쥐에서 경험 정보에 근거한 의사결정을 위한 회로의 확인기억과 실행 허브는 깨어있는 정신적 재연 동안 정확히 같은 방식으로 작동

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쥐에서 경험 정보에 근거한 의사결정을 위한 회로의 확인

- 기억과 실행 허브는 깨어있는 정신적 재연 동안 정확히 같은 방식으로 작동

* 출처 : 보도자료(2016년 3월 11일)

(http://www.nih.gov/news-events/news-releases/circuit-experience-informed -decision-making-idd-rats)

【그림설명】

공간 기억 및 경험 기반 의사결정에 기초가 되는 두뇌 회로가 쥐에서 발견 Shantanu Jadhav박사, Brandeis University

□ 두뇌가 어떻게 과거의 경험들을 의사 결정을 이끌 수 있는가?

ㅇ 몇 년 전에 국립보건원의 지원을 받은 연구자들이 쥐에서 과거 경험의 정신적 재연이 학습과 정보 기반의 선택에 있어서 필수적이라는 점을 제안

ㅇ 비활성기 동안 위치를 부호화하는 독특한 시스템을 포함하여 근원적인 두뇌 회로의 핵심비밀을 그 팀에서 발견

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□ NIMH 대리책임자인 Bruce Cuthbert 박사는 실행 기능, 사회적인 인지 및 기억과 같은 기본적인 기능들에 기초가 되는 세포 및 회로 수준의 과정들의 이해에 대한 진전들이 복잡한 행동들의 근원을 발견하는 NIMH 임무에 적합하다고 언급

□ 쥐가 미로를 통해 움직이거나 단지 정신적으로 경험을 재현하는 동안, CA1 이라고 불리는 위치에 대해 특이적인 두뇌의 기억 허브의 지역 또는 해마는 실행 허브의 의사 결정 지역 또는 전두엽 피질(PFC)과 소통

ㅇ 경험의 정신적 재현동안 흥분되는 전두엽 피질 신경세포들의 특정 부분집합은 이동 중에 활성화되는 반면 미로에서 이동 중에 덜 관련된 다른 특정 부분 집합은 재현 동안 저해

□ 동 연구의 제1 공저자로 현재 Brandeis 대학 조교수인 Shantanu Jadhav 박사는 깨어있는 재현동안 이 CA1-PFC 회로 내에서 강하게 조정된 활성은 기억들을 결합하고 향후 행위를 결정하기 위하여 이용하기 위해 두뇌의 능력을 최적화 하는 개연성이 있다고 설명

ㅇ 이 연구에 대한 그의 기여들은 부분적으로 국립 정신건강 연구소의 연구 연수 및 경력개발 사무소의 독립 연구비에 의해 가능해짐

□ Jadhav와 그의 동료 과학자 Gideon Rothschild 박사는 샌프란시스코 소재 캘리포니아 주립대학의 NIMH 연구비 수혜자인 Loren Frank 박사의 박사후연구원 지도 하에 연구를 주도

ㅇ 그들은 2016년 3월 10일 이 발견들을 Neuron 지에 발표

□ 연구 전, 연구자들은 해마와 전두엽이 기억에 유도된 행동에 필수적인 역할을 수행하는 것을 알고 있었지만 어떤 신경 활동 패턴들이 정확하게 이런 능력에 기초가 되는지는 신비로 남아있었음

□ 이전 연구들은 해마에서 place cells라고 불리는 신경세포들이 쥐들이 미로를 탐험할 때 특정한 장소와 관련됨을 발견

ㅇ 동물들이 비활성인 휴지기 동안, 그들은 정신 속에서 이러한 장소 경험들을 재현 ㅇ 미로 탐험 동안 활성화된 장소 세포들은 보다 빠른 시간대로 동일한 순서로

다시 활성화

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ㅇ 이는 해마에서 예파 잔물결(SWRs)이라고 불리는 전기적인 활성의 숨길 수 없는 순간적인 폭발에 반영

□ Jadhav는 해마의 이런 예파 잔물결 활동이 학습에 필수적이라는 것을 이미 밝혔지만 이것이 두뇌의 다른 부분과 어떻게 관련되는지는 알지 못한다고 설명 ㅇ 기억 회복을 지원하기 위해서 SWRs 동안 해마 및 전두엽 피질의 활동이

조정되어야만 한다고 의심했다고 강조

□ 쥐들이 공간 임무들을 학습하면서 두가지 지역에서 동시에 신경세포 집단에서 활성을 조사하였을 때, Jadhav 및 Rothschild 연구진은 해마와 전두엽 피질 모두에 걸친 SWRs 동안 조화된 재활성화를 관찰

ㅇ 그들은 전두엽 피질에서, 신경세포들의 기능적으로 특징적인 집단에서의 저해와 함께 이런 재활성은 흥분을 포함한다는 것을 놀랍게도 발견

ㅇ 특정한 SWR 내에서 전두엽 신경세포들은 동시에 재활성화된 해마 신경세포들이 흥분된 것과 유사하게 공간 표현을 보여 준 반면 관련되지 않은 표현들과 관련된 전두엽 신경세포들은 저해되어 있음

ㅇ 해마로부터 재현된 정보와 일치하게 어떠한 잠재적인 주의 집중을 저해하는 활성은 짐작하건데 깨어있는 기억 기능을 최적화하면서 따라서 억제되어 있음

□ Jadhav는 이번 결과들이 SWRs이 지속되는 경험들과 관련된 표현들의 고도로 특이적인 구조화된 재활성화를 반영하는 해마와 전두엽 피질 간의 강한 조정의 시간을 표시함을 규명하였다고 언급

□ 병행된 연구에서 Frank의 UCSF 연구진은 CA2라고 불리는 해마의 인접 지역에 집중

ㅇ 거기에서 그들은 신경세포들의 특정 집단이 SWRs 바깥쪽에서 가장 강하게 활성화될 뿐만 아니라 수면 중을 포함하여 동물들이 움직이지 않을 때에도 동물의 위치에 대한 신호를 전달함을 발견

ㅇ 이들 신경세포들의 활성화되는 패턴은 CA1에서 발견되는 SWR 관련된 장소 세포들의 활성화 패턴을 이런 식으로 보충

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□ 이번 연구는 동물이 움직이거나 멈춰있는지 여부에 의존한 공간 특이적 기억 들의 형성을 위한 특정 신경세포 부호들을 두뇌가 이용함을 드러냈음

ㅇ 특히 CA2가 사회적인 기억들과 최근에 연관되어 있으며 Frank에 따르면 재활성화된 기간 동안 사회적 경험들이 발생

□ 현저하게 SWR 대 비SWR 패턴에서의 소성 변화의 시간 척도는 전두엽 피질과 CA2에서 유사하며 이는 뇌가 빠르게 순간적인 민첩성을 가지고 두 개의 부호화 시스템들을 전환하고 있음을 나타냄

□ Frank는 망상과 유사한 정신 문제들은 외부세계로부터 실체에 대하여 내부적 으로 잘못 생산된 정보를 포함하며 정상적인 두뇌에서 관찰한 과거와 현재 간의 빠르고 정확한 변환들이 정신질환에서 고장 났을 수 있다고 언급

□ 개별 NIMH 연수 프로그램으로 연구 연수가 지원된 대학원생 Kennet Kay에 의해 주도된 Frank 및 UCSF 연구진은 그들의 발견을 Nature에 2016년 3월 2일 온라인으로 보고

□ NIMH 신경과학 및 기초 행동과학 부문 연구 연수 및 경력 부책임자인 Nancy Desmond 박사는 Jadhav 및 Kay와 같은 차세대 연구자들에게 투자하는 것은 NIMH가 임무를 지속적으로 완수하기 위해 필수적이라고 언급

□ 추가적인 정보를 위해서는 휴지기에 두뇌가 위치를 추적하도록 허용하는

‘Brain GPS’ 구성요소를 참고(UCSF 공식발표) ㅇ 연구비 : MH090188, MH100284

ㅇ 국립 정신건강연구소

- 기초 및 임상 연구를 통해서 정신질환의 이해와 치료를 예방 및 회복을 위한 길로 바꾸는 미션을 수행 중

- 보다 많은 정보를 위해서는 http://www.nimh.nih.gov를 방문

ㅇ 미 국립보건원에 대하여 : 미 국립보건원은 국가에서 설립한 의료 연구기관

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【참고문헌】

Coordinated Excitation and Inhibition of Prefrontal Ensembles During Awake Hippocampal Sharp-Wave Ripple Events. Jadhav SP, Rothschild G, Roumis DK, Frank LM. Neuron, March 10, 2016.

A hippocampal network for spatial coding during immobility and sleep. Kay K, Sosa M, Chung JE, Karlsson MP, Larkin MC, Frank LM. Nature. 2016 Mar 2. doi:

10.1038/nature17144. [Epub ahead of print] PMID: 26934224 으로 27개 연구소와 센터로 구성

- 기초, 임상 및 중개 의료 연구를 지원하는 주요 연방기관이며 질환들의 원인, 대처 및 치료를 연구

- 보다 많은 정보가 필요한 경우 www.nih.gov 방문 요망

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