[신경과학] 22.4 : 시냅스 분리(synaptic segregation)

 

 

이번 포스트에서는 시냅스 분리(synaptic segregation)에 대해 알아보자.

 

 

 

위 그림에 나타나 있는 과학자는 Donald O. Hebb으로, 이 사람이 최초로 synaptic segregation과 관련된 idea를 냄. Hebb의 아이디어가 위 그림 아래에 나타나 있는데, 보면 synapse가 형성된 후 센 signal이 전달될 시 presynaptic neuron에서는 NT의 분비가 촉진되고 postsynaptic neuron에서는 receptor 수가 늘어나고 NT를 받아들이는 면적이 물리적으로 넓어지는 등의 변화가 일어나 결과적으로 연결 강도가 강화된다는 것임. 이 때의 synapse를 Hebbian synapse라고 함. 이 때 post, presynaptic neuron이 둘 다 변하는 것이 이 idea의 핵심임.

 

 

실제로 이 idea가 맞다는 것이 이후 검증됨.

 

 

 

 

 

위 그림을 보면, 처음에는 (a)와 같이 한 neuron이 여러 곳으로 projection되지만, 이 때 presynaptic neuron, postsynaptic neuron이 둘 다 active한 경우에만 Hebbian modification이 일어나 이 synapse만 살아남고 나머지는 다 사라지게 된다는 것을 알 수 있음. (winner-takes-all)

 

 

 

 

 

한편 위 그림에는 visual signal을 받아들이는 뇌 영역에서 나타나는 ocular dominance column들이 나타나 있음. 보면 실제로 왼쪽, 오른쪽으로부터 전달되어오는 시각 자극이 전달되는 column들이 확연히 구분되어 있음. (검, 흰) 한편 한쪽 눈을 못쓰게 할 경우 (b)와 같이 나머지 한쪽눈을 받아들이는 ocular dominance column으로 뇌 영역이 다 잠식됨을 알 수 있음.

 

 

 

 

 

위 그림은 앞서 살펴본 ocular dominance와 관련된 흥미로운 연구결과를 나타내주고 있음. 이 때 contralateral eye는 시각자극의 방향과 반대방향의 뇌영역임을 의미하고, ipsilateral eye는 시각자극의 방향과 같은 방향의 뇌영역임을 의미함. 보면 wild-type에서는 (a)와 같이 cell들의 분포를 봤을 때 어정쩡하게 양쪽에 다 반응할 수 있는 세포가 가장 많이 있고, 이 녀석을 중심으로 대칭적인 분포를 보이고 있음을 알 수 있음. 한편 monocular deprivation을 시킨 경우(예를 들어 고양이의 한쪽 눈을 꼬매서 보지 못하게 해버린 경우) 위 그림 (b)와 같이 아예 open eye쪽을 볼 수 있는 neuron들로 다 변화되어버렸음을 알 수 있음.

 

 

 

 

위 그림도 비슷한 결과를 보여주고 있음. 참고로 이 때 (b)는 단지 17시간동안만 right-eye deprivation을 유발한 것인데, 이 경우에도 right-eye에 대해 response하는 neuron들의 수가 현격히 적어진 것을 알 수 있음. (많은 neuron들이 left-eye responsive하게 변한 것임)

 

지금까지의 실험 결과들은 모두 어린 동물에서 수행된 것임. 그런데 성체의 경우 critical period가 지났기 때문에 이와는 사뭇 다른 결과가 나타남.

 

위 그림상의 graph (a)를 보면 실제로 age가 증가함에 따라 한쪽눈을 막아도 한쪽눈으로 쏠린 ocular dominance가 나타나지 않고 정상 표현형과 거의 유사한 distribution이 관찰된다는 것을 알 수 있음. 다시말해 어느정도 나이가 들고 나면 circuit이 대부분 형성된 상태이므로 circuit shift가 잘 일어나지 않게 되는 것임. (그러므로 critical period 기간동안 한쪽눈을 막아버릴 경우 이후 눈을 다시 볼 수 있게 만들어줘도 뇌의 복구가 일어나지 않는 것)

 

 

 

 

 

한편 위 그림 (b)에 나타난 것과 같이 사시 환자들의 경우에도 어릴 때 사시를 교정해주지 않으면 커서는 교정을 해도 큰 변화가 없음. 이 또한 critical period의 존재 때문임. 최근에는 이런 critical period가 느리게 끝나게끔 하는 방법에 대해 연구가 이루어지고 있음.

 

 

 

다음 포스트에서는 시냅스 가소성에 대해 알아보자.