• デグーは訓練で、道具を使い餌をとることを学び、道具の機能も理解
• 道具を使う能力は、人間やサル、カラスに限定されず、一般的な能力で獲得
• ヒトの高次認知機能を分子レベルで解明する齧歯類モデルを確立

1.

背景

道具使用行動は、人間とサルやカラスなど一部の動物のみが持つ特別な能力なのでしょうか？　ヒトは、いつから、どうやって道具を使えるようになったのか、道具を使うために必要な脳のメカニズムはあるのか、これらの謎はまだ解明されていません。これまで、ニホンザルなどを対象とした研究が行われてきましたが、研究グループは、道具使用の脳内機構を解明するためには、実験で扱いやすい齧歯類（ネズミ）を道具使用のモデル動物として確立する必要があると考えました。 　研究で用いたデグーは、アンデス山脈に棲む、体長が約12センチ（尻尾の部分を除く）、重さが約200グラム程度の大きさの齧歯類です。後ろ足で立ち上がった状態で器用に前足を使うことに加えて自発的な入れ子操作※1を行うことから、道具を使用する可能性があると考えました。そこでデグーに熊手型の道具を与え、それを用いて手の届かない場所にある餌をとれるかどうか、また熊手を道具と認識できるかどうかについて検討しました。

2.

研究手法と成果

研究グループは、6匹のデグー（オス4匹、メス2匹）に対し、幅が3センチメートル、長さが4センチメートル、重さ2.1グラムのデグーサイズの樹脂製のT字型熊手を用いて、手が届かない場所にある餌をとらせる訓練を約60日間行いました。訓練には、入來チームリーダーが開発したニホンザルの訓練方法を応用し、段階的に条件づけする方法を用いました。 条件づけ 第1段階：熊手をまっすぐ引いて餌をとる訓練 　はじめに、デグーに熊手を引けば餌がもらえることを教えました。デグーの前に、熊手と餌をまっすぐ引けば餌がとれる配置で並べておき、引き寄せる訓練をしました（図1A, Level 1a）。熊手を引いて餌を食べることができれば「成功」、道具を置いてから60秒たっても餌がとれなければ、「失敗」としました。デグーは、1日目から前足で熊手を引くことができました。熊手と餌の距離を伸ばしていくと失敗も増えていきましたが、約1週間で長い距離を引いて餌を取るようになりました（図1A, Level 1b）。 第2段階：熊手を横方向に操作する訓練 　次に餌の位置を徐々に熊手から離していき、まっすぐ引くだけでは餌をとれない配置で訓練を行いました（図1A, Level 2a）。デグーが餌を食べるためには、まず熊手を横方向に動かしてから、引く必要があります。最初、デグーはこの課題ができませんでした。一度失敗すると熊手から手を放してしまい、再び道具を持つことはありませんでした。訓練を重ねるにつれて、少しずつ再挑戦するようになりましたが、左右に動かすばかりで手元しか見ていないことから、まだ熊手を「手の届かない場所にある餌をとるための道具である」と理解していないと考えられました。 第3段階：熊手操作の熟達と機能の理解 　第2段階の途中から、デグーは熊手を左右に動かすだけでなく、前に押し出すことができるようになりました。これに前後して餌が置いてある位置を確認するようになり、成功する確率が高くなりました（図1B）。この段階で、デグーは、最終段階に予定していた「熊手の向こう側に置かれた餌をとる」技術を、自ら試行錯誤しながら習得していきました（図1B, Level 2b）。また、訓練を重ねるにつれて道具の扱いが上手になり、合理的な引き方ができるようになっていきました（図2）。最終的には訓練を行った6匹すべてのデグーが、道具を使えるようになりました。 機能理解テスト 　動物の道具使用でしばしば問題になるのは、行動パターンではなく認知的な側面です。つまり、何のために道具を操作しているかを、その動物が理解しているかどうかが重要なポイントになります。そこで、訓練により道具を使えるようになったデグーが、熊手の機能を理解しているかどうかを調べるため、訓練を終えた6匹中、任意の4匹に対して5種類のテストを行いました。その結果、デグーは熊手を先に持たせた状態でも、後から置かれた餌をとりに行き、また、これまで使ったことがない色や大きさの熊手でも訓練と同じように使えることがわかりました（図3 A、B）。また、外見はよく似ているものの歯が欠けているため餌を引き寄せることができないニセ熊手と機能的な熊手を並べて与えると、機能的な方を選んで使いました（図3C、D）。機能的な熊手を2個並べて与えると、どちらの熊手も同じように使いました（図3 E）。また、道具を必要としない近い場所に餌を置くと、素手で餌を取る方法を用いました。 　このことから、十分に訓練したデグーは、熊手を「手の届かない場所にある餌を引き寄せる」道具として認識しており、熊手の外見からその機能を推測して適切な熊手を選んでいることがわかりました。

3.

今後の期待

本研究は、道具を使えるとは考えられていなかった齧歯類が、訓練すれば道具を使えるようになることを示した世界で初めての報告です。道具を使う動物として、チンパンジーやカラスなどが知られていますが、ネズミがこのような熊手を使うことは想像すらされていませんでした。これまで、野生のデグーが道具を使うという報告はありませんが、今回、研究グループは、飼育下のデグーに道具を使って餌をとらせる訓練に成功しました。これにより、これまで道具を使うことなどないと考えられていた種でも、訓練により道具を使うようになる可能性が示されました。 　ヒトの高次な認知機能と密接に関連する道具使用行動には、特別な脳機能が必要であると考えられていたことから、これまでは主に霊長類を対象とした研究が進められてきました。特に、脳内機能を調べる研究ではニホンザルが用いられてきましたが、動物の確保や飼育コストなどの問題があるため、分子生物学的な技術を用いた研究には限界があります。今後は、齧歯類など他の動物種を用いることにより、道具使用に代表される複雑な認知機構が脳でどのように可能となるのかを、分子レベルで解明する研究が推進できます。研究グループは、デグーにおける道具使用の脳内機構を分子レベルで解明し、ヒトの脳機能解明につなげることを目指しています。

<補足説明>

※1	入れ子操作
	大きさの異なる容器を順番に重ねる行動で、定位操作の一種。物体を道具として使用できる段階にいたる上で不可欠な条件とされている行動である。 写真　入れ子操作を行うデグー

図1　デグーの道具使用訓練
A：	訓練段階。Level 1では熊手をまっすぐに引くこと、Level 2aでは引く前に横方向に移動させること、Level 2bでは前に押し出すことが要求される。
B：	最初、デグーは報酬を引き寄せることに失敗したが（1,100ms）、すぐに熊手を前に押し戻し、2度目は、注意深く位置と角度を調整することで（2,000-3,200ms）、報酬を手に入れることに成功した（3,500ms）。
ms（ミリ秒）＝1,000分の1秒

図2　道具の動かし方の変化
A：	道具を前に出せるようになった頃の、道具先端中心部の軌跡。デグーはしばらくの間餌の周りで熊手を動かしていたが、餌をとることはできなかった。
B：	上達していく過程を示した。道具の操作を獲得しつつあるmiddle1（）ではまだぎこちないが、middle2（）からlate（）にかけて軌跡が滑らかになり、合理的な引き方ができるようになったことがわかる。
（＊がエサで、は熊手を最初に置いた位置、●が軌跡の始点、▲が動きの方向と行動の終了地点を表す。）

図3　テストに用いた熊手
A) 反転テスト	：	訓練とは異なり、熊手を持たせた状態で新しい餌を置いていくと、デグーは72.5%の確率で自ら熊手を移動させて餌をとることができた。
B）般化テスト	：	デグーが見たことのない熊手を2種類用い、新奇な熊手であっても訓練と同じように使えるかどうかを調べた。デグーはいずれの熊手も訓練と同じように使うことができた。
C)、 D) 機能テスト	：	訓練で用いた機能的な熊手と、歯の一部が欠けているため、餌を引き寄せることができないニセ熊手を同時に見せ、どちらを選んで使うか調べた。デグーは機能的な熊手を選ぶことが多かった。
E) 選好テスト	：	訓練で用いた機能的な熊手と見たことのない機能的熊手を同時に見せ、どちらを選ぶかを調べた。デグーは両方をほぼ同じ割合で用いた。