新しい研究が示す：風が翼に触れるとハチドリは3Dボディマップを作成する。
ハチドリの飛行メカニズムはよく研究されていますが、触覚がどのように彼らが花から蜜を飲む際に衝突を避けるのに役立つかについては、まだ十分に解明されていません。鳥の脳がどのように触覚を処理するかは哺乳類の研究からの知見に基づいていますが、鳥の脳は哺乳類の脳とは大きく異なります。新しい研究によれば、羽や脚に触れる風圧が前脳の特定のニューロン群を活性化し、体のマップを作成することで、ハチドリが飛行を微調整するのに役立つ可能性があります。
カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）主導の研究は、風が翼の前縁や脚の皮膚に触れると、前脳の二つの特定の部位のニューロンが発火してハチドリが自分の体の3Dマップを作成することを示しています。触覚受容体は嘴、顔、頭にも存在し、物体への接近度に応じた風圧の強さを感知して脳に信号を送ります。この信号は、体の位置を物体に対して調整するために使用されます。この研究結果は2024年5月29日にCurrent Biology誌に掲載されました。
研究タイトルは「Variations in Touch Representation in the Hummingbird and Zebra Finch Forebrain（ハチドリとキンカチョウの前脳における触覚表現の変動）」であり、公開されたオープンアクセス論文です。
研究ではキンカチョウも調査されており、ハチドリほど敏感ではないものの、同様の触覚組織があることが確認されました。これにより、これらの部位がハチドリの高度に特殊化された飛行ダイナミクスに寄与していることが示唆されました。この研究は、動物がどのように触覚を感知し、環境をナビゲートするかに関する知識を深め、動物の福祉を向上させる方法の特定にも役立つ可能性があります。
人間の脳では、触覚マップは脳の中心から足、脚、背中、そして顔や手に触れる領域が大きく表現されます。これらの領域は触覚や触覚タスクに使用され、人間の脳では拡大されています。
「哺乳類では、触覚は大脳皮質の外層で処理されることが知られていますが、鳥には層状の大脳皮質構造がないため、触覚がどのように彼らの脳で表現されているかは未知でした。我々は、触覚がこれらの領域で特定のニューロンをどのように活性化するかを正確に示しました。」と、UCLA統合生物学の教授で対応著者であるダンカン・リッチ博士（Duncan Leitch, PhD）は述べています。
以前の研究では、鳥に染料を注入することで、前脳に顔や頭への触覚を処理する領域と、体の他の部分への触覚を処理する領域があることが示されていました。例えば、フクロウでは顔の触覚に対応する領域が専らタロン（爪）に割り当てられています。しかし、ハチドリは非常に異なる生活を送っているため、これが当てはまるとは考えにくいです。
リッチ博士と共著者らは、ハチドリとキンカチョウに電極を装着し、綿棒や風を使って軽く触れることで、ニューロンの発火をリアルタイムで観察することができました。コンピュータは電極からの信号を増幅し、分析を容易にするために音に変換しました。
実験の結果、頭と体の触覚が異なる前脳領域でマッピングされ、風圧がこれらの領域で特定のニューロン群を初めて活性化することが確認されました。翼の調査では、羽に風が当たった時に脳に信号を送る神経細胞のネットワークが示されました。
特に翼の縁に反応する脳細胞の大きな集まりが見つかり、これが微妙な飛行調整に役立つと考えられます。さらに、足も非常に敏感で、触覚が脳内で大きく表現されていることがわかりました。これにより、足を使って物を掴んだり動かしたりする鳥では、これらの領域がさらに大きくなる可能性があります。
研究者たちは、触覚がニューロンの発火を引き起こす受容野を特定しました。ハチドリでは、特に嘴、顔、頭にある受容野が非常に小さく、最も軽い触覚も感知できることがわかりました。キンカチョウでは同様の受容野が見つかりましたが、サイズが大きく、これらの領域がハチドリほど敏感ではないことが示されました。
「ハチドリは、我々が与える最小の刺激にもしばしば反応していました。」とリッチ博士は述べています。
多様な動物が体全体で触覚をどのようにマッピングするかを理解することで、センサーを使用して移動したりタスクを実行したりする技術、例えば義肢や自律デバイスの進歩につながる可能性があります。しかし、動物福祉の向上は、この研究のより直接的な成果であると考えられます。
「動物がどのように触覚を感じるかを理解することで、彼らにとってより負担の少ない方法を開発することができます。」とリッチ博士は述べています。
この研究は、ハチドリが翼や脚に触れる風圧を利用して自分の体の3Dマップを作成するメカニズムを明らかにしました。特に翼の縁や脚に敏感な神経細胞が集まっており、これが飛行の微調整に役立つことが示されました。この知見は、動物福祉の向上や新しい技術の開発に貢献する可能性があります。リッチ博士らの研究は、動物の触覚の理解を深め、彼らの生活をより良くするための新たな道を開くものです。
写真：飛ぶハチドリの幼鳥オス
