Auditory ERPs to Stimulus Deviance in an Awake Chimpanzee (Pan troglodytes): Towards Hominid Cognitive Neurosciences

Ueno A, Hirata S, Fuwa K, Sugama K, Kusunoki K, Matsuda G,
Fukushima H, Hiraki K, Tomonaga M, Hasegawa T

For decades, the chimpanzee, phylogenetically closest to humans, has been analyzed intensively in comparative cognitive studies. Other than the accumulation of behavioral data, the neural basis for cognitive processing in the chimpanzee remains to be clarified. To increase our knowledge on the evolutionary and neural basis of human cognition, comparative neurophysiological studies exploring endogenous neural activities in the awake state are needed. However, to date, such studies have rarely been reported in non-human hominid species, due to the practical difficulties in conducting non-invasive measurements on awake individuals. We measured auditory event-related potentials (ERPs) of a fully awake chimpanzee, with reference to a well-documented component of human studies, namely mismatch negativity (MMN). In response to infrequent, deviant tones that were delivered in a uniform sound stream, a comparable ERP component could be detected as negative deflections in early latencies. The present study reports the MMN-like component in a chimpanzee for the first time. In human studies, various ERP components, including MMN, are well-documented indicators of cognitive and neural processing. The results of the present study validate the use of noninvasive ERP measurements for studies on cognitive and neural processing in chimpanzees, and open the way for future studies comparing endogenous neural activities between humans and chimpanzees. This signifies an essential step in hominid cognitive neurosciences.

PLoS ONE 3(1): e1442. doi:10.1371/journal.pone.0001442

　東京大学21世紀COE「心とことば-進化認知科学的展開」の長谷川寿一教授（東京大学大学院総合文化研究科）らと林原類人猿研究センター（岡山県玉野市）および京都大学霊長類研究所(愛知県犬山市)の共同研究グループは、このたびチンパンジーの覚醒時における脳活動計測に世界で初めて成功しました。 　ヒトが持つ様々な認知能力の進化的背景を探るため、従来は系統上ヒトに最も近いチンパンジーとヒトの行動を比較する研究が行われてきましたが、行動の基盤である脳活動については、麻酔下のチンパンジーを対象とした研究以外は存在しませんでした。これは脳活動計測に必要な安静状態を保つことが麻酔なくしては実現困難なことに起因しています。しかしながら正常な認知活動を捉えるためには、覚醒状態での計測が必要不可欠です。 　そこで同研究グループは、長時間の安静状態が保てるようにチンパンジーを訓練した上で脳活動計測を行いました。計測の対象となったチンパンジーは、林原類人猿研究センターのミズキ（メス、11歳）です。ミズキの頭皮上に電極を貼り、音を繰り返し聞かせているときの脳波を記録しました。ヒトの脳波研究では、同じ音が繰り返し提示される中で稀に提示される逸脱音（周波数や長さが異なる音）に対して特徴的な波形が観測されることが知られています。この波形は、環境の変化に対する自動的な知覚メカニズムを反映していると考えられています。覚醒時のミズキに対して同様の手続きで脳波を計測したところ、逸脱音に対してヒトと類似した特徴を持つ波形が得られました。この結果は、チンパンジーもヒトと同様の知覚処理を行っている可能性を示しています。 　本研究の成果は、ヒトとチンパンジーの脳活動と認知メカニズムを直接比較する手法の妥当性を示すものであり、知性の進化に関する新たな研究分野を切り開く大きな第一歩と言えます。

http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0001442

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