인간의 뉴런이 다른 포유류의 뉴런과 다른 이유는 무엇입니까?

알로메트릭 관계 탐색

뉴런의 크기가 뉴런을 결정 입출력 기능 — 다른 뉴런의 특정 수준의 입력에 따라 뉴런이 “발화”할 가능성. 뉴런의 크기는 포유류 종에 따라 크게 다릅니다.

연구원 팀은 다른 포유류 중에서도 신경외과 치료를 받은 간질 환자, 에트루리아 말괄량이, 쥐, 토끼, 원숭이의 뇌 샘플을 분석했습니다.

연구자들은 “특성화 5층 피질 피라미드 뉴런 10개의 포유류 종에 걸쳐 신경 생물물리학이 세포 크기에 따라 어떻게 변하는지를 지배하는 상대 관계를 식별합니다.”

저자들은 “신뢰할 수 있는 식별이 가능”하기 때문에 이 뉴런 집단을 선택했으며 과학자들은 이를 광범위하게 연구했습니다. 알로메트리 크기에 따라 동물의 특성이 어떻게 변하는지에 대한 연구입니다.

10종을 연구함으로써 연구자들은 포유류 왕국의 다양한 뉴런 크기와 피질 두께를 분석할 수 있었습니다.

특히 연구원들은 두 가지 유형의 이온 채널, 즉 과분극 활성화 순환 뉴클레오타이드 게이트(HCN) 채널과 전압 개폐 칼륨 채널에 초점을 맞췄습니다. 상대적으로 접근하기 쉽고 신경망에 강한 영향을 미치기 때문에 이 두 가지에 집중했습니다.

패턴에 대한 예외

신경 과학자들은 인간을 제외한 모든 종과 일치하는 “건축 계획”을 관찰했습니다. 그들이 적다:

“10종 중 9종에서 우리는 전압 개폐식 칼륨 및 HCN 채널의 전도도를 제어하는 ​​보존된 규칙을 관찰합니다. 더 큰 뉴런을 가진 종은 표면 대 부피 비율이 감소하여 더 높은 막 이온 전도도를 나타냅니다.”

이러한 맥락에서 전도도는 이온 채널을 통해 뉴런의 막을 쉽게 통과하는 이온의 능력을 설명합니다.

Beaulieu-Laroche 박사와 동료들은 인간의 뉴런이 다른 9개 포유류의 뉴런과 동일한 대립 패턴을 나타내지 않는다는 것을 확인했습니다. 대신 전압 개폐 칼륨 및 HCN 채널 전도도는 인간 뉴런에서 훨씬 낮았습니다.

이러한 발견은 “인간 피질의 주목할만한 특징뿐만 아니라 포유류의 신경 생물물리학에 대한 보존된 진화 원칙”을 보여줍니다.

향상된 계산 가능성

이 연구의 몇몇 저자들은 이전 연구에서 인간의 뉴런이 다른 포유류의 뉴런보다 크다고 언급했습니다.

그러나 현재의 연구 결과는 인간의 5층 뉴런이 “그냥 크지 않다는 것을 나타냅니다. […] 그러나 근본적으로 구별됩니다.”

오늘의 의료 뉴스 University of California, Irvine의 신경과학자 Keiland Cooper와 현재 연구에 대해 논의했습니다. 그는 이 연구에 참여하지 않았습니다.

Cooper는 인간의 5층 뉴런이 이온 채널 측면에서 구별된다는 사실에 흥미를 느꼈습니다. 그는 “아마도 인간의 뇌는 다른 종과 달리 변화하는 에너지 수요를 충족시키기 위해 패턴에서 분기할 것”이라고 추측했다.

Beaulieu-Laroche 박사와 그의 공동 저자들은 인간 뉴런의 낮은 막 전도도가 대뇌 피질 “보다 계산적으로 효과적인 신경 기능의 다른 측면(예: 시냅스 전달)에 에너지 자원을 할당합니다.”

다시 말해, 더 적은 수의 이온 채널을 보유함으로써 절약된 에너지는 인간의 두뇌가 더 복잡한 다른 작업을 수행하는 데 도움이 될 수 있습니다.

‘참신하고 중요한 궤적’

저자들에 따르면, 이 연구는 “인간 상태에 대한 미래 조사를 위한 새롭고 중요한 위치”를 제공합니다.

신경 과학자들은 인간 뉴런의 추가 에너지가 어디로 가는지 탐구하기를 희망합니다. 그들은 또한 인간의 뉴런이 매우 효율적이 되도록 하는 특정 유전적 변화가 있는지 확인하기를 원합니다.

더욱이, 이 연구자들은 인간과 밀접한 관련이 있는 영장류도 이온 채널 밀도가 더 낮은지 궁금해합니다.

Cooper는 이러한 발견을 기대하고 있습니다. MNT:

“이와 같은 종간 연구는 훌륭하고 방법론적 어려움으로 인해 예상보다 훨씬 덜 자주 수행됩니다.”

“이와 같은 연구는 조사해야 할 완전히 새로운 일련의 질문을 제시할 것입니다. 인간과 다른 종 간의 차이점의 근간이 될 수 있는 것은 무엇입니까? 종이 갈라지는 특정한 유전적 표지나 발달 이정표가 있습니까? 기능적 의미는 무엇입니까? 아니면 뇌가 어떤 식으로든 보상합니까?”

Cooper는 “이 연구의 결과로 이어질 후속 작업을 보게 되어 매우 기쁩니다.”라고 덧붙였습니다.

미래

연구원들은 아직 그 이유를 이해하지 못하고 있습니다.”[ion] 체적당 전도도는 인간에서 더 낮거나 테스트된 다른 모든 종에서 보존되는 이유입니다.” 이것은 훨씬 더 많은 조사가 필요할 것입니다.

한계점에 대해 연구자들은 샘플 이면에 있는 인간의 질병 이력과 치료가 본 연구의 결과에 영향을 미쳤을 수 있다고 지적합니다.

그러나 그들은 “광범위한 환자 병력과 수술 유형에 대한 이전 연구에서는 질병 병인과 수지상 형태 또는 시냅스 가소성 사이의 유의한 상관 관계를 관찰하지 못했다”고 지적합니다.

이 점에서 Cooper는 동의합니다. 그는 말했다 MNT, “저자들은 인간 뉴런을 대표할 수 있는 설득력 있는 사례를 만들었다고 생각하지만, 이 단일 연구를 확인하기 위해 이러한 차이를 분리하기 위한 추가 작업이 완료되어야 합니다.”

다음 단계에 대해 저자는 다음을 언급하여 논문을 마무리합니다.

“이러한 독특한 특징과 인간의 뇌 기능에 대한 기여의 기저에 깔린 진화적 압력을 결정하기 위해서는 흥미진진한 미래 연구가 필요합니다.”