Human language is the media of cognitive and social behavior. Understanding the mechanism of language is thought to widen the knowledge of human mind and disorder. Theoretical and behavioral aspects have been widely studied in Psychology and Linguistics. Contrarily, scientific studies have been limited to the damaged human brains or the non-invasive recording methods by the lack of proper animal behavioral model. Although most animals have social behavior and communication methods for that, the recursive structure, semantic information processing and communication of complex and abstract information are thought to exist only in human.
Recently, it has been known that the mechanisms under the language are shared in animal kingdom such that songbird can acquire recursive role, songbirds learn their own vocalization based on adult birds or rodents have structured vocalization. Most popular animal model for language is songbirds’ song learning. The model unveiled mechanisms and nuclei under the auditory signal learning. Nevertheless, avian model have not been used widely in biological studies that it is difficult to study the molecular and genetic mechanisms. Rodents are good models for biological studies but their vocalizations are not characterized well to study the structure.
In this study, I tested the genetic control mechanism of male mice’s ultrasonic vocalization. We compared the composition of syllable types of male ultrasonic vocalization (USV) among six inbred mice and found that C57BL/6J has a typical USV pattern, the dominant usage of a Short-type syllable instead of Cheveron-type when compared with other strains. To reveal the genetic relation between the Short- and Chevron-preferred phenotypes, we examined F1 mice obtained from the cross breeding C57BL/6J mice with 129X1/SvJ mice that dominantly showed Chevron-type USV. Interestingly, the USV of all those F1 mice exhibited a Short-type dominance in similar to the parental C57BL/6J mice and the Chevron type USV emerged again in F2 generations as a Mendelian ratio. Our results suggest that the syllable selectivity between can be modified by a single gene allele, and this leads to insight on genetic mechanisms underlying the diversity of syllable repertoire in rodent species.
인간의 언어는 인간의 사고와 인지 작용의 매질이다. 인간의 언어에 대한 심리학적, 이론적, 행동학적 연구는 오랫동안 이루어졌으나, 뇌에서의 언어 행동의 메커니즘을 규명하기 위한 연구는 초기 단계이다. 적절한 동물 모델의 부재로 인해, 인간 언어 연구는 질환 손상 모델이나, 비외과적인 방식(fMRI, PET, rTMS)등만이 가능했다. 동물에게서도 의사소통 행동이 존재하지만, 인간의 언어와는 다르다. 복잡하고 추상화된 정보를 전달하는 행동, 기호적 정보가 아닌 의미적 정보의 전달, 재귀적 구조를 가진 문장등은 인간의 언어에 특징적으로 나타나는 것으로 알려져 있었다.
그러나 최근에 동물에게서도 명금류의 노래 학습이나, 재귀적인 특성, 생쥐발성행동에서의 문법 요소등이 보고되었고, 이러한 동물 행동들이 인간의 언어를 구성하는 개별 요소들의 모델로 사용되기 시작했다. 특히 명금류의 노래학습은 인간 언어 학습의 모델로 사용되고 있다. 그러나 이 모델은 분자생물학이나 유전학적인 연구 방법이 어려운 단점을 가지고 있다. 반면, 설치류의 발성은 가장 널리 쓰이는 행동 실험 모델 동물로, 유전학적 연구가 용이하지만 명금류에 비하여 언어학적 관점에서의 연구는 초기 단계로 행동에 대한 적량 방법이 확립되어 있지 않다.
본 연구에서는 설치류의 발성 패턴을 모델로, 발성행동의 유전학적 조절 기작에 대하여 밝히고자 하였다. 우선, 행동실험에 흔히 사용되는 근친교배 생쥐 종 들(C57BL/6J, DBA/1, 129X1/SvJ, FVB, Balb/C)에서 수컷 생쥐의 초음파 발성 행동들을 조사하였다. one형태 또는 chevron 형태의 음절이 가장 많이 발견된 다른 종들과는 다르게 C57BL/6J종에서는 short 형태의 음절 단위가 가장 많이 발견되었다. 또한 다른 종들에서는 Chevron들이 연속적으로 발화하는 Chevron Wave가 관찰되지만, B6에서는 이러한 Chevron Wave가 관찰되지 않았다.
이처럼 유전학적으로 서로 다른 생쥐들 사이에서 서로 다른 발성 패턴이 관찰되는 것을 확인하고, 이러한 발성 패턴이 어떤 유전기작을 따르는지 확인하기 위하여, 발성 패턴에서 가장 큰 차이를 보이며, 실험에 가장 많이 사용되는 두 종인 129과 B6를 교배하였다.
F1세대에서의 B6129과 129B6는 모두 B6에서와 같이 short 형태의 음절이 특징적으로 발견되었으며, Chevron Wave는 발견되지 않았다. 반면에 F2세대에서의 쥐들의 경우, chevron형태의 음절을 특징적으로 가지고 chevron wave를 가지는 생쥐들이 다시 나타났다. 또한 chevron wave를 가지고 있는 생쥐는 전체 실험 그룹의 1/4 정도로 맨델의 비율을 가지고 있음을 보여준다.
본 연구에서는 생쥐 발성의 음성학적 특성을 확인하기 위한 새로운 발성 패턴(Chevron Wave)를 정의하였으며, 이러한 음성학적 행동이 유전학적 조절을 받고 있다는 것을 보였다. 이러한 음성적 조절과 관련된 유전자를 특정하는 것이 인간 언어 연구에 큰 도움을 줄 것으로 생각된다.
