우리의 뇌는 예상과 다른 곳에서 열과 추위 자극을 처리
- 건강의학 / 문광주 기자 / 2023-02-17 11:47:08
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- 온도 차이의 자극을 처리하는 뇌 영역 열 피질 있는 곳 발견
- 체감각 피질이 추위에는 반응하지만 열에는 반응하지 않는다는 것이 밝혀져
- 일부 뉴런은 추위에만 반응하고 다른 뉴런은 열에만 반응
차디찬 바람이든 태양의 따뜻함이든 우리는 피부를 통해 주변 온도를 감지할 수 있다. 두 개의 서로 다른 센서가 신경 신호를 뇌로 보내면 작은 온도 차이도 감지할 수 있다. 그러나 이러한 온도 자극이 뇌에서 처리되는 곳은 부분적으로만 밝혀졌다. 따라서 차가운 자극은 체성감각피질에 도달하는 것처럼 보이나 열 자극이 어디로 가는지는 불분명하다.
섬 피질의 예기치 않은 반응
베를린에 있는 Max Delbrück 분자 의학 센터의 Mikkel Vestergaard와 그의 동료들은 이제 이 퍼즐을 풀었다. 뇌에 열 피질이 있는지 그것이 어디에 위치하는지에 대한 질문을 명확히 하기 위해 그들은 생쥐를 관찰했다. 이를 위해 동물의 앞발을 10도에서 42도 사이의 온도 상승 또는 하강에 노출시켰다. 연구원들은 다양한 이미징 방법을 사용해 뇌의 어느 부분이 피부 온도 변화에 반응하는지 분석했다.
그 결과 "놀랍게도 체감각 피질이 추위에는 반응하지만 열에는 반응하지 않는다는 것이 밝혀졌다"고 Vestergaard와 그의 동료들은 보고했다. 대신, 뉴런은 다른 뇌 영역인 후방 섬 피질에서 빛을 발했다. 이 뇌 영역은 측두엽 위의 접힌 부분에 있으며 통증에 대한 주관적 인식 또는 언어-음향적 사고 과정을 포함하여 일부 감각 자극 처리와 오랫동안 관련돼 왔다.
열 피질은 신체 부위를 반영한다.
이제 온도 인식이 후방 섬 피질에도 위치한다는 것이 밝혀졌다. 이것은 Vestergaard와 그의 팀이 일부 생쥐에서 이 뇌 영역을 일시적으로 껐을 때 확인되었다. "이러한 경우, 마우스는 더 이상 온도 자극을 느끼지 못했다"고 수석 저자인 James Poulet은 보고했다. 그들의 섬 피질이 다시 정상적으로 반응할 수 있을 때만 생쥐는 다시 열이나 추위를 느꼈다.
그러므로 과학자들에게는 분명하다. 오랫동안 추구해 온 포유류와 인간의 열 피질은 후방 섬피질에 위치한다. "우리는 체세포 지도처럼 조직화된 열에 민감한 영역을 확인했다. 이웃 뉴런은 신체의 이웃 부분에서 정보를 인코딩한다"고 팀은 설명했다. 따라서 이 배열은 체감각 피질의 다른 감각 센터의 배열과 유사하다.
추위와 더위에 대한 다양한 뉴런 및 신호 경로
그러나 흥미로운 점은 이 열 피질의 뇌세포가 분명히 분업을 따른다는 것이다. “일부 뉴런은 추위에만 반응하고 다른 뉴런은 열에만 반응한다. 그리고 많은 사람이 두 가지 모두에 반응한다”고 Vestergaard는 보고했다. 이러한 자극에 대한 반응에도 현저한 차이가 있다. 따뜻함을 담당하는 뉴런은 절대 온도에 반응하는 반면 추위를 담당하는 뉴런은 상대적인 온도 차이도 기록한다.
테스트는 또한 추위에 대한 반응이 더 빨리 일어나고 더 빨리 사라지는 것으로 나타났다. 약간의 냉각이 있더라도 이 화재의 원인이 되는 거의 모든 세포. 열 자극은 다르다. 몇 개의 따뜻한 뉴런만 초기에 활성화되는 지연된 반응을 유발한다. 고온에서만 나머지 열 뉴런이 반응한다.
Vestergaard는 “이것은 추위와 더위를 인지하는 신호 전달 경로가 다르다는 것을 시사한다. 따라서 따뜻함과 차가움은 우리 뇌에 대해 동일한 규모의 두 극단일 뿐만 아니라 근본적으로 다른 방식으로 처리된다.
아직 답변되지 않은 많은 질문
새로운 발견은 우리의 온도 감각에 대한 몇 가지 질문에 대한 답을 제공하지만 많은 새로운 질문을 제기한다. 차가운 자극과 따뜻한 자극의 서로 다른 신호 전달 경로가 정확히 어떻게 구성되어 있는지는 아직 명확하지 않다. 이를 위해 과학자들은 다음으로 피부에서 척수를 거쳐 시상을 거쳐 마지막으로 피질까지 온도의 전체 경로를 분석하기를 원한다. “우리는 서로 다른 스테이션에서 온도 정보가 어디에 어떻게 표시되는지 알고 싶다. 그리고 그들이 그 과정에서 어떻게 변화하는지”라고 Poulet은 말했다.
일차 체감각 피질이 추위에는 반응하지만 열에는 반응하지 않는 이유와 열 피질이 이 감각 영역과 분리된 이유에 대한 질문도 열려 있다. 한 가지 가정은 체감각 피질이 복잡한 질감의 지각에 더 많은 책임이 있다는 것이다. “우리는 이것을 진정으로 이해하기 위해 더 많은 시도가 필요하다. 흥미롭지만 여전히 불분명하다"고 Poulet은 말했다.
(nature, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-05705-5)
출처: Nature, Helmholtz Association의 Max Delbrück 분자 의학 센터
- 온도 차이의 자극을 처리하는 뇌 영역 열 피질 있는 곳 발견
- 체감각 피질이 추위에는 반응하지만 열에는 반응하지 않는다는 것이 밝혀져
- 일부 뉴런은 추위에만 반응하고 다른 뉴런은 열에만 반응
우리 뇌의 온도 중심이 국소화됨
뇌는 예기치 않은 장소에서 별도의 신호 경로를 통해 더위와 추위를 감지한다.
우리의 뇌는 예상과 다른 곳에서 열과 추위 자극을 처리한다. 온도 중심은 체성감각피질(somesthetic cortex)의 다른 감각 영역이 아니라 측두엽 위의 함몰된 영역인 후섬 피질에 있기 때문이다. 이 영역(열 피질)에서 추위와 열 자극도 자체 뉴런에 의해 다른 방식으로 처리된다.
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| ▲ 대뇌섬 피질은 전두엽(frontal lobe)과 측두엽(temporal lobe)의 하층 부위에 존재하는 대뇌피질 부위이다. 따라서 대뇌섬 피질은 가쪽고랑을 중심으로 전두엽과 측두엽을 양쪽으로 젖혔을 때 혹은 제거했을 때만 관찰된다. [네이버 지식백과] 대뇌섬 피질 [insular cortex] (동물학백과) |
차디찬 바람이든 태양의 따뜻함이든 우리는 피부를 통해 주변 온도를 감지할 수 있다. 두 개의 서로 다른 센서가 신경 신호를 뇌로 보내면 작은 온도 차이도 감지할 수 있다. 그러나 이러한 온도 자극이 뇌에서 처리되는 곳은 부분적으로만 밝혀졌다. 따라서 차가운 자극은 체성감각피질에 도달하는 것처럼 보이나 열 자극이 어디로 가는지는 불분명하다.
섬 피질의 예기치 않은 반응
베를린에 있는 Max Delbrück 분자 의학 센터의 Mikkel Vestergaard와 그의 동료들은 이제 이 퍼즐을 풀었다. 뇌에 열 피질이 있는지 그것이 어디에 위치하는지에 대한 질문을 명확히 하기 위해 그들은 생쥐를 관찰했다. 이를 위해 동물의 앞발을 10도에서 42도 사이의 온도 상승 또는 하강에 노출시켰다. 연구원들은 다양한 이미징 방법을 사용해 뇌의 어느 부분이 피부 온도 변화에 반응하는지 분석했다.
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| ▲ 인간의 뇌에서 섬 피질의 위치. © Gray’s Anatomy/ historisch |
그 결과 "놀랍게도 체감각 피질이 추위에는 반응하지만 열에는 반응하지 않는다는 것이 밝혀졌다"고 Vestergaard와 그의 동료들은 보고했다. 대신, 뉴런은 다른 뇌 영역인 후방 섬 피질에서 빛을 발했다. 이 뇌 영역은 측두엽 위의 접힌 부분에 있으며 통증에 대한 주관적 인식 또는 언어-음향적 사고 과정을 포함하여 일부 감각 자극 처리와 오랫동안 관련돼 왔다.
열 피질은 신체 부위를 반영한다.
이제 온도 인식이 후방 섬 피질에도 위치한다는 것이 밝혀졌다. 이것은 Vestergaard와 그의 팀이 일부 생쥐에서 이 뇌 영역을 일시적으로 껐을 때 확인되었다. "이러한 경우, 마우스는 더 이상 온도 자극을 느끼지 못했다"고 수석 저자인 James Poulet은 보고했다. 그들의 섬 피질이 다시 정상적으로 반응할 수 있을 때만 생쥐는 다시 열이나 추위를 느꼈다.
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| ▲ a, 피질 열 인코딩의 분리된(상단) 및 통합된(하단) 모델을 보여주는 개략도. 티, 온도. b, 일차 체감각 피질(S1) 또는 pIC에서 열 피질의 후보 위치를 보여주는 마우스 뇌. c, 광역 칼슘 이미징 동안 Peltier 요소에 오른쪽 앞발이 있는 깨어 있는 Thy1-GCaMP6s 마우스의 개략도; 삽화는 온난화 자극의 시간적 역학을 보여준다. (출처:관련논문 그림 1: 차갑고 따뜻한 피질 표현. The cellular coding of temperature in the mammalian cortex / Published: 08 February 2023 / nature) |
그러므로 과학자들에게는 분명하다. 오랫동안 추구해 온 포유류와 인간의 열 피질은 후방 섬피질에 위치한다. "우리는 체세포 지도처럼 조직화된 열에 민감한 영역을 확인했다. 이웃 뉴런은 신체의 이웃 부분에서 정보를 인코딩한다"고 팀은 설명했다. 따라서 이 배열은 체감각 피질의 다른 감각 센터의 배열과 유사하다.
추위와 더위에 대한 다양한 뉴런 및 신호 경로
그러나 흥미로운 점은 이 열 피질의 뇌세포가 분명히 분업을 따른다는 것이다. “일부 뉴런은 추위에만 반응하고 다른 뉴런은 열에만 반응한다. 그리고 많은 사람이 두 가지 모두에 반응한다”고 Vestergaard는 보고했다. 이러한 자극에 대한 반응에도 현저한 차이가 있다. 따뜻함을 담당하는 뉴런은 절대 온도에 반응하는 반면 추위를 담당하는 뉴런은 상대적인 온도 차이도 기록한다.
테스트는 또한 추위에 대한 반응이 더 빨리 일어나고 더 빨리 사라지는 것으로 나타났다. 약간의 냉각이 있더라도 이 화재의 원인이 되는 거의 모든 세포. 열 자극은 다르다. 몇 개의 따뜻한 뉴런만 초기에 활성화되는 지연된 반응을 유발한다. 고온에서만 나머지 열 뉴런이 반응한다.
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| ▲ 마우스 열 피질의 차갑고 따뜻한 뉴런. (AC, IAF: 청각 영역) © Vestergaard et al./ Nature, CC-by 4.0 |
Vestergaard는 “이것은 추위와 더위를 인지하는 신호 전달 경로가 다르다는 것을 시사한다. 따라서 따뜻함과 차가움은 우리 뇌에 대해 동일한 규모의 두 극단일 뿐만 아니라 근본적으로 다른 방식으로 처리된다.
아직 답변되지 않은 많은 질문
새로운 발견은 우리의 온도 감각에 대한 몇 가지 질문에 대한 답을 제공하지만 많은 새로운 질문을 제기한다. 차가운 자극과 따뜻한 자극의 서로 다른 신호 전달 경로가 정확히 어떻게 구성되어 있는지는 아직 명확하지 않다. 이를 위해 과학자들은 다음으로 피부에서 척수를 거쳐 시상을 거쳐 마지막으로 피질까지 온도의 전체 경로를 분석하기를 원한다. “우리는 서로 다른 스테이션에서 온도 정보가 어디에 어떻게 표시되는지 알고 싶다. 그리고 그들이 그 과정에서 어떻게 변화하는지”라고 Poulet은 말했다.
일차 체감각 피질이 추위에는 반응하지만 열에는 반응하지 않는 이유와 열 피질이 이 감각 영역과 분리된 이유에 대한 질문도 열려 있다. 한 가지 가정은 체감각 피질이 복잡한 질감의 지각에 더 많은 책임이 있다는 것이다. “우리는 이것을 진정으로 이해하기 위해 더 많은 시도가 필요하다. 흥미롭지만 여전히 불분명하다"고 Poulet은 말했다.
(nature, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-05705-5)
출처: Nature, Helmholtz Association의 Max Delbrück 분자 의학 센터
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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