작성일 : 14-06-13 12:48
[뉴스] 혀를 깨물지 못하도록 하는 복잡한 신경회로
 글쓴이 : happy
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혀를 깨물지 못하도록 하는 복잡한 신경회로

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KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 2014-06-12


씹는 행위에는 혀가 음식을 이로 밀어넣은 다음에 다시 이에 물리지 않도록 얼른 다시 빼야 하는 행위가 필요하다. 연구자들은 복잡한 추적 기술을 이용하여 실험쥐의 뇌 회로에 대한 지도를 작성하여 식사시간에 상대적으로 고통이 없도록 유지했다. 이번 연구는 수면 시 이을 가는 행위에서 미소를 짓는 행위 그리고 복잡한 발성까지 다양한 인간행위를 이해하는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 

먹는 행위는 숨을 쉬거나 잠을 자는 것처럼 기본적인 생물학적 과제처럼 생각된다. 하지만 씹는 것은 혀와 턱뼈 사이의 복잡한 상호작용이 필요하며 혀는 이 사이에 음식의 위치를 만들어주고 음식을 씹기 위해서 턱뼈가 닫힐 때마다 얼른 빠져나와야 한다. 만일 이러한 행동이 정확하게 조율되지 않는다면 매번 음식을 씹기보다는 혀를 씹게 될 것이다. 

듀크 대학의 연구자들은 실험쥐를 대상으로 한 실험에서 식사시간에는 상대적으로 고통을 주지 않는 상태에서 뇌의 회로의 지도를 작성하기 위해 복잡한 추적장치를 사용했다. 학술지 <eLife>지에 발표된 이 논문은 다양한 인간행위에 대한 이해를 도울 수 있을 것이다. 

이번 연구의 주저자이면서 듀크의대의 대학원 연구원인 에드워드 스타넥 4세 (Edward Stanek IV)는 “씹는 행위는 의도적으로 통제할 수 있는 활동이다. 하지만 만일 이에 대해서 관심을 중단하게 된다면 뇌의 상호연결된 뉴런이 모든 것을 처리하게 된다. 우리는 어떻게 이 모든 것이 작동하는지를 이해하는 것으로 첫 번째 연구는 어디에서 뉴런이 존재하는지를 찾는 것이었다”고 말했다. 이전에 지도작성을 위한 연구를 통해서 씹는 행위를 통제하는 센터에 대해서 상대적으로 흐릿한 그림을 그릴 수 있었다. 연구자들은 턱뼈의 근육의 움직임과 혀의 움직임은 운동뉴런 (motoneuron)이라 불리는 특별한 뉴런에 의해 통제된다는 것을 알고 있었으며 이들은 또한 전운동뉴런 (premotor neurons)에 의해서 통제된다. 하지만 정확하게 이들 연결이 이루어지는지 – 즉, 어떤 전운동뉴런이 어떤 운동뉴런과 연결되는지 – 에 대해서는 알려지지 않고 있다. 

신경생물학 교수이면서 듀크대학 뇌과학연구소 (Duke Institute for Brain Science)의 일원인 판 왕(Fan Wang)은 몇 년 동안 실험쥐의 신경회로를 작성하려는 연구를 했다. 그녀의 지도를 받아서 스타넥은 특별한 형태의 광견병 바이러스를 이용하여 씹는 운동의 기원을 추적했다. 이 광견병 바이러스는 자연적으로 전체 뇌에 감염될 때까지 뉴런을 뒤쪽으로 뛰어다니면서 작동하게 만든다. 이번 연구에서 스타넥은 유전적으로 광견병이 불능된 바이러스를 가지고 근육에서 운동뉴런으로 점프하고 다시 운동전뉴런으로 점프할 수 있도록 조작했다. 이 바이러스는 또한 연구자들이 어디에 바이러스가 점프를 한 후에 어디에 도달하는지를 알 수 있도록 녹색과 붉은색 형광태그를 가지도록 만들었다. 

스타넥은 이 형광물질이 부착된 바이러스를 두 개의 근육, 즉 혀에 튀어나온 턱설근 (genioglossus muscle)과 턱뼈가 닫히도록 하는 교근 (masseter muscle)에 주입했다. 그는 일군의 운동전뉴런이 동시에 턱뼈가 열리도록 조절하는 운동뉴런과 연결되고 이것은 혀가 튀어나오도록 하는 운동을 일으킨다는 것을 발견했다. 이와 유사하게 그는 턱뼈가 닫히도록 조절하고 혀가 수축하게 되는 두 개의 운동뉴런과 연결되는 다른 그룹을 발견했다. 이번 결과는 혀와 턱뼈의 운동을 조절하는 단순한 방법은 혀가 손상되는 것으로 부터 안전하게 한다는 것을 보여주고 있다. 

스타넥은 “다양한 근육을 통제하기 위해서 운동전뉴런을 공유하여 사용하는 것은 운동시스템의 일반적인 특성일 것이다. 뇌의 다른 부분에 대한 연구를 수행한 다른 연구들에서 개별 뉴런은 다양한 후속지점에 영향을 줄 수 있다”고 말했다. 연구자들은 실험쥐의 뇌에서 훨씬 뒤쪽으로 점프하는 기술을 이용하는데 관심을 갖고 있다. 이것은 궁극적으로 피질에 대한 전체적인 회로에 대한 지도를 작성하는 것이다. 하지만 연구자들은 운동전 뉴런과 운동뉴런 사이의 연결성에 대해서 좀 더 깊게 이해하는 연구를 계획하고 있다. 스타넥은 “이것은 구강안면운동의 통제를 이해하는데 있어서 작은 움직임일 뿐이다. 우리는 단순히 두 개의 근육을 조사했을 뿐이며 적어도 10개의 다른 근육이 씹고 마시고 말하는데 연관된다. 아직도 이러한 다른 근육들을 조사할 것이 많으며 그 이후에 어떻게 이들 근육이 모두 작동하고 조절하는가를 이해할 수 있을 것”이라고 말했다. 

출처: <Science Daily> 2014년 6월 7일 

원문참조: 
E. Stanek, S. Cheng, J. Takatoh, B.-X. Han, F. Wang. Monosynaptic premotor circuit tracing reveals neural substrates for oro-motor coordination. eLife, 2014; 3 (0): e02511 DOI: 10.7554/eLife.02511 

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