ニューヨークのロックフェラー大学の神経科学者である Erich Jarvis は、2015 年に米国細胞生物学会から Ernest Everett Just Award を受賞したとき、そこに至るまでの道のりを説明するエッセイを書きました。マジョリティ環境。」 「私たちが行う科学と発見は、私たちの文化的経験の影響を受けていることを示す証拠があると信じています」と始まります.
ジャーヴィスはハーレムで育ち、ダンサーとしてキャリアをスタートさせ、ハイスクール オブ パフォーミング アーツでバレエを学び、そのトレーニングをさらに追求するためにいくつかの奨学金を獲得しました。しかし、ハンター カレッジの学部生として、彼は両親からインスピレーションを得て、生物学に焦点を移すことに決めました。母親は常に社会のために働くことを奨励し、父親は科学に情熱を傾けるミュージシャンでした。 (ジャービスが大学院に在学中、何年もの間精神病とホームレスに苦しんでいた彼の父親が、10 代のギャングに射殺されました。)
ロックフェラー大学で博士号を取得した後、ジャービスはデューク大学に自分の研究室を開設し、2016 年にニューヨークとロックフェラーに戻りました。彼は過去 20 年間、一部の鳥が新しい音を模倣できるようにする神経および遺伝メカニズムの理解に専念してきました。複雑で多様な発声を生成します (発声学習と呼ばれます)。彼はこれらの鳴き鳥を使って、私たちの言語能力がどのように進化したかを明らかにし、人間の言語障害についての洞察を提供しています.
彼の研究には、ゲノム アセンブリの改善、異なる動物群の脳構造間の類似点の探索、鳥やマウスの遺伝子操作による歌唱力の向上が含まれます。ジャービスは、鳥類の脳の命名法を完全に書き直すことの先頭に立った。これにより、科学者は鳥類と脊椎動物の脳の間の関係をよりよく解明できるようになった。彼は、正確な進化の歴史を構築するために、ゲノム 10K プロジェクトの共同議長として、何千もの脊椎動物種のために何十もの鳥のゲノムを配列決定する取り組みを主導してきました。この研究は、彼の主要な理論の 1 つにつながりました。音声学習は、鳴き鳥、人間、およびその他の少数の動物で、脳内のはるかに古い運動学習経路が複製されたときに独立して生じたというものです。
クォンタ マガジン は最近、発声学習と言語の進化、彼の両親と彼のダンスのバックグラウンドが彼の学問的努力に与えた影響、そして科学におけるより大きな多様性の必要性について、ジャービスと話しました.その会話を要約して編集したバージョンが続きます。
音声学習と言語の違いは何ですか?
発声学習とは、自分が生まれながらに生み出していない音を模倣して学習する能力です。音声言語には、音声学習を含む特性の組み合わせが含まれます — 私たちの多くは、音声学習を最もユニークで専門的な要素と考えています.
「座る」や「走る」などの言葉の意味を犬に教えることもできます。それは、聴覚学習、つまり、聞いたものと健全な連想を形成する能力を通じて発生します。しかし、犬は実際に「座る」という音を言うことができません。それが発声学習になります。
音声学習を持つ種のグループはほとんどありません。鳴き鳥、オウム、ハチドリは、鳥の中で唯一のものです。鳥類にはおよそ 40 系統ほどの系統があります。これらの 3 系統にはそれがあり、他の系統にはないようです。哺乳類の中には、人間のほかに、イルカ、クジラ、コウモリ、ゾウ、アザラシがいます.
では、発声学習はどのように進化したのでしょうか?
今挙げたすべての種には、音を模倣しない近縁種がいます。私たちの場合はチンパンジーのように、鳴き鳥の場合は亜鳥類の鳥のように。したがって、種の音声学習グループはすべて、この能力を独立して進化させた可能性があります。しかし、音声学習に使用する脳経路を見ると、それらは似ています。それらは、他の筋肉群の動き方の学習を制御する経路に埋め込まれています。では、それらが独立して進化した場合、どうしてそれが起こり得るのでしょうか?私たちは、それが胚発生中の運動学習経路の重複によるものであると提案しています。人間とこれらの鳥類グループの発声学習経路は、類似の接続と類似の機能を持つ既存の構造に由来します。つまり、この経路は、手、目、または足の筋肉を制御する代わりに、音を出す筋肉を制御します。類似の祖先を持っていたため、独立して進化しましたが、周囲の運動野から類似の特徴を継承しました.
では、発声学習、そして最終的には言語の発達に制約があるということでしょうか?
丁度。良い例えは、翼の進化です。翼は脊椎動物で少なくとも 3 回進化しました。鳥で;古代の飛行爬虫類である翼竜。そのたびに、翼は体の上肢に進化しました。制約の 1 つは重心です。言い換えれば、飛ぶのに必要なエネルギーが最も少ない場所であるために、翼が進化したのです。別の制約は、アームの既存の基板です。
発話または話し言葉の経路の場合、既存の基質は運動学習経路であり、声ではなく他の身体部分を制御するために使用されていました。実際、人間が 2 つの発声学習経路を持っているのと同じように、オウムには 2 つの歌システムがあることが最近わかりました。オウムの脳には、重複の外側に重複があるようです。
では、なぜこれがより多くの動物で起こらなかったのでしょうか?
そこには多くの仮説があります。何かが音声学習に対して選択していると思います:捕食者.性的選択は音声学習のための選択であると提案します。より多様で多様な種類の音が異性を引き付けます。性的選択はかなり強いです。しかし、それが本当なら、なぜもっと一般的ではないのでしょうか?私たちは、捕食者がそれに対して選択していると考えています。脊椎動物の聴覚経路は、音の変化に同調しています。そして、音声学習を持つ種は、音を変化させ続けるより高い能力を持っています。そのため、鳴き声を変え続ける動物は、捕食者の注意を引く可能性が高く、食べられる可能性が高くなります。
しかし、これらの重複イベントが近縁種でさえ発生しなかったのは意外ですか?
そうです、なぜもっと一般的ではないのですか？または、少し考え方を変えて、基本的な回路を見つけることができるでしょうか?実際には、他の種でいくつかを見つけていると思います。私たちが調べた亜種は、これらの脳領域の 1 つが部分的に形成されているように見えます。そしてマウスでは、哺乳類の中でヒトだけに存在すると考えられていた初歩的な回路が見られます.
これは、私たちが「音声学習の連続体仮説」と呼ぶものにつながりました。まず、生来の音を制御する脳幹領域があります。次に、運動学習経路から前脳の発声経路が複製されますが、マウスで見られるような初歩的な回路が得られます。その後、この新しい複製された経路は専門化され、運動学習経路の外に移動して、鳴き鳥に見られるような独自の音声のような経路になります。そして最後に、オウムや人間に見られるように、2つ以上の発声学習経路を互いに近くに、または互いに取り囲むように再び複製します.これが、声を通じて言語を生成する能力を私たちにもたらす可能性の 1 つです。
マウスの初歩的な回路を発見することの意味は何ですか?これは、マウスが音声学習能力を獲得しようとしているということですか?
はい、捕食者がいなくても、連続体のより高いレベルに進み、音声学習を進化させる可能性があると思います。しかし、必ずしもそうではありません。私たちは現在、それらを遺伝子操作してその方向に向かわせることで、それをテストしようとしています。オスのマウスは、求愛のために、主に超音波範囲の特定の音のシーケンスを使用します。そのため、彼らはすでにいくつかの興味深い音声コミュニケーション行動を示しており、それには複雑さがあります.しかし、彼らは私たちのようにそれらの音の変化をうまく操作できません。
私たちは、ヒトとヒト以外の霊長類、鳴き鳥と非音声学習鳥類の発話領域に、マウスの脳には見られない遺伝的差異があることを発見しました。私たちがやろうとしているのは、人間の脳にこれらの違いがある特定の遺伝子を取り、それらをマウスの脳の初歩的な回路に入れ、それを人間のようにすることができるかどうかを確認することです.私たちは彼らを訓練して、音、ピッチ、食べ物の報酬のために生成する発声のシーケンスを変更できるかどうかを確認したいと考えています.理想的には、ある種類の発声を歌うマウスの系統と、別の種類の発声をする別の系統のマウスを取り、それらのグループの 1 つを遺伝子操作して、他のグループをコピーできるかどうかを調べることができます。
音を模倣する種の動機を制御するものは何ですか?
私たちは仮説を立てましたが、もっと肉付けする必要があります。子供たちは通常、何かを言う方法を教えてくれる人から話し言葉を学ぶことはありません。むしろ、彼らは他の人の話を聞いたり、他の人の真似をしたり、報われたりすることで、それを行う方法を学びます。この社会的相互作用が関係しています。あなたが「パパ」と言ったか、文を完成させたので、両親はあなたを迎えに行き、大きな抱擁をします.
この正のフィードバックは、発声学習のメカニズムの一部に関与していると考えられます。
生きた動物ではなく、テープに録音された同種の音を聞く音声学習鳥を飼育すると、それらの音を模倣して成長することはありません。彼らは異常なものを生み出します。しかし、生きた鳥を与えると、たとえ別の種の鳥であっても、その別の種の真似をします。彼らは、自分の種の録音された音よりも、別の種の生きた鳥を模倣したいと考えています。社会的相互作用、および他の人から報酬を得ているという感覚は、あなたが何を模倣するかを決定します.
そのため、人間は鳴き鳥のすべてを模倣しているわけではありません。博士号の 1 つ。私が共同指導している学生であるコンスタンティナ・テオファノポウロウと私は最近、結合ホルモンであるオキシトシンが発声学習の社会的メカニズムを制御している可能性があると主張する論文を発表しました.子どもが「パパ」と言って背中を撫でたり、笑顔で褒められると、子どもはやりがいを感じます。その感覚は、オキシトシンを発声学習回路に放出し、発声学習経路の中でその音の言い方の記憶を強化する可能性があります。
鳥に関するあなたの研究は、人間の話し言葉にどのような影響を与えますか?
私たちは FOXP2 と呼ばれる遺伝子を研究しており、この遺伝子がヒトで変異すると言語障害を引き起こします。突然変異を持つ人々は、優れた聴覚学習を持っています。彼らは、認知的にも聴覚的にも、会話を比較的よく理解できます。しかし、彼らは音を出すのに苦労しています。そして、鳴き鳥の脳でその遺伝子がノックアウトされると、音を模倣することも困難になります。そのため、当初はこれが遺伝子の収束機能であると考えていました。
しかし、私たちは最近、遺伝子の正確な人間の突然変異がマウスのゲノムに入れられると、マウスはまだ発声を出すことができ、メスが好むより複雑で先天的な配列に切り替えることができないことを発見しました.このことから、高度な発声学習が進化する前から、この遺伝子はすでに存在し、発声のシーケンスに使用されていたと考えられます。人間と鳴き鳥は、マウスよりもその遺伝子に依存しています。これはまた、音声言語障害に関与する遺伝子を研究するためのモデルとして、連続体に沿ってマウスと鳴き鳥を使用できることを意味します。
しかし、そこにたどり着く前に、鳴き鳥と人間の脳の平行領域とは何か、相同細胞型と収束細胞型とは何かを研究し続ける必要があります。
つまり、あなたがここまでたどり着くまでの道のりは、科学ではなくダンスから始まったということですね。それはあなたの科学的追求にどのような影響を与えましたか?
高校時代からダンサーとして活動を開始。私の家族のほとんど、特に母方の家族は舞台芸術に夢中でした。ここニューヨーク市のパフォーミング アーツ高校に通い、そこでバレエを専攻しました。最終的にはジャズやアフリカンダンスもやった。そして、高校を卒業したとき、母が成長の過程でいつも私に与えてくれた「社会にプラスの影響を与えることをしなさい」というアドバイスを受け入れました。ダンサーとしてよりも科学者としての方がうまくやれると感じましたし、科学がとても好きでした。しかし、ダンサーになるための訓練を受けることは、科学者になるための訓練にもなることを学びました.
科学者になるためには、たくさんの規律が必要です。そして、あなたは創造的である必要があります。これは、私がダンスの振り付けによって準備したものです.成功する前に、多くの失敗を受け入れる必要があります。多くの実験は、1 回目、2 回目、9 回目ではうまくいきません。それはダンスでも同じ。どちらも 9 時から 5 時までの仕事ではありません。情熱的にならなければならないことです。
まだ踊っていますか?
はい。いつかやめるだろうと思っていましたが、まだ実現していません [笑い ]。大学に入ってからは、デューク大学で教授になったときも含めて、何年もアフリカン ダンスを踊っていました。その後、約 6 年前にサルサ ダンスをたくさんするようになり、ニューヨークに来るまでコボ ブラザーズ ダンス チームと共演していました。
あなたは、科学者になるという決断に母親の影響があったと言いました。お父さんは？
それで、二人とも実際に音楽と芸術の高校に行き、歌手になりました。しかし、私の父は科学に情熱を持っていて、大学に行ったときは化学を専攻していましたが、私たち4人の子供を産んだ後中退し、社会からも少し離れていました。私の両親は結局離婚しました。でも、私は6歳を過ぎて彼と一緒に成長することはありませんでしたが、彼によく会いました。彼は私の考えに影響を与えました:彼は科学者として何を達成しようとしていましたか?彼は、宇宙がどのように機能し、文明がどのように始まったかを理解しようとしていました。そして、ある意味では、彼が中断したところから実際に手綱を取っているように感じました.彼の情熱はそれを実現しました。
アフリカ系アメリカ人である彼にとってのチャンスは、私にとってよりも困難なものでした。たとえば、彼は何人かの教師から虐待されていると感じていました。彼は本当に一生懸命勉強し、小中学校で 2 学年飛び級した。彼が合格する前に私に語った話によると、彼はブロンクスの過小評価された少数派の学校から連れ出され、ほとんどが白人の学校に入れられ、教師が彼に憤慨し、試験で彼をより困難にしたと感じた.等々。そういう経験が、有色人種としての今後の考え方に影響を与えています。私はその孤立感の一部を感じていました.[学部生として]国際会議に行ったときでさえ、ほとんどの人は白人でした.私がデューク大学に行ったとき、南部にはアフリカ系アメリカ人の子孫がさらに多く住んでいたにもかかわらず、キャンパス内ではまったく逆でした。そして、私は人々が何を考えているかを見始めました。彼らは、人種差別的なことを言っていることに気付かないでしょう。私が大学院の面接をしていたときのように、誰かが私に言いました。そして、「今聞いたの？」と思っています。あるいは、私が何らかの賞を受賞した最初のアフリカ系アメリカ人になり、誰かが私の肌の色のせいで賞を受賞したと [ほのめかす] かもしれません.
私の母が言うように：「あなたは上手になることはできません、あなたはより良くならなければなりません。」過小評価されたマイノリティの出身者として、よく耳にすることです。
そして今、あなたは教職に就いており、少数派の学生がロックフェラーに来て研究を行うためのプログラムの開発に取り組んでいます。あなた自身の経験はどのようにあなたのアプローチを形成しましたか?
たくさんの才能を持った勤勉な人がたくさんいます。しかし、その方程式の 3 番目の要素である機会がなければ、彼らの才能と努力はうまくいきません。ハンター大学は私に機会を与えてくれました。 [ロックフェラーで] 学部生を高強度の研究機関、ノーベル賞受賞者の研究室に連れて行き、機会を提供するプログラムに取り組んでいます。
私たちは、ポスドクや教員として過小評価されているマイノリティを科学にとどまらせるためにサポートし、「漏れているパイプラインの修正」を開始する必要があります。ハワード・ヒューズ医学研究所は、ハンナ・H・グレイ・フェロー・プログラムと呼ばれる8年間のフェローシップを提供するプログラムを開始したばかりで、元理事長の1人にちなんで名付けられました。社会の考え方を正さなければなりません。無意識の偏見などについて話し合うためのワークショップやクラスを開催し、それらの偏見の影響を受けている人々が自分の価値を信頼する機会を作ります.また、ロールモデルが大きな違いを生むと思います。
多様なバックグラウンドを持つ人々がいることは、科学にも役立ちます。多様なバックグラウンドがある場合、文化の違いを管理する必要がありますが、それらの文化の違いはまた、異なる考え方をもたらし、他の方法では考えられなかった新しいアイデア (良いアイデア) につながります。多様性は、より広く、より生産的な科学的操作を生み出します。
