발달하는 두뇌는 어떻게 스스로 조립하고 조직합니까?

Jul 30, 2023

아주 초기에 뚜렷한 활동 패턴으로 표시되는 뇌 영역, 유대류 연구에 따르면

작성자: Tamara Bhandari•2023년 8월 29일

세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교 의과대학의 신경과학과장인 Linda Richards 박사(현미경)는 최근 뇌 발달의 초기 사건 중 일부를 설명하는 연구를 발표했습니다. 이번 발견은 간질, 자폐증, 지적 장애와 같은 뇌 질환의 근원을 이해하기 위한 토대를 마련했습니다.

아기는 움직임, 시각, 청각 및 기타 기능을 전담하는 영역으로 미리 조직화된 뇌를 갖고 태어납니다. 이 뇌는 아기가 첫 숨을 쉬는 순간부터 세상에 대해 배우기 시작할 수 있도록 돕는 중요한 인프라입니다. 그러나 출생 전 뇌 발달을 연구하는 데 어려움이 있기 때문에 뇌의 구조가 어떻게 구성되는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.

꼬리가 굵은 두나트, 즉 임신 13일 만에 태어나 뇌가 아직 거의 형성되지 않은 쥐와 유사한 유대류 동물을 입력하세요. 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교 의과대학의 연구원들은 어미 주머니에서 성숙해가는 던나트 조이의 뇌 발달을 모니터링함으로써 피질로 알려진 뇌의 외부 표면이 어떻게 스스로 조직되고 구조화되는지에 대한 통찰력을 얻었습니다. 이는 지금까지 과학적 조사가 거의 불가능했던 중요한 과정입니다. 뇌 구조가 일반적으로 어떻게 나타나는지 이해하면 그 과정이 때때로 왜, 어떻게 잘못되어 신경 장애로 이어지는지에 대한 필수적인 단서를 제공할 수 있습니다.

이번 연구는 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences) 저널에 온라인으로 게재됐다.

"피질이 여전히 형성되는 동안에도 뇌의 다양한 기능 영역에서 뚜렷한 활동 패턴이 나타납니다."라고 수석 저자이자 신경생물학 에디슨 교수이자 신경과학부 책임자인 Linda J. Richards 박사가 말했습니다. “이러한 패턴은 서로 다른 뇌 영역 간의 연결을 설정하는 데 중요할 수 있습니다. 우리는 뇌 전반에 걸쳐 패턴화된 활동이 어떻게 전개되고 그것이 잘못되면 어떤 일이 일어나는지 알고 싶습니다. 패턴화된 활동에 대한 변경은 뇌 회로가 설정되는 방식을 어떻게 방해하며, 간질이나 자폐증과 같은 뇌 상태에 어떤 영향을 미칠 수 있습니까?”

인간을 포함한 포유류의 신경계 발달은 임신 후 첫 주에 소위 신경관이 출현하면서 시작됩니다. 신경관의 한쪽 끝은 뇌로 싹이 납니다. 다른 하나는 척수까지 길어집니다. 몇 주에 걸쳐 초기 뇌의 외부 표면에 있는 세포는 기억, 사고, 학습, 감각 및 감정을 담당하는 뇌의 구겨진 외부 표면인 대뇌 피질로 스스로 조직됩니다. 두나트는 신경관이 형성된 직후에 태어나기 때문에 대뇌 피질은 어미의 주머니에 있는 동안 발달합니다. 사람의 경우 대뇌 피질은 임신 후 약 5주 후에 형성되기 시작하여 임신 2분기까지 계속해서 발달합니다.

Richards와 함께 연구팀에는 공동 저자이자 의과대학의 발달 생물학 및 신경 과학 교수인 Geoffrey J. Goodhill 박사; 공동 제1저자인 Rodrigo Suárez, PhD, Tobias Bluett 및 Michael H. McCullough, PhD. 이들 모두는 초기 연구가 수행되었을 때 호주의 퀸즈랜드 대학에 있었습니다.

뉴런이 활성화되면 세포 내부의 칼슘 수치가 상승합니다. 조이의 뇌의 신경 활동을 모니터링하기 위해 연구자들은 칼슘 수치가 상승할 때 빛을 발하는 형광 표시기를 사용했습니다. 그들은 새로운 뉴런이 여전히 생성되고 있고 피질의 6층 구조가 아직 건설 중인 동안에도 활동 패턴이 매우 일찍 나타난다는 것을 발견했습니다.

"아주 초기부터 약간의 활동을 하기 시작하는데, 이는 어떤 종류의 패턴도 아니지만 패턴을 볼 수 있게 되자마자 뇌의 체성감각과 시각 영역이 달라집니다." 리차드가 말했다.

피질과 운동 및 감각 신호를 피질에 전달하는 뇌 중앙의 달걀 모양 구조인 시상 사이에 연결이 확립되는 것과 거의 동시에 뚜렷한 활동 패턴이 나타납니다. 연구자들은 현재 피질 발달에서 시상의 역할을 조사하는 추가 연구를 수행하고 있다고 Richards는 말했습니다.