하나의 신경세포가 전체 두뇌세포의 활동을 변화시킨다

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하나의 신경세포가 전체 두뇌세포의 활동을 변화시킨다

캘리포니아 대학 Howard Hughes Medical Institute의 Yang Dan 박사 연구팀은 하나의 신경세포의 활동
은, 두뇌의 파장을 변화시킨다는 것을 발견하였다.

연구는 어떻게 두뇌가 전체 규모의 활동을 조절하는지에 대한 새로운 정보를 보여주며, 각각의 세포들은 이전의 개념보다 더 영향력
을 발휘하는 것으로 제시되었다. 이 연구결과는 2009년 5월1일 저널 Science에 게재되었다.

두뇌세포들은 다른 세포들과 교류하기 위하여 전기적 자극을 이용하고, 심장박동율과 호흡율에서부터 의사결정과 방향감각기능을 이끌게
된다. 군중의 소음처럼, 인간두뇌에서 수천억개의 신경세포들은 두뇌파장이라 불리우는 거대한 활동 패턴을 만들어낸다.

이러한 패턴들은 두뇌의 일반적인 각성상태를 보여준다. 예를 들면, 두뇌전체를 통하여 동시에 일어나는 크고 느린 두뇌파장은 깊은
수면을 나타낸다. "많은 신경세포들은 동시에 같은 것을 한다"고 Dan 박사는 말한다.

수면중의 빠른 눈동자 움직임 (REM) 동안, 다른 두뇌영역들은 동시에 일어나지 않고, 보다 작고 좁은 간격으로 진동이 일어난
다. 깨어있는 사람에서 두뇌는 빠르고 연결되지 않은 패턴으로 활동한다.

Dan 박사와 그의 연구팀은 어떻게 큰 규모의 파장패턴이 두개 신경세포의 연결에 영향을 주는지를 이해하고자 하였다. 연구팀은 신
경연결들은 시간에 걸쳐서 강해지거나 또는 약해지며, 이러한 변화는 학습과 기억의 기초가 된다는 것을 알았다.

연구팀은 두뇌활동의 전체 활동패턴이, 신경세포들의 연결의 강도를 변화시킬 수 있는 신경세포들의 능력을 조정할수 있는지 여부을 연
구하였다.

쥐를 마취하여, 연구팀은 하나의 전기봉은 하나의 신경세포를 자극하였고, 다른 전기봉은 신경연결을 활성화 하기 위하여 사용하였
다. 세번째 전기봉은 모든 신경세포들에 의해서 발산되는 전체 패턴을 잡아내기 위하여 사용되었다.

연구팀은 전체 두뇌상태는 실험동안 일정하게 유지되기를 원했지만, 그러나 그 대신에 하나의 신경세포를 자극하는 것은, 전체 두뇌상
태의 변화를 야기한다는 것을 발견하였다.

"이것은 매우 놀라운 결과이다." 고 Dan 박사는 말한다. 연구팀은 하나의 신경세포를 높은 빈도로 자극을 주게되면, 두뇌는
'빠르지 않은 눈동자 움직임'에서 '빠른 눈동자 움직임'으로 전환되고 그 반대현상도 일어난다는 사실을 발견하였다.

모든 신경세포들은 약 1000개의 신경세포들과 연결될 수 있다. 그러나 대부분의 연결들은 매우 약하다. 목표로 하는 세포는 수많
은 신경세포들이 동시에 연결되지 않는 한 반응하지 않는다. 그래서 하나의 신경세포가 전체 두뇌의 활동을 변화시킬 수 있다는 사실
은 매우 놀라운 현상이라고 박사는 말한다. "하나의 신경세포들은 우리가 생각하는 것보다 더 비중이 크다."

Dan 박사는 아직 어떻게 하나의 신경세포가 그와 같은 힘을 발휘하는 지를 알아내지는 못했다. 이전에 과학자들은 패턴의 변화를
주기 위하여, 하나의 세포에 계속적으로 빠르게 자극을 주어야 했다. 그래서 많은 세포들은 동시에 자극하기 위해서 계속 반복적으
로 자극을 주게 된다.

그러나 신경세포들은 이와 같은 방식으로 자극되지 않는다. 그래서 정상적인 상황에서 하나의 신경세포 활동이 전체 두뇌 패턴을 어떻
게 변화시킬 수 있는지는 의문이다.

이러한 연구결과는 어떻게 두뇌패턴이 설정되는지에 대한 새로운 시각을 제시한다.

이전에 과학자들은 해마와 뇌간같은 두뇌구조가, 전체 두뇌활동설정에 중요한 역활을 한다는 사실을 알아내었다. Dan 박사와 그의
연구팀은 운동과 시각능력에 관여하는 대뇌피질과 같은 다른 두뇌 영역에서 두뇌세포들을 자극하였다.

Dan 박사는 대뇌 피질에서 어떻게 세포들이 두뇌상태을 조절하는지를 알지 못했다.
그러나 그녀는 신호들은 두뇌의 시상으로 돌아가서 새로운 패턴을 설정하기 위하여 자극한다는 가정을 세웠다. "우리는 많은 회로들
이 두뇌상태를 조절하는데 관여한다는 것을 알고 있고, 대뇌피질 또한 그러한 회로의 일부라고 말할 수 있다."고 박사는 말한
다.

두뇌가 어떻게 조절되는지에 대한 새로운 정보를 제공함으로써, 이 연구는 수면질환을 야기하는 것에 대한 새로운 지식을 제공할 수
있을 것이다. "몽유병에서는 낮은 파장의 수면과 깨어있는 상태가 혼합되어 있다. 당신의 근육을 움직이지만, 당신은 주변을 인식하
지 못한다." Dan 박사는 말한다. 두뇌상태를 설정하는 회로에 대한 이해는 어떻게 이와같은 혼합된 상태가 발생하는 지를 밝힐
수 있을 것이다.

다음 단계로 Dan 박사는 마취상태가 아닌, 자연적으로 깨어있고 잠자고 있는 상태의 동물을 연구하여, 정상적인 상태에서 하나의
신경세포나 또는 매우 적은 수의 신경세포들이 전체 두뇌상태에 변화를 줄 수 있는 지를 밝힐 계획이다.