움직임을 제어하는 ​​뇌 부분은 감정도 안내합니다 | 콴타 매거진

최근 수십 년 동안 신경과학은 놀라운 발전을 이루었지만 뇌의 중요한 부분은 여전히 ​​미스터리로 남아 있습니다. 나는 소뇌를 언급하고 있습니다. 소뇌는 라틴어로 "작은 뇌"를 뜻하는 이름으로, 뇌 뒤쪽에 롤빵처럼 위치해 있습니다. 이는 결코 작은 실수가 아닙니다. 소뇌에는 모든 뇌 뉴런의 4분의 3이 포함되어 있으며, 다른 곳에서 발견되는 얽힌 뉴런과는 달리 거의 결정체 배열로 구성되어 있습니다.

백과사전 기사 교과서에서는 소뇌의 기능이 신체 움직임을 제어하는 ​​것이라는 사실을 강조합니다. 소뇌에 이 기능이 있다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 그러나 과학자들은 이제 이러한 오랜 견해가 근시안적이라고 의심합니다.

아니면 저는 11월에 워싱턴 DC에서 학회에 참석하면서 배웠습니다. 신경 과학 학회 연례 회의, 세계 최대의 신경과학자 모임. 그곳에서 두 명의 신경과학자들이 조직했습니다. 심포지엄 운동 조절과 관련이 없는 소뇌의 새로 발견된 기능에 대해. 새로운 실험 기술은 소뇌가 움직임을 제어하는 ​​것 외에도 복잡한 행동, 사회적 상호 작용, 공격성, 작업 기억, 학습, 감정 등을 조절한다는 것을 보여줍니다.

지배적인 지혜의 균열

소뇌와 운동 사이의 연관성은 19세기부터 알려져 왔습니다. 뇌 부위에 외상을 입은 환자들은 균형과 움직임에 명백한 어려움을 겪었으며 이것이 움직임을 조정하는 데 중요하다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 수십 년에 걸쳐 신경과학자들은 소뇌의 독특한 신경 회로가 운동 기능을 어떻게 제어하는지에 대한 자세한 이해를 발전시켰습니다. 소뇌가 어떻게 작동하는지에 대한 설명은 완벽해 보였습니다.

그러다가 1998년에 일지에서 뇌, 신경과 전문의는 다음과 같이 보고했습니다. 광범위한 정서 및 인지 장애 소뇌가 손상된 환자의 경우. 예를 들어, 1991년 22세 여대생이 스케이트를 타다가 넘어졌다. CT 스캔 결과 소뇌에 종양이 있는 것으로 나타났습니다. 수술로 제거한 후 그녀는 완전히 다른 사람이 되었습니다. 그 총명한 대학생은 능숙하게 글을 쓰고, 암산을 하고, 일반적인 사물의 이름을 지정하고, 간단한 도표를 복사하는 능력을 상실했습니다. 그녀의 기분은 가라앉았습니다. 그녀는 이불 속에 숨어 부적절하게 행동했고, 복도에서 옷을 벗고 아기 이야기를 했습니다. 친숙한 얼굴을 인식하는 것을 포함한 사회적 상호작용도 손상되었습니다.

이 사례와 유사한 사례는 저자를 당황하게 했습니다. 이러한 높은 수준의 인지 및 감정 기능은 대뇌 피질과 변연계에 존재하는 것으로 이해되었습니다. “소뇌의 역할이 정확히 무엇인지, 소뇌가 이를 어떻게 수행하는지에 대해서는 아직 확립되지 않았습니다.”라고 그들은 결론을 내렸습니다.

전통적인 통념이 잘못된 방향으로 가고 있다는 임상 연구의 이러한 단서에도 불구하고 주요 권위자들은 여전히 ​​소뇌의 기능은 움직임을 제어하는 ​​것일 뿐 그 이상은 아니라고 주장했습니다. “(이 사건이 보고된 지) 20년이 지났기 때문에 좀 슬프다”고 말했다. 디아시누 피오라반테, 컨퍼런스 심포지엄을 공동 주최한 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스의 신경생리학자입니다.

다른 신경과 의사들은 환자의 신경정신과적 결함을 계속해서 발견했다고 신경과학자가 말했습니다. 스테파니 루돌프 Fioravante와 함께 심포지엄을 공동 주최한 Albert Einstein 의과대학의 교수입니다. 그러나 소뇌의 독특한 신경 회로가 보고된 심리적, 정서적 기능을 어떻게 조절할 수 있는지에 대한 확실한 해부학적 증거가 없었기 때문에 임상 보고서는 간과되었습니다.

이제 소뇌 회로에 대한 더 나은 이해는 이러한 사례 연구가 옳고 지배적 지혜가 틀렸다는 것을 증명하고 있습니다.

정밀배선

XNUMXD덴탈의 소뇌의 배선 패턴 뇌 뉴런의 4분의 XNUMX이 XNUMX인치 엽에 집중되도록 정밀하게 조직되고 압축되어 있습니다. 퍼킨제 세포(Purkinje cell)라고 불리는 소뇌의 주요 뉴런 유형은 부채산호처럼 넓게 가지를 뻗었지만 평평하고 거의 XNUMX차원적입니다. 팬의 날개는 들어오는 신호를 수신하는 뉴런의 수상돌기입니다. 이 편평한 뉴런은 마치 수백만 개의 부채산호가 촘촘하게 쌓인 것처럼 평행하게 배열되어 있습니다. 수천 개의 작은 뉴런이 베틀의 실처럼 수상돌기 더미를 통해 수직으로 축삭(전기 자극을 전달하는 뇌의 전송 케이블)을 실행합니다. 각 축삭은 수만 개의 퍼킨제 세포의 수상돌기와 연결됩니다.

이러한 수준의 상호 연결성은 소뇌의 50억 개의 뉴런에 놀라운 통합 능력을 제공합니다. 소뇌에 고유한 이 회로는 신체 움직임을 조절하기 위해 감각에서 들어오는 엄청난 양의 데이터를 처리할 수 있습니다. 무대 위를 뛰어다니는 발레리나의 유연한 움직임을 위해서는 소뇌가 팔다리의 위치 변화를 추적하고 균형을 유지하며 신체가 움직이는 공간을 매핑하는 동시에 모든 감각의 정보를 빠르게 처리해야 합니다. 소뇌는 이러한 동적 정보를 사용하여 정확한 타이밍에 근육을 제어하고 감정과 동기에 따라 올바른 사회적 맥락에서 이를 수행합니다.

Fioravante와 Rudolph는 신체 움직임에 대한 정보를 통합하는 소뇌의 강력한 신경 회로가 복잡한 정신 과정과 행동을 처리할 수 있는 장비도 갖추고 있다는 사실을 신경과학자들이 이제 깨닫고 있다고 말했습니다.

심포지엄이 시작되기 전 이야기를 나누면서 루돌프는 이렇게 설명했습니다. “예를 들어, 지금 당장 여러분이 질문하면 우리는 답을 줍니다. 그것은 복잡한 행동이다.” 그녀는 내 말을 이해하고 반응을 공식화한 다음 근육을 사용하여 단어를 생성해야 했습니다. 그녀는 또한 내 신체 언어와 기타 미묘한 신호를 받아들여야 했습니다. “예를 들어 당신은 지금 고개를 끄덕이고 있습니다. 이를 통해 당신이 듣고 있고 관심을 갖고 있다는 결론을 내릴 수 있습니다.”라고 그녀는 말했습니다.

나는 전에는 말하기에 필요한 운동 조절의 복잡성을 완전히 이해하지 못했습니다. 육체에는 소리를 내고 음높이와 음량을 조절하는 복잡한 혀와 입술의 체조뿐 아니라 몸짓도 포함됩니다. 우리의 말은 타이밍이 맞춰져 있어 다른 사람에 대해 이야기하지 않으며 사회적 맥락에 맞게 규제됩니다. 적절한 감정이 주입되고 동기, 생각, 기대 및 분위기에 따라 움직입니다.

이러한 다양한 기능을 조정하려면 뇌 심부 영역에서 수행되는 심박수 및 혈압 조절부터 변연계에서 수행되는 감각 및 감정 정보 처리에 이르기까지 뇌가 수행하는 거의 모든 기능을 활용해야 합니다. 또한 전전두엽 대뇌 피질의 이해, 억제 및 의사 결정과 같은 최고 수준의 인지 기능을 사용해야 합니다.

소뇌가 그렇게 하려면 뇌 전체에 걸쳐 연결되어 있어야 합니다. 지금까지는 이에 대한 증거가 부족했지만 새로운 기술이 이러한 경로를 밝혀내고 있습니다.

감각 입력의 허브

불과 수십 년 전만 해도 신경해부학자들이 뇌 지도를 작성했을 때 소뇌에서 변연계나 전두엽 피질과 같이 감정과 인지를 제어하는 ​​뇌 영역까지 직접적인 연결을 찾을 수 없었습니다. 이로 인해 그들은 소뇌가 다소 고립되어 있으며 이러한 고등 인지 기능에 관여하지 않는다고 믿게 되었습니다. 그러나 도둑이 차량을 바꿔 추적기를 피할 수 있는 것처럼 신경 신호도 한 뉴런에서 다음 뉴런으로 도약할 수 있습니다. 이 잠복 행동으로 신경해부학자들은 소뇌의 흔적에서 벗어나게 되었습니다.

새로운 방법을 통해 신경해부학자들은 소뇌에서 중계점을 거쳐 뇌 전체에 걸쳐 이러한 경로를 추적할 수 있게 되었습니다. 예를 들어, 연구자들은 뉴런에 광견병 바이러스를 심어 어떤 다른 뉴런과 접촉하는지 정확하게 확인할 수 있습니다. 그들은 신경 자극이 발생할 때 형광 단백질이 깜박이도록 유전자 조작하여 신경 회로의 교통 흐름을 볼 수 있습니다. 또한 신경 트래픽으로 인해 남겨진 발자국을 추적할 수 있습니다. 신경이 활성화될 때 생성되는 단백질의 모양은 특정 행동이 수행될 때 신경망에서 통신하는 모든 세포를 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

심포지엄에서 연구자들은 소뇌에 대한 진화하는 이해를 보여주는 이러한 새로운 방법으로 밝혀진 수많은 흥미로운 새로운 발견을 공유했습니다.

제시카 베르푸트 애리조나 주립대학교의 연구진은 생쥐가 사회화하거나 미로를 통과하는 방법을 배울 때 뇌 전체에서 활성화되는 소뇌 연결의 복잡하고 광범위한 네트워크를 설명하는 데이터를 보고했습니다.

루돌프는 새끼를 돌보는 암컷 쥐를 대상으로 연구한 모성 행동이 소뇌에 작용하는 호르몬, 특히 모성 유대를 촉진하는 호르몬인 옥시토신의 영향을 받았다는 사실을 보여주는 실험을 공유했습니다. 이 메커니즘이 실험적으로 중단되자 어미는 더 이상 새끼를 돌보지 않았습니다.

양이메이 미네소타 대학의 연구진은 그녀가 특정 소뇌 뉴런을 파괴했을 때 쥐가 우리에 들어온 익숙하지 않은 쥐와 교감하는 데 흥미를 잃었다는 것을 보여주었습니다. 그러나 그들은 새로운 무생물과 상호작용하고 기억하는 데 어려움이 없었습니다. 이는 자폐증 환자가 경험하는 것과 유사한 복잡한 사회적 인식 기억의 결핍을 나타냅니다.

실제로 자폐증 환자의 소뇌는 종종 더 작습니다. 알렉산드라 바두라 로테르담의 에라스무스 대학 의료 센터(Erasmus University Medical Center)의 연구진은 소뇌가 감각 입력, 특히 사회적 맥락과 관련된 신호의 허브이기 때문에 자폐증과 관련되어 있음을 시사하는 새로운 데이터를 발표했습니다.

이 새로운 연구는 쥐 연구를 넘어선 것입니다. 안드레아스 티엠 독일 에센 대학 병원의 연구진은 소뇌 손상으로 인한 정서적, 인지적 장애를 정확하게 진단하는 데 사용되는 새로운 임상 테스트를 발표했습니다.

이러한 새롭고 획기적인 연구는 소뇌가 움직임을 제어하는 ​​것 외에도 복잡한 사회적, 정서적 행동을 조절한다는 것을 보여줍니다. 이러한 글로벌 영향력을 달성하려면 소뇌는 뇌 전체에 연결되어 있는 데이터 처리 허브가 되어야 합니다. 뉴런이 너무 많은 것도 당연합니다. 이 상위 명령과 통제를 스스로 수행하려면 사실 작은 두뇌가 되어야 합니다.