뇌가 맥박을 감지하는 방법
- 건강의학 / 문광주 기자 / 2024-02-06 21:42:32
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처음으로 뇌의 특별한 심장 박동 감시 세포가 밝혀졌다.
우리의 신경계는 외부 자극을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 내부 정보에도 반응하여 장기, 조직 및 관절에서 전달되는 물질과 신경 자극을 전달한다. 이러한 상호수용성(자기 인식)은 우리의 신진대사와 행동을 신체 상태에 적응시키는 데 중요하다.
또한 우리의 자기 인식이 호흡이나 맥박과 같은 특정 리듬 과정을 기록한다는 증거도 있다. 대동맥과 심장에는 혈류의 리듬을 감지하는 세포가 있다. 신경과학자들은 최근 뇌 활동이 수면 중 호흡 리듬에 적응한다는 사실을 보여주었다.
“신비한 진동 신호”
이제 우연한 발견을 통해 우리의 뇌도 심장 박동의 리듬에 반응한다는 사실이 밝혀졌다. "전체 프로젝트는 완전히 다른 프로젝트에서 매우 이상한 관찰로 시작됐다"고 레겐스부르크 대학의 수석 저자인 Veronica Egger는 설명했다. 이 실험에서 팀은 반쯤 절개된 쥐의 후각구에서 뇌 활동을 모니터링했다. 여기에는 외부 펌프를 통해 산소가 풍부한 영양 용액이 공급되었다.
그런데 이상한 현상이 나타났다. “우리는 신비한 진동 전기 신호를 계속 보았다”고 Egger는 말했다. 그러나 이러한 규칙적인 파동은 알려진 신경학적 반응으로는 설명할 수 없다. Egger는 "새로운 관찰이 있을 때마다 상황은 더욱 신비로워졌다"며 "결국 뇌 조직은 우리가 뇌에 공급하기 위해 부착한 펌프의 리듬에 직접적으로 반응한다는 것이 밝혀졌다.“
뉴런은 압력의 리드미컬한 변화에 반응한다.
더 면밀한 분석을 통해 후각 구근 조직에는 펌핑 주기에 직접 반응하는 특수 세포가 있음이 밝혀졌다. 이러한 소위 승모판 세포는 펌핑 주기로 인한 압력 변동을 기록할 때 항상 발화한다. 연구진이 발견한 바와 같이 이 반응은 승모판 세포의 기계 민감성 이온 채널에 의해 가능해졌다. 이는 셀 환경의 압력이 바뀌자마자 활성화된다. 이 첫 번째 실험에서는 특정 뇌 세포에도 기계적 수용 능력이 있다는 사실이 밝혀졌다.
그런데 이 반응이 살아있는 유기체에서도 일어나는가? 우리의 뇌는 맥박을 직접 느낄까? 이를 알아보기 위해 Egger, 제1저자 Luna Jammal과 동료들은 살아있는 쥐의 뇌 반응을 더 자세히 분석했다. “인간과 생쥐의 경우 심장 박동은 두개골 내부 약 5mmHg의 압력 변동을 유발한다”고 그들은 설명했다. 그들은 후각 망울에 있는 미세한 전극을 사용하여 그곳의 뇌세포가 이 맥박에 반응하는지 조사했다.
심장 박동 감시 세포 네트워크
사실, 손상되지 않은 뇌에도 심장 박동의 리듬을 따르는 미묘하고 리드미컬한 뇌파 패턴이 있다. Jammal과 그녀의 동료들은 “후각 신경구에 있는 뉴런의 약 15%가 리듬에 반응했는데, 대부분 약 20밀리초 내에 반응했다”고 말했다. "그러나 이 효과는 알려진 신경 활동과 호흡 리듬의 결합보다 훨씬 약하다. 이는 이전에 이것이 발견되지 않은 이유를 설명할 수 있다.“
추가 연구에서는 "촉각 센서" 뉴런이 후각구에만 위치하는 것이 아니라 해마와 전두엽 피질의 뇌세포도 맥박의 압력 변동에 반응한다는 사실이 밝혀졌다. "따라서 뇌 전체에 상호 수용성 '심장 박동 감시 세포' 네트워크가 우리 뇌에 존재할 수 있다.“
기능을 알 수 없음
이러한 결과는 우리의 뇌가 상태의 간접적인 신호에 반응할 뿐만 아니라 심장 박동을 직접적으로 모니터링한다는 것을 확인시켜 준다. 그런데 왜? Jammal은 “아무도 모른다”고 말했다. 그러나 그녀의 팀은 이러한 직접적인 연결이 뇌가 흥분에 더 빨리 반응하는 데 도움이 될 수 있다고 의심한다. 예를 들어, 쇼크나 통증으로 인해 심박수가 반사적으로 증가하면 뇌에서 해당 반응이 직접적으로 촉발될 수 있다.
이 반응이 얼마나 진행되는지는 불분명하다. 연구진은 “이러한 심장 박동 감시 뉴런이 인지, 기분 및 자율 신경 상태에 영향을 미친다고 추측하는 것은 유혹적이다”고 썼다. 그러나 이것이 사실인지는 여전히 추가 조사가 필요하다.
(Science, 2024; doi: 10.1126/science.adk8511)
출처: 레겐스부르크 대학교
처음으로 뇌의 특별한 심장 박동 감시 세포가 밝혀졌다.
뇌가 맥박을 감지하는 방법
실험에서 처음으로 뇌의 특별한 심장 박동 감시 세포가 밝혀졌다.
우리의 뇌는 맥박이 얼마나 빨리 뛰는지 직접 감지할 수 있으며, 연구자들이 처음으로 발견한 바와 같이 리드미컬한 뇌파로 이에 반응한다. 이에 따르면 후각 망울, 해마 및 뇌의 다른 영역에 있는 특별한 "감시 세포"는 혈압 주기의 기계적 자극에 반응한다. 이는 연구팀이 사이언스(Science)에 보고한 바와 같이, 살아있는 뇌에서 그러한 리듬 자기 인식을 보여주는 최초의 증거다. 그러나 정확히 어떤 용도로 사용되는지는 알려져 있지 않았다.
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| ▲ 뉴런이 뇌 내의 맥박을 느낄 수 있는 방법. (왼쪽) 쥐 심장(상단)과 도식적 쥐 심전도(ECG)(하단). (가운데) 예시적인 승모판 세포(상단)와 심장 박동으로 인한 두개 내압 맥동(Δp)(하단)이 있는 후각 구와 혈관을 통한 도식적인 쥐의 뇌와 관상 단면. (오른쪽) 기계 수용체가 있는 승모판 세포(상단); 기계적 민감성 이온 채널 전류에 의한 승모판 세포막 전위 Vm의 약한 흥분성 조절, 이온 채널(대부분 Piezo2)은 맥동 Δp(중간)로 인한 승모판 세포막의 편향에 의해 게이트된다. 그리고 승모판 세포의 앙상블에서 자발적인 스파이크의 타이밍에 대한 미묘한 변조(아래). [www.biorender.com의 일부로 작성됨] (출처:관련논문 Blood pressure pulsations modulate central neuronal activity via mechanosensitive ion channels / SCIENCE 2 Feb 2024) |
우리의 신경계는 외부 자극을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 내부 정보에도 반응하여 장기, 조직 및 관절에서 전달되는 물질과 신경 자극을 전달한다. 이러한 상호수용성(자기 인식)은 우리의 신진대사와 행동을 신체 상태에 적응시키는 데 중요하다.
또한 우리의 자기 인식이 호흡이나 맥박과 같은 특정 리듬 과정을 기록한다는 증거도 있다. 대동맥과 심장에는 혈류의 리듬을 감지하는 세포가 있다. 신경과학자들은 최근 뇌 활동이 수면 중 호흡 리듬에 적응한다는 사실을 보여주었다.
“신비한 진동 신호”
이제 우연한 발견을 통해 우리의 뇌도 심장 박동의 리듬에 반응한다는 사실이 밝혀졌다. "전체 프로젝트는 완전히 다른 프로젝트에서 매우 이상한 관찰로 시작됐다"고 레겐스부르크 대학의 수석 저자인 Veronica Egger는 설명했다. 이 실험에서 팀은 반쯤 절개된 쥐의 후각구에서 뇌 활동을 모니터링했다. 여기에는 외부 펌프를 통해 산소가 풍부한 영양 용액이 공급되었다.
그런데 이상한 현상이 나타났다. “우리는 신비한 진동 전기 신호를 계속 보았다”고 Egger는 말했다. 그러나 이러한 규칙적인 파동은 알려진 신경학적 반응으로는 설명할 수 없다. Egger는 "새로운 관찰이 있을 때마다 상황은 더욱 신비로워졌다"며 "결국 뇌 조직은 우리가 뇌에 공급하기 위해 부착한 펌프의 리듬에 직접적으로 반응한다는 것이 밝혀졌다.“
뉴런은 압력의 리드미컬한 변화에 반응한다.
더 면밀한 분석을 통해 후각 구근 조직에는 펌핑 주기에 직접 반응하는 특수 세포가 있음이 밝혀졌다. 이러한 소위 승모판 세포는 펌핑 주기로 인한 압력 변동을 기록할 때 항상 발화한다. 연구진이 발견한 바와 같이 이 반응은 승모판 세포의 기계 민감성 이온 채널에 의해 가능해졌다. 이는 셀 환경의 압력이 바뀌자마자 활성화된다. 이 첫 번째 실험에서는 특정 뇌 세포에도 기계적 수용 능력이 있다는 사실이 밝혀졌다.
그런데 이 반응이 살아있는 유기체에서도 일어나는가? 우리의 뇌는 맥박을 직접 느낄까? 이를 알아보기 위해 Egger, 제1저자 Luna Jammal과 동료들은 살아있는 쥐의 뇌 반응을 더 자세히 분석했다. “인간과 생쥐의 경우 심장 박동은 두개골 내부 약 5mmHg의 압력 변동을 유발한다”고 그들은 설명했다. 그들은 후각 망울에 있는 미세한 전극을 사용하여 그곳의 뇌세포가 이 맥박에 반응하는지 조사했다.
심장 박동 감시 세포 네트워크
사실, 손상되지 않은 뇌에도 심장 박동의 리듬을 따르는 미묘하고 리드미컬한 뇌파 패턴이 있다. Jammal과 그녀의 동료들은 “후각 신경구에 있는 뉴런의 약 15%가 리듬에 반응했는데, 대부분 약 20밀리초 내에 반응했다”고 말했다. "그러나 이 효과는 알려진 신경 활동과 호흡 리듬의 결합보다 훨씬 약하다. 이는 이전에 이것이 발견되지 않은 이유를 설명할 수 있다.“
추가 연구에서는 "촉각 센서" 뉴런이 후각구에만 위치하는 것이 아니라 해마와 전두엽 피질의 뇌세포도 맥박의 압력 변동에 반응한다는 사실이 밝혀졌다. "따라서 뇌 전체에 상호 수용성 '심장 박동 감시 세포' 네트워크가 우리 뇌에 존재할 수 있다.“
기능을 알 수 없음
이러한 결과는 우리의 뇌가 상태의 간접적인 신호에 반응할 뿐만 아니라 심장 박동을 직접적으로 모니터링한다는 것을 확인시켜 준다. 그런데 왜? Jammal은 “아무도 모른다”고 말했다. 그러나 그녀의 팀은 이러한 직접적인 연결이 뇌가 흥분에 더 빨리 반응하는 데 도움이 될 수 있다고 의심한다. 예를 들어, 쇼크나 통증으로 인해 심박수가 반사적으로 증가하면 뇌에서 해당 반응이 직접적으로 촉발될 수 있다.
이 반응이 얼마나 진행되는지는 불분명하다. 연구진은 “이러한 심장 박동 감시 뉴런이 인지, 기분 및 자율 신경 상태에 영향을 미친다고 추측하는 것은 유혹적이다”고 썼다. 그러나 이것이 사실인지는 여전히 추가 조사가 필요하다.
(Science, 2024; doi: 10.1126/science.adk8511)
출처: 레겐스부르크 대학교
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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