비즈니스 기회
뇌의 '시간세포'는 복잡한 학습에 매우 중요합니다
시간 감각은 우리가 세상을 이해하고, 기억하고, 상호 작용하는 방식의 기본입니다. 대화를 나누는 것부터 자동차를 운전하는 것까지 다양한 일을 하려면 시간이 얼마나 걸리는지 기억하고 인식해야 하는데, 이는 복잡하지만 대체로 무의식적인 계산이 생각의 표면 아래에서 끊임없이 실행됩니다.
이제 유타 보건 대학의 연구원들은 생쥐에서 "시간 세포"의 특정 집단이 타이밍이 중요한 복잡한 행동을 학습하는 데 필수적이라는 것을 발견했습니다. 시계의 초침처럼, 시간 세포는 짧은 시간을 매핑하기 위해 순차적으로 발현됩니다.
그러나 시간 세포는 단순한 시계가 아니라는 것을 연구자들은 발견했습니다. 동물들이 서로 다른 시간의 사건들을 구별하는 법을 배우면서, 시간 세포의 활동 패턴은 사건의 각 패턴을 다르게 나타내기 위해 변화합니다. 이 발견은 궁극적으로 시간 감각에 영향을 미치는 알츠하이머병과 같은 신경 퇴행성 질환의 조기 발견에 도움이 될 수 있습니다.
이번 연구는 네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)에 발표되었습니다.
마우스 코드
복잡한 시간 기반 학습 과제와 고급 뇌 영상을 결합함으로써 연구원들은 쥐가 학습함에 따라 시간 세포 활동 패턴이 더 복잡해지는 것을 관찰할 수 있었습니다.
연구진은 먼저 사건 발생 시기의 차이를 파악하는 것이 중요한 실험을 진행했습니다. 보상을 받기 위해, 쥐들은 마치 아주 단순한 형태의 모스 부호를 배우는 것처럼 다양한 타이밍을 가진 냄새 자극의 패턴을 구별하는 법을 배워야 했습니다.
연구진은 쥐를 학습하기 전과 후에 최첨단 현미경을 사용하여 개별 시간 세포가 실시간으로 발현하는 것을 관찰했습니다. 처음에 그들의 시간 세포는 모든 패턴의 냄새 자극에 동일한 방식으로 반응했습니다. 그러나 자극의 서로 다른 시간 패턴을 배우면서, 쥐들은 각 사건 패턴에 대해 다른 시간 세포 활동 패턴을 개발했습니다.
특히, 쥐가 틀린 실험에서 연구원들은 시간 세포가 종종 잘못된 순서로 발사되는 것을 볼 수 있었는데, 이는 시간 기반 작업을 수행하는 데 올바른 시간 세포 활동 순서가 중요하다는 것을 시사합니다.
"시간 세포는 예심 도중 특정한 순간에 활동적일 것으로 가정됩니다," 유타 대학에 스펜서 폭스 Eccles 의과 대학에 있는 신경생물학에 있는 박사후 연구원 이현우, Ph.D.와 연구에 공동 제1 저자를 말했습니다. "하지만 쥐들이 실수를 했을 때, 그 선택적 활동은 엉망이 되었습니다."
단순한 스톱워치가 아닙니다
놀랍게도, 시간 세포는 단순히 시간을 추적하는 것보다 더 복잡한 역할을 한다고 신경생물학 대학원 연구 조교이자 이번 연구의 공동 제1저자인 에린 비거스(Erin Bigus)가 말했다. 연구진이 시간 세포를 포함하는 뇌 영역인 내측 내측 피질(MEC)의 활동을 일시적으로 차단했을 때, 쥐는 여전히 사건의 타이밍을 인지하고 심지어 예측할 수 있었다. 하지만 복잡한 시간 관련 작업을 처음부터 배울 수는 없었습니다.
"MEC는 어떤 간단한 상황에서도 시간을 추적하는 데 필요한 정말 단순한 스톱워치처럼 작동하지 않습니다."라고 Bigus는 말했습니다. "그것의 역할은 실제로 더 복잡한 시간적 관계를 배우는 데 있는 것 같습니다."
흥미롭게도, MEC에 대한 선행 연구는 MEC가 공간 정보를 학습하고 "정신 지도"를 구축하는 데에도 관여한다는 것을 발견했습니다.
새로운 연구에서 연구원들은 시간 기반 작업을 학습하는 동안 발생하는 뇌 활동 패턴이 공간 학습과 관련하여 이전에 관찰된 패턴과 몇 가지 유사점을 보인다는 점에 주목했습니다. 두 패턴의 측면은 동물이 적극적으로 학습하지 않는 동안에도 지속됩니다.
더 많은 연구가 필요하지만, 이 결과는 뇌가 근본적으로 유사한 방식으로 공간과 시간을 처리할 수 있음을 시사한다고 연구진은 밝혔다. "우리는 entorhinal 피질이 거리를 추적하는 거리계와 경과 시간을 추적하는 시계로 둘 다 작동하는 이중 목적을 봉사할지도 모른다고 믿습니다," 제임스 Heys, Ph.D., 신경생물학에 있는 조교수 및 학문에 고위 저자를 말했습니다.
"이들은 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환의 영향을 받는 뇌의 첫 번째 영역입니다. 우리는 복잡한 타이밍 행동 작업이 알츠하이머병의 조기 발병을 감지하는 유용한 방법이 될 수 있는지 탐구하는 데 관심이 있습니다."
뇌가 시간을 처리하는 방법을 배우는 것은 궁극적으로 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환을 발견하는 데 도움이 될 수 있다고 연구진은 말한다. MEC는 알츠하이머병이 영향을 미치는 뇌의 첫 번째 영역 중 하나로, 복잡한 타이밍 작업이 잠재적으로 질병을 조기에 발견하는 방법이 될 수 있음을 암시합니다.
이상의 기사는 2024년 6월 19일 MedicalXpress에 게재된 “'Time cells' in the brain are critical for complex learning, study shows”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : 'Time cells' in the brain are critical for complex learning, study shows (medicalxpress.com)
* 추가정보 출처 : Medial entorhinal cortex mediates learning of context-dependent interval timing behavior | Nature Neuroscience