders, infants interact with multiple caregivers. We study how the neurodevelopmental timing of the cooperatively breeding common marmoset maps onto behavioral milestones. To obtain structure-function co-constructions, we combine behavioral, neuroimaging (anatomical and functional), and neural tracing experiments. We find that brain areas critically involved in observing conspecifics interacting (i) develop in clusters, (ii) have prolonged developmental trajectories, (iii) differentiate during the period of negotiations between immatures and multiple caregivers, and (iv) do not share stronger connectivity than with other regions. Overall, developmental timing of social brain areas correlates with social and behavioral milestones in marmosets and, as in humans, extends into adulthood. This rich social input is likely critical for the emergence of their strong socio-cognitive skills. Because humans are cooperative breeders too, these findings have strong implications for the evolution of human social cognition.

霊長類の脳の発達は、重要な時期に受ける刺激によって形成される。これらの刺激は、単独で繁殖する種と共同で繁殖する種とで異なる。共同繁殖する種では、幼獣が複数の養育者と関わる。今回の研究では、共同繁殖するコモンマーモセットの神経発達のタイミングが行動上の発達マイルストーンにどのように対応しているかを調べた。行動、神経画像（解剖学的および機能的）、神経トレーシング実験を組み合わせて、構造と機能の共構築を行った。その結果、(i) 同種の相互作用を観察する際に重要な脳領域はクラスター状に発達し、(ii) 発達過程が長期にわたること、(iii) 幼獣と複数の養育者との間の交渉期間中に分化が起こること、(iv) 他の領域と比べて特に強い結合を持たないことが分かった。全体として、社会的な脳領域の発達タイミングは、マーモセットの社会的および行動的なマイルストーンと一致し、人間と同様に成人期まで続く。この豊富な社会的刺激は、彼らの強い社会認知スキルの発現に重要であると考えられる。人間も共同繁殖を行うため、これらの発見は人間の社会認知の進化に関する重要な示唆を与える。

方法
研究では、マーモセットの行動データ、神経画像（MRIおよびfMRI）、神経トレーシング実験のデータを統合して解析した。MRIデータには13～104週齢のマーモセット41匹から収集された脳構造の情報が含まれ、これに基づき灰白質（GM）の発達パターンを分析した。fMRIデータは、社会的および非社会的な状況で脳が活性化する領域を特定し、それらの領域の発達を比較するために使用された。また、神経トレーシング実験では、神経の結合を調べるために逆行性トレーサーを使用し、脳内での結合強度を測定した。これにより、特定の脳領域の発達タイミングとその領域間の結合性を評価した。

結果
結果として、社会的相互作用に関連する脳領域がクラスター状に発達することが分かった。これらの領域は発達の過程で長期的に成熟し、最大のボリュームを保持する期間が長いことが判明した。具体的には、同種の相互作用を観察する際に活性化する脳領域は、単独行動を観察する際に活性化する領域と比較して、発達のタイミングが遅く、最大体積の維持期間が長い。また、幼獣が養育者と食物をめぐって交渉する行動は、これらの社会的脳領域の発達パターンと一致した。一方で、これらの社会的脳領域は他の領域と比べて特に強い結合を示さなかった。

議論
本研究の結果は、マーモセットにおいて、社会的相互作用を処理する脳領域が長期間にわたり発達を続けることを示している。これにより、幼獣が複数の養育者と関わり合いながら成長することが、社会的認知スキルの発達に寄与していると考えられる。特に、マーモセットの社会的行動に関連する脳領域は、成人期まで発達が続くことが分かり、これが人間の脳発達とも類似している点が強調された。これらの発見は、人間の社会認知の進化を理解するためのモデルとして、マーモセットが適していることを示唆している。また、発達のタイミングと社会的行動の関連を調べることで、社会的発達障害などの研究にも応用できる可能性がある。