뇌 지도는 운동 기능 뒤에 있는 신경 연결을 명확히 합니다.

뇌에서 운동 뉴런으로 전달된 신호는 근육 운동을 가능하게 하지만, 이러한 신호는 일반적으로 목적지에 도달하기 전에 척추 인터뉴런을 통과합니다. 뇌와 이 매우 다양한 "교환기 운영자" 세포 그룹이 어떻게 연결되는지는 잘 알려져 있지 않습니다.

이를 해결하기 위해 세인트 주드 어린이 연구 병원의 과학자들은 운동에 필요한 세포 그룹인 V1 인터뉴런에 직접 입력을 보내는 뇌 영역을 시각화하는 전뇌 아틀라스를 만들었습니다. 그 결과 아틀라스와 함께 제공되는 3차원 대화형 웹사이트는 신경계의 해부학적 풍경과 뇌가 척수와 통신하는 방식을 더 잘 이해할 수 있는 프레임워크를 제공합니다. 이 연구 결과는 오늘 Neuron 에 게재되었습니다.

"우리는 운동 시스템이 분산된 네트워크라는 것을 수십 년 동안 알고 있었지만 궁극적인 출력은 척수를 통해 이루어진다"고 교신 저자인 세인트 주드 발달 신경생물학부 Jay Bikoff 박사가 말했습니다. "여기에는 근육 수축을 유발하는 운동 뉴런이 있지만 운동 뉴런은 고립되어 작동하지 않습니다. 이들의 활동은 분자 및 기능적으로 다양한 개재 뉴런의 네트워크에 의해 조각됩니다."

뇌와 모터 출력을 연결하는 네트워크 풀기

뇌의 다양한 영역이 운동 제어의 다양한 측면과 어떻게 관련되어 있는지 이해하는 데 큰 도약이 이루어졌지만, 이러한 영역이 척수의 특정 뉴런과 정확히 어떻게 연결되는지는 이 분야에서 사각지대였습니다. 개재뉴런은 수백 가지의 서로 다른 혼합 변종으로 나타나기 때문에 연구하기가 어렵습니다.

공동 제1저자인 아난드 쿨카르니(Anand Kulkarni) 박사는 “우리가 풀려고 하는 것이 30억 년이 넘는 진화의 결과라는 점을 고려하면 더 어렵다는 점을 제외하면 크리스마스 전구 공을 푸는 것과 비슷하다”고 말했습니다.

최근의 발전을 통해 분자적으로나 발달적으로 별개의 뉴런 하위 클래스가 존재한다는 것이 입증되었지만, 신경 통신 내에서의 위치에 대해서는 아직 많은 부분이 알려져 있지 않습니다. Bikoff는 "내림차순 운동 시스템의 세포 목표를 정의하는 것은 움직임과 행동의 신경 제어를 이해하는 데 필수적입니다."라고 말했습니다. "우리는 뇌가 이러한 신호를 어떻게 전달하는지 알아야 합니다."

뇌와 척수를 연결하는 회로를 해부하기 위해 연구자들은 표면에 주요 단백질인 당단백질이 없는 유전자 변형 버전의 광견병 바이러스를 사용했습니다. 이는 바이러스가 뉴런 사이에 퍼지는 능력을 억제했습니다.

이는 본질적으로 바이러스의 기원을 좌초시켰습니다. 이 당단백질을 특정 개재뉴런 집단에 다시 도입함으로써 바이러스는 다시 정체되기 전에 시냅스를 한 번 뛰어 넘을 수 있습니다. 연구진은 바이러스를 추적하기 위해 형광 태그를 사용했습니다. 바이러스가 어디에서 끝나는지 추적함으로써 연구자들은 뇌의 어느 부분이 이러한 중간뉴런에 연결되어 있는지를 정확히 찾아낼 수 있었습니다.

3D 지도를 통해 연구원은 연결을 시각화할 수 있습니다.

연구자들은 이전에 운동 출력을 형성하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀진 V1 개재뉴런이라고 불리는 개재뉴런 종류에 이 접근법을 적용했습니다. 이 연구를 통해 그들은 이러한 중간뉴런이 뇌로 수신한 여러 신호의 출처를 정확하게 추적할 수 있었습니다.

"우리는 V1 중간뉴런만을 목표로 삼고 있지만 실제로는 매우 이질적인 뉴런 그룹입니다. 그래서 우리는 '가능한 한 많은 V1을 목표로 삼아 그들에게 무엇이 투영되는지 살펴보자'고 생각했습니다."라고 Bikoff는 말했습니다.

연구자들은 이러한 뉴런을 시각화하고 3차원 참조 지도책을 생성하기 위해 직렬 2광자 단층촬영을 사용했습니다. 이 기술은 형광 표지된 뉴런을 드러내기 위해 수백 미크론 두께의 섹션을 만들어 뇌를 렌더링합니다. 지도책을 통해 연구자들은 서로 다른 뇌 구조를 척수 및 상호 작용하는 중간 뉴런에 연결하는 네트워크에 대해 정확한 예측을 할 수 있었습니다.

이러한 구조가 척수에 어떻게 연결되는지 확인하면 연구자들은 움직임을 제어하는 ​​신경 회로를 추가로 조사할 수 있으며, 함께 제공되는 웹 아틀라스를 통해 모든 사람이 데이터에 자유롭게 접근할 수 있습니다.

Bikoff는 "우리는 식별된 뇌 영역 중 일부가 행동 관점에서 무엇을 하는지 이해하고 있지만 이제 이러한 효과가 어떻게 매개되는지, V1 중간 뉴런의 역할이 무엇인지에 대한 가설을 세울 수 있습니다. 이는 매우 유용할 것입니다. 현장을 가설 생성 엔진으로 활용합니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241223134402.htm