| 선조체 뇌영역 운동학습 과정에서의 신경 메커니즘 발견 | ||
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 최근, 중국과학원 신경과학연구소, 뇌과학·지능기술탁월혁신센터, 신경과학국가중점실험실 푸무밍(蒲慕明) 연구팀은 선조외후체(Dorsolateral striatum) 직접 통로 및 간접 통로의 동일한 클러스터 뉴런이 운동학습 과정에서의 전기적 활성 변화를 체계적으로 묘사함과 아울러 뉴런 클러스터의 전기적 활성이 어떻게 학습 의존성 시계열 재구성을 통하여 최종적으로 독특하고 안정한 순서적 작동 모드를 형성하는지에 대한 원인을 규명하였다. 동시에 2가닥 통로의 뉴런 활성이 운동 행동에서 상대적으로 독립되고 상호 조화적인 역할을 담당하고 있음을 발견하였다. 해당 연구성과는 "운동학습에서 선조외후체 직접 통로 및 간접 통로가 뉴런의 안정하고 독특한 순서성 전기적 활성 형성"이라는 제목으로 "Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)"에 온라인으로 게재되었다. 운동기능의 학습 및 파악은 개체의 생존에 아주 중요하다. 선조외후체 뇌영역은 주로 감각운동 피질 사지(Legs and arms) 대표 영역의 투사를 접수하며 정상적 운동기능 수행, 운동기능 학습 및 습관 형성에서 주요한 역할을 담당한다. 선조외후체 뇌영역에는 주로 도파민 1형 및 2형 수용체로 각각 표지된 다중 돌기 투사 뉴런이 분포돼 있는데 기저 신경절 운동 제어의 2가닥 전형적 통로인 직접 통로 및 간접 통로를 각각 유도한다. 전통적인 길항 모델에서 직접 통로는 운동을 촉진하고 간접 통로는 운동을 억제한다고 주장한다. 길항 모델에서의 간단한 "밀고 당기는" 형식의 역할과는 달리 직접 통로는 기대 운동의 생성을 촉진하고 간접 통로는 목적과 관련성이 없는 경쟁성 운동을 억제한다. 선조체 뉴런은 운동기능 학습 과정에서 한 가지 주요한 역할을 담당하는데 운동 피질이 선택적으로 운동 행동을 제어하는 전기적 활성 모드일 경우 밸브식 조절 역할을 일으킨다. 지금까지 직접 통로 및 간접 통로 뉴런의 운동학습 과정 참여 메커니즘은 확정되지 않았다. 동 연구에서 연구팀은 주로 3가지 문제를 연구하였다. 1) 운동학습은 어떻게 선조외후체 뉴런의 활동에 영향을 미치는가? 2) 운동학습 과정에서 생성된 영향이 선조외후체의 직접 통로 및 간접 통로 뉴런 활성에서 차이가 존재하는가? 3) 만약 2가닥 통로 뉴런 활성 변화가 다를 경우 통로 특이성의 기능 차이를 규명할 수 있는가? 상기 문제를 해결하려면 살아 있는 동물에서 동일 배치(Batch) 뉴런이 학습과정에서의 전기적 활성 변화를 동시에 기록해야 한다. 선조외후체는 대뇌 심부에 위치하여 있는데 이는 기술적 어려움이 존재한다. 성멍쥔(盛孟君), 루디(盧迪) 박사연구생은 최초로 해당 어려움을 해결하였으며 대뇌 심부 뉴런 클러스터 전기적 활성의 장기간 안정적인 기록을 구현하였다. 해당 연구에서 연구팀은 생쥐에게 소리 제시 조건에서 막대 밀기 운동 임무(그림 1)를 훈련시킴과 아울러 해당 훈련 과정에서 생체 쌍광자 이미징 기술을 이용하여 선조외후체 동일한 클러스터 뉴런의 전기적 활성을 장시간 추적하였다. 특이적 표지 직접 통로 및 간접 통로 뉴런을 통하여 연구팀은 생쥐의 학습 수행에 따라 2가닥 통로의 뉴런 클러스터에 모두 점차적으로 독특하고 안정적이며 순서적 작동 기반 전기적 활성 모드가 생성되며 직접 통로 뉴런은 신호 감지 및 막대 밀기 조작 과정의 활동에 치우치지만 간접 통로 뉴런은 막대 밀기 동작 후의 반응에 치우치고(그림 2) 또한 다양한 운동 임무 상황에서 동일한 클러스터 뉴런의 전기적 활성 모드는 변화가 발생함을 발견하였다. 심층적인 화학적 억제 실험을 통하여 직접 통로 뉴런을 특이적으로 억제하면 막대 밀기 운동의 시작이 파괴되지만 간접 통로 뉴런을 특이적 억제하면 테스트 간격 내에 막대 밀기 오류 횟수를 뚜렷하게 상승시킴을 입증하였다. 임의적 통로의 억제는 막대 밀기 동작의 숙련 정도를 모두 감소시켰다(그림 3). 상기 실험 결과는 직접 통로 및 간접 통로 뉴런은 모두 생쥐의 오른쪽 방향 막대 밀기 임무 수행 과정에 참여하며 임무 규칙적 수행 과정에서 직접 통로는 주로 목표 운동의 시작을 책임지지만 간접 통로는 주로 임무 목적과 관련성이 없는 운동 제어를 책임짐을 규명한다. 구체적인 동작 수행 과정에서 직접 통로 및 간접 통로 뉴런은 모두 막대 밀기 동작에 대한 정밀 제어에 참여한다. 2가닥 통로는 서로 호흡을 맞추면서 공동으로 생쥐의 고효율적인 정확한 운동학습 임무 수행을 보증한다. 동 연구는 기저 신경절 직접 통로 및 간접 통로의 구조 및 기능에 새 인식을 가져다주었고 운동학습 절차 원리 규명에 주요한 데이터를 제공하였으며 기저 신경절 관련 운동장애 질환 메커니즘 연구 및 치료에 새 실마리를 제공하였다. 정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/tEuJ6vE7dn253qB9usPnFg |
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