신생아의 뇌회로가 시선을 안정시킨다

새로운 연구에 따르면, 몸이 아래로 기울어질 때 눈이 반사적으로 위로 회전할 수 있게 해주는 고대 뇌 회로가 동물이 발달하는 초기 생애에 자체적으로 조정된다는 사실이 밝혀졌습니다.

NYU Grossman School of Medicine의 연구자들이 이끄는 이 연구는 인간과 원시 어류에서 포유류로 진화하는 동물을 포함한 척추동물이 움직일 때 시선을 어떻게 안정시키는지에 관한 것입니다. 이를 위해 그들은 귀의 평형(전정) 시스템이 감지한 방향의 변화를 눈의 즉각적인 반대 움직임으로 바꾸는 뇌 회로를 사용합니다.

전정-안구 반사라고 불리는 이 회로는 주변 환경을 안정적으로 인식할 수 있게 해줍니다. 외상, 뇌졸중 또는 유전적 질환으로 인해 회로가 끊어지면 사람은 머리나 몸이 움직일 때마다 세상이 흔들리는 것처럼 느낄 수 있습니다. 성인 척추동물의 경우, 이 회로와 다른 뇌 회로는 감각(시각 및 평형 기관)으로부터의 피드백에 의해 조정됩니다. 현재 연구 저자들은 이와 대조적으로 신생아의 반사 회로 성숙에 감각 입력이 필요하지 않다는 사실을 발견하고 놀랐습니다.

1월 2일 저널 Science 에 온라인으로 게재된 이 연구는 인간과 유사한 시선 안정화 반사를 보이는 제브라피시 유생에서 수행한 실험을 특징으로 합니다. 또한 제브라피시는 투명하기 때문에 연구자들은 신경 세포라고 불리는 뇌 세포가 성숙하여 몸이 아래로 기울어질 때(또는 몸이 위로 기울어질 때 눈이 아래로 기울어질 때) 새끼 물고기가 눈을 적절히 위로 돌릴 수 있는 변화를 이해하는 것을 문자 그대로 관찰했습니다.

"전정 반사가 어떻게 발생하는지 발견하면 균형이나 눈의 움직임에 영향을 미치는 병리를 극복하는 새로운 방법을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다." NYU Langone Health의 이비인후과, 두경부 수술, 신경과학 및 생리학과, 신경과학 연구소의 준교수이자 이번 연구의 수석 저자인 데이비드 쇼픽 박사의 말입니다.

순간적인 기울기

반사가 시각적 피드백에 의해 조정된다는 오랜 가정을 시험하기 위해 연구팀은 태어날 때부터 눈이 멀었던 얼룩말 물고기의 눈을 기울이고 모니터링하여 반사를 유발하는 장치를 발명했습니다. 연구팀은 물고기가 기울인 후 눈을 반대로 회전하는 능력이 볼 수 있는 유생과 비슷하다는 것을 관찰했습니다.

과거 연구에서는 감각적 입력이 동물이 환경에서 올바르게 움직이는 법을 배우는 데 도움이 된다는 것이 확인되었지만, 새로운 연구에서는 전정-안구 반사의 이러한 조정이 반사가 완전히 성숙된 후에야 작용한다고 제안합니다. 놀랍게도, 또 다른 일련의 실험에서는 반사 회로가 중력을 감지하는 전정 기관인 난소낭으로부터의 입력 없이도 발달 중에 성숙에 도달한다는 것을 보여주었습니다.

전정-안구 반사는 감각 피드백 없이도 성숙할 수 있기 때문에 연구자들은 뇌 회로의 가장 느리게 성숙하는 부분이 반사 발달의 속도를 정해야 한다고 이론화했습니다. 속도 제한 부분을 찾기 위해 연구팀은 제브라피시에게 찰나의 신체 기울기를 주면서 발달 과정 전반에 걸쳐 뉴런의 반응을 측정했습니다.

연구자들은 회로의 중추 신경 세포와 운동 신경 세포가 반사가 발달을 마치기 전에 성숙한 반응을 보였다는 것을 발견했습니다. 결과적으로 회로의 가장 느린 성숙 부분은 오랫동안 생각했던 것처럼 뇌에 있을 수 없었고 대신 신경근 접합부, 즉 운동 신경 세포와 눈을 움직이는 근육 세포 사이의 신호 전달 공간에 있는 것으로 밝혀졌습니다. 일련의 실험 결과 접합부의 성숙 속도만이 물고기가 눈을 반대로 회전하는 능력을 향상시키는 속도와 일치한다는 것이 밝혀졌습니다.

앞으로, Schoppik 박사의 팀은 인간의 장애 맥락에서 새롭게 자세히 설명된 회로를 연구하기 위한 자금을 지원받습니다. 진행 중인 연구는 운동 뉴런과 신경근 접합부 발달의 실패가 사시(일명 게으른 눈, 사시)라고 하는 눈의 일반적인 정렬 불량을 포함한 안구 운동 시스템 장애로 이어지는 방식을 탐구합니다.

전정-안구 회로의 운동 뉴런 바로 상류에는 들어오는 감각 정보를 조각하고 눈이 보는 것을 균형 기관과 통합하는 인터뉴런이 있습니다. 쇼픽 박사의 또 다른 보조금은 균형 회로가 발달함에 따라 이러한 세포의 기능이 어떻게 방해를 받는지 더 잘 이해하고자 하며, 미국에서 균형 문제로 씨름하는 5%의 어린이를 돕는 것을 목표로 합니다.

"전정 회로가 어떻게 나타나는지에 대한 기본 원리를 이해하는 것은 균형 문제뿐만 아니라 뇌 발달 장애를 해결하는 데 필수적입니다." 첫 번째 연구 저자인 페이지 리어리 박사가 말했습니다. 그녀는 쇼픽 박사 연구실의 대학원생으로 연구를 이끌었지만 그 후로 기관을 떠났습니다.

Schoppik 박사와 Leary 박사와 함께 NYU Langone Health의 이비인후과-두경부외과, 신경과학 및 생리학과, 신경과학 연구소의 연구 저자로는 Celine Bellegarda, Cheryl Quainoo, Dena Goldblatt, Basak Rosti가 있습니다. 이 연구는 National Institutes of Health에서 National Institute on Deafness and Communication Disorders의 보조금 R01DC017489 및 F31DC020910을 통해 지원되었고, National Institute for Neurological Disorders and Stroke의 보조금 F99NS129179를 통해 지원되었습니다. National Science Foundation도 대학원 연구 펠로우십 DGE2041775를 통해 이 연구를 지원했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250102162255.htm