새로운 연구에 따르면 척수는 독립적으로 움직임을 학습하고 기억할 수 있으며, 척수 역할에 대한 전통적인 견해에 도전하고 잠재적으로 척추 부상 환자를 위한 재활 전략을 향상시킬 수 있습니다.
새로운 연구에 따르면 척수의 뉴런은 뇌와 독립적으로 정보를 학습하고 유지하는 능력을 가지고 있습니다.
척수는 종종 뇌와 신체 사이에 신호를 전달하는 단순한 통로로 설명됩니다. 그러나 척수는 스스로 움직임을 학습하고 기억할 수 있습니다.
루벤 소재 플랑드르 신경전자공학 연구센터(NERF)의 연구진은 어떻게 두 개의 서로 다른 신경 집단이 척수가 완전히 뇌와 독립적인 방식으로 학습된 행동에 적응하고 기억할 수 있게 하는지 자세히 설명했습니다. 이 놀라운 결과는 저널에 게재되었습니다. 과학, 척추 회로가 움직임의 제어 및 자동화에 어떻게 기여하는지에 대해 새로운 시각을 제시합니다. 이러한 아이디어는 척추 부상을 입은 사람들의 재활과 관련이 있을 수 있습니다.
척수의 수수께끼 같은 가소성
척수는 다양한 감각 정보 소스를 통합하여 우리의 행동과 움직임을 조절하고 제어하며, 뇌의 입력 없이도 그렇게 할 수 있습니다. 또한, 척수의 뉴런은 충분히 반복된 연습을 통해 다양한 작업을 독립적으로 조정하는 방법을 배울 수 있습니다. 그러나 척수가 어떻게 이 놀라운 가소성을 달성하는지에 대해서는 수십 년 동안 신경과학자들이 의구심을 품었습니다.
이러한 신경과학자 중 한 명은 타케오카 아야(Aya Takeoka) 교수입니다. Neuroelectronics Research Flanders(NERF, imec, KU Leuven 및 VIB가 지원하는 연구 기관)의 그녀 팀은 신경 연결이 어떻게 연결되어 있는지, 그리고 학습에 따라 어떻게 기능하고 변화하는지를 탐구하여 척수가 부상에서 어떻게 회복되는지 연구합니다. 새로운 움직임.
Takeoka 교수는 “20세기 초의 실험에서 척수 내 '학습'에 대한 증거가 있지만 어떤 뉴런이 관련되어 있고 이러한 학습 경험을 어떻게 인코딩하는지에 대한 질문은 여전히 답이 없습니다.”라고 말합니다. .
문제의 일부는 진정되지는 않았지만 깨어 있고 움직이는 동물의 척수에 있는 개별 뉴런의 활동을 직접 측정하는 것이 어렵다는 것입니다. Takeoka 팀은 동물이 몇 분 안에 특정 동작을 훈련하는 모델을 활용했습니다. 이를 통해 연구팀은 척수 학습을 위한 세포 유형별 메커니즘을 밝혀냈습니다.
두 가지 특정 유형의 뉴런
척수가 어떻게 학습하는지 조사하기 위해 Takeoka 실험실의 박사 연구원 Simon Lavaud와 그의 동료들은 곤충 연구에서 사용된 방법에서 영감을 받아 쥐의 운동 변화를 측정하기 위한 실험 장치를 구축했습니다. “우리는 6개의 서로 다른 신경 집단의 기여도를 평가하고 운동 학습을 중재하는 등쪽 뉴런과 배쪽 뉴런의 두 집단을 확인했습니다.”
Lavaud는 “이 두 그룹의 뉴런이 번갈아 나타납니다.”라고 설명합니다. “등쪽 뉴런은 척수가 새로운 움직임을 배우는 데 도움이 되고, 복부 뉴런은 나중에 그 움직임을 기억하고 수행하는 데 도움이 됩니다.”
“이를 척수 내의 릴레이 경주에 비유할 수 있습니다. 등쪽 뉴런은 학습에 중요한 감각 정보를 전달하는 첫 번째 주자와 같은 역할을 하며 학습된 동작이 원활하게 기억되고 실행되도록 합니다. .”
뇌 밖의 학습과 기억
자세한 결과는 다음에 게시되었습니다. 과학이는 척수의 뉴런 활동이 다양한 고전적 유형의 학습 및 기억과 유사하다는 것을 보여줍니다. 이러한 학습 메커니즘을 밝혀내는 것은 우리가 움직임을 배우고 자동화하는 다양한 방식에 기여할 가능성이 높으며 재활의 맥락에서도 관련될 수 있기 때문에 매우 중요하다고 Aya Takeoka 교수는 말합니다. 척수는 운동 학습과 장기 운동 기억에 관여하며, 둘 다 정상적인 건강 상태뿐만 아니라 특히 뇌나 척수 손상에서 회복하는 동안 우리가 움직이는 데 도움이 됩니다.
참고 자료: Simone Lavaud, Charlotte Bishara, Mattia Dandola, Shu Hao Yeh 및 Aya Takeoka의 “두 종류의 억제 뉴런이 척추 감각운동 적응의 획득 및 검색을 제어합니다”, 2024년 4월 11일, 과학.
도이: 10.1126/science.adf6801
연구(팀)는 Flanders Research Foundation(FWO), Marie Skłodowska-Curie Action(MSCA), Taiwan-KU Leuven Doctoral Fellowship(P1040) 및 Wings for Life 골수 연구 재단의 지원을 받았습니다.
