コウモリの聴覚野のニューロンは将来の発声の種類と複雑さを符号化する

コウモリは自分の音をどう計画するか

コウモリは暗闇で音を使って移動することで知られるが、実際には口から音が出る前に何を言おうとしているかを脳が把握している必要がある。本研究では小型のフルーツバットの聴覚中枢を詳しく調べ、脳がどの種類の発声が行われるかだけでなく、その発声が単純か複雑かまで予測しているかを明らかにしようとした。この成果は、脳が将来の音にどう備えるかを示す一端を提供し、人間の発話計画と共有する原理がある可能性を示唆する。

コウモリの二種類の声

セバのショートテイルバットは大きく二つの発声カテゴリに依存している。ひとつは超高周波で非常に短いエコーロケーション用のパルスで、反響を聴いて周囲の物体を感知するために用いられる。もうひとつは社会的なやり取りに使われる低めのコミュニケーション呼出音である。実験室では、研究者は頭部を固定した覚醒状態のコウモリから両方の種類の音を記録し、個々の発声と短い連続的な音節やパルスの列を捉えた。解析を明瞭にするため、各発声事象は少なくとも開始時に0.5秒以上の無音期間を挟んで、単発のエコーパルス、単発のコミュニケーション音節、エコーパルス列、コミュニケーション音節列の4群に分類された。

先読みする聴くニューロン

同時に、研究チームは通常は入ってくる音を処理する脳領域であるコウモリの聴覚皮質の単一ニューロンからの電気スパイクを記録した。驚くべきことに、多くのニューロンは発声が始まる数百ミリ秒前に発火率を変化させていた。ある細胞はエコーロケーションパルスの前に発火が増え、別の細胞はコミュニケーション呼出音の前に活性化した。研究者が集団活動を要約し、標準的な統計学的手法を適用すると、発声の種類に応じた発火パターンは口が開く前から明瞭に分岐していた。これらのパターンで訓練したコンピュータ分類器は、どのカテゴリの発声が来るかを確実に当てることができ、将来の発声のクラスが聴覚領域に既に符号化されていることを示した。

単純な呼び声と複雑な呼び声の信号化

聴覚皮質は大まかな発声カテゴリを示すだけにとどまらなかった。いくつの音節やパルスを出すかという点も反映していた。コミュニケーション呼出音では、多音節の列が来るときに特定のニューロンが単発の音節だけのときより強く発火し、この音節数に応じたスケーリングは最初の音が出る前から現れていた。集団全体で見れば、発火率はコミュニケーション音節の数とともに、発声開始の前後で着実に増加した。エコーロケーションに関しても、パルス列のパルス数に伴ってスパイク率は増加したが、主に最初のパルスの後で起こり、社会的呼び声とソナー用パルスとで予測のタイミングが異なることを示唆した。

音高とパターンに特化した細胞

すべてのニューロンが同じ振る舞いをするわけではなかった。研究者が純音を再生すると、低周波を好むニューロンもいれば高周波を好むものもあり、低高両方に反応するニューロンも多く見られた。これらのチューニング特性は発声周りでのニューロンの振る舞いと一致した。高周波にチューニングされた細胞はエコーロケーションパルスの前後により活性化し、低周波にチューニングされた細胞はコミュニケーション呼出音を好んだ。広域にチューニングされたニューロンは、音高だけでなくコミュニケーション呼出音が単発か多音節列かという時間的複雑さに特に敏感であり、時間的な複雑さの符号化に寄与していることを示唆した。

脳と発声を理解するうえでの意義

総じて、本研究はコウモリの聴覚皮質のニューロンが単に音が起こった後に反応するだけでなく、将来の発声出力に関する詳細な情報を運んでいることを示している。これらのニューロンは、動物がナビゲーション用のパルスを出すのか社会的な呼び声を出すのか、そしてその呼び声が短く単純なものか連続した列になるのかを知らせる。一般向けに言えば、通常「聞く側」と考えられる脳領域が計画者の役割も担っているということだ。このような予測信号は、コウモリが自分の発声に続いて来る迅速な反響や社会的応答に備えるのを助ける可能性があり、人間の発話準備と共有する原理があるかもしれない。

引用: Babl, S.S., Röhrig, D. & Hechavarría, J.C. Neurons in the bat auditory cortex encode class and complexity of future vocalizations. Commun Biol 9, 699 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-10319-4

キーワード: コウモリの鳴声, 聴覚皮質, エコーロケーション, 神経予測, 発声制御