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.
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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.
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https://www.jneurosci.org/content/40/19/3768/tab-figures-data (논문 주소, article)