기본 콘텐츠로 건너뛰기

Translate

superior colliculus 연구를 통한 시각적 정보 획득




미국 NEI (National Eye Institute)의 연구원들은 생쥐가 시각 이벤트를 입력해야하는 중요한 시간적 찰나를 과학적으로 정의했다. 뇌가 시각 정보를 처리함에 따라, superior colliculus로 알려진 진화적으로 보존 된 영역에서 시각적 이벤트가 발생했음을 뇌의 다른 영역에 알린다. 100 밀리 초 동안 이 뇌 영역을 억제하면 마우스에서 시각적 이벤트 인식이 억제되었다. 이러한 발견은 초기 시각 처리단계에 속하는 것으로 초기 시각 처리 단계를 이해하면 정신 분열증 및 주의력 결핍 과잉 행동 장애 (ADHD)와 같은 지각과 시각주의에 영향을 미치는 조건에 대한 설명을 가능하게 한다.

사람이 무언가를 보았다는 것을 알 수있는 능력은 눈과 뇌가 협력하는 것에 달려 있다. 망막에서 생성 된 신호는 망막 신경절 세포 신경 섬유를 통해 뇌로 이동한다. 생쥐에서 망막 신경절 세포의 85 %가 superior colliculus에 연결된다. superior colliculus는 마우스에서 대부분의 초기 시각 처리를 제공한다. 영장류에서, 매우 복잡한 시각 피질은 이러한 시각 처리 부하를 더 많이 차지하지만, 망막 신경절 세포의 10 %는 여전히 기본적이지만 필요한 지각 작업을 관리한다. 이러한 작업의 하나는 시각적인 이벤트가 발생한 것을 감지하는 것이다. 시야 내에서 이벤트가 발생했다는 충분한 증거가있는 경우, superior colliculus 망막 및 피질에서 정보를 수집하고 superior colliculus 뉴런이 활성화 됨으로써 감지되는 것이다.

지각적 의사 결정의 고전적 실험에서 사람이나 원숭이 등의 대상으로 일련의 희미한 수직 흑백 선 (격자)의 이미지를보고, 격자가 약간 회전 여부 또는 언제 회전 여부를 결정하는 실험을 마우스에 적용시키는 새로운 길을 열수 있었는데, 마우스에서 인간에 대한 데이터의 변환은 신중하게 할 필요가 있다고 하나 마우스의 시각 시스템도 인간처럼 이벤트 감지와 시각적 주의에 대한 기본적인 메커니즘을 역시 많이 보유하고 있어 특정 유전자와 신경 세포가 인식 제어에 어떻게 관여하고 있는지를 면밀히 연구 할 수 있는 좋은 방법에 속한다.

이 연구에서 광 유전학 (optogenetics)이라는 기술을 사용하여 시간이 지남에 따른 행동 습성을 엄격하게 통제했다. 게다가 유전적으로 변형된 생쥐를 사용하여 광선을 사용하여 superior colliculus의 뉴런을 켜거나 끌 수있었다. 이 온-오프 스위치의 시간을 정확하게 측정 할 수있어 연구원들은 시각 이벤트를 탐지하기 위해 우수한 대퇴골의 뉴런이 언제 언제 필요한지를 결정할 수 있었다. 연구원들은 생쥐가 시각적 이벤트 (수직 격자의 회전)를 볼 때 주둥이를 핥고 그렇지 않을때는 주둥이를 핥지 않도록 훈련 시켰다.

superior colliculus의 세포를 억제하면 생쥐가 연구를 위해 주어진 사건을 볼 가능성이 적어졌으며, 생쥐의 사건에 따른 행동 결정은 더 오래 걸렸다. 시각적 사건 후 100 밀리 초 (1/10 분의 1 초) 간격 내에 억제가 발생해야 했지만 100 밀리 초 기간을 벗어나 마우스의 결정은 거의 영향을받지 않았다. 특히 superior colliculus 세포 억제에 의한 영향은 측면-특이 적이었다. 즉 망막 세포가 머리의 반대쪽에있는 superior colliculus를 가로 질러 연결하는 형태라 왼쪽 눈은 superior colliculus에 연결되고 그 반대도 마찬가지이기 때문에 superior colliculus의 오른쪽을 억제하면 왼쪽에는 자극에 대한 반응이 있지만 오른쪽에는 반응이 나타나지 않는다.

정확한 타이밍으로 신경 신호의 전송을 일시적으로 차단하는 능력은 마우스에서 광 유전학을 사용하는 가장 큰 장점 중 하나이며 중요한 신호가 회로를 통과하는 시점을 정확하게 보여줄 수 있다. 흥미롭게도, 연구자들은 쥐가 시야의 다른 곳에서 일어나는 일을 무시하도록 교육했을 지라도 superior colliculus의 활성이 없으면, 마우스는 산만 한 시각적 사건을 무시할 수 없게 되었다. 이 기능은 실제 세계의 복잡한 시각적 환경과 신경의 관계를 탐색하는 데 중요하다.

superior colliculus는 깔끔하게 구성된 시각적 세계지도를 가지고 있기 때문에 이러한 기능을 조사하기에 좋은 대상이다. 그리고 이것은 기저핵과 같이 덜 깔끔한 조직과 연결되어 있으며, 이는 인간의 광범위한 신경 정신병적 장애와 직접 관련이 있다. 시각적 정보의 처리를 위한 신경의 연결은 매번 알 수없는 친구에게 다가가 그 친구의 손을 잡고있는 것과 같다. 따라서 superior colliculus의 연구는 이 낯선 커넥션을 밝혀내기 위한 좋은 연구 대상이 될 수 있을 것이다.

[관련링크 - related link]