[신경과학] 22.5 : 시냅스 가소성

 

 

지금까지는 circuit 수준에서의 plasticity에 대해 살펴봤었음. 이제 synapse 수준에서의 plasticity(가소성)에 대해 알아보자.

 

 

 

 

 

 

특별히 glutamate가 NT로 작용하는 system에서는 AMPA와 NMDA에 의해 이런 가소성이 얻어짐. 보면 우선 glutamate의 경우 AMPA와 NMDA receptor 모두에 붙을 수 있음. 그러나 NMDA receptor의 경우 glutamate가 붙어도 Mg2+가 마개처럼 막고 있으므로 이 녀석을 통해 ion들이 들어올 수는 없음. 한편 glutamate가 AMPA에 붙을 시 AMPA를 통해 ion들이 들어오고 priming(일종의 예열)이 일어남. 그러다가 AMPA에 의해 탈분극이 유발되면 비로소 NMDA receptor가 열리고 내부로 Ca2+가 들어오면서 LTP가 일어남.

 

 

참고로 많은 neuron들의 경우 초반에는 AMPA를 거의 가지고 있지 않음. 이 상태의 synapse를 silent synapse라고 함. 그런데 어떤식으로던 AMPA가 생기게 되면 그 결과 NMDA를 통해 폭발적으로 신호가 전달되게 됨.

 

 

 

 

 

위 그림에는 LTP(long-term potentiation, 장기기억강화)에 대한 기작이 묘사되어 있음.

 

 

 

인공적으로 적은 frequency로 자극을 주다가 갑자기 자극의 frequency를 확 늘린 경우 LTP가 발생함. 보면 presynaptic terminal에서 분비되는 NT의 양도 더 많아지고 동시에 postsynaptic neuron 막의 AMPA 양, 배치가 증가하고 dentritic spine의 구조도 변해 더 reception에 용이한 구조가 되게 됨. 일단 LTP가 유발되고 나면, 이후 자극의 frequency를 다시 줄여도 동일한 자극에 대한 반응성이 훨씬 더 높아지게 됨. 이러한 LTP는 몇시간, 심지어 며칠까지도 지속됨. 따라서 과학자들은 이 LTP가 기억과 밀접하게 관련되어있을 것으로 생각하고 있음.

 

 

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한편 long-term depression(장기기억약화)도 있음.

 

 

 

 

 

위 그림에 long-term depression의 기작이 나타나 있음. 이 경우 처음에는 적은 frequency의 신호를 주다가, 이후 애매하게 높아진 frequency의 신호를 줄 시 발생하게 될 수 있음. (즉, 어중간한 신호에 의해 postsynaptic cell 내로 유입되는 Ca2+의 양도 어중간할 시 long-term depression이 발생할 수 있음)

 

 

 

한편 앞서 critical period에 대해 언급했었음. 사실 critical period가 왜 언젠가 끝나는지에 대한 기작은 아직도 명확하게 밝혀져 있지 않음. 다만 최근 critical period의 종결이 inhibitory neuron이 발달하며 일어나게 된다는 연구 결과가 발표된 바 있음. 참고로 inhibitory neuron도 원래는 excitatory neuron이었으나 발달 과정에서 inhibitory neuron으로 변하게 됨. 이 때 excitatory neuron→inhibitory neuron으로의 전환을 느리게 만들어줄 시 critical period의 종결을 늦춰줄 수도 있을 것임.

 

 

 

 

다음 포스트부터는 기억과 관련된 뇌과학적 내용에 대해 살펴보자.