소뇌 연구는 우리가 생각하는 고대 관념에 도전한다.

간과 된 지 몇 세기가 지난 후에, 소뇌는 정당한 인식을 얻고 있습니다.

이 20 세기 초반의 인간 뇌의 해부학 적 실례 (아래에서)는 소뇌와 대뇌의 좌우 반구를 보여줍니다. “소뇌 (cerebellar)”는 “대뇌”에 대한 자매 단어이며 ‘소뇌에 관련되거나 소뇌에 위치하고 있음’을 의미합니다. “Cerebro-Cerebellar”는 일반적으로 대뇌의 특정 영역과 소뇌의 소구역 사이의 기능적 연결성 및 상호 작용을 나타냅니다.

출처 : Wikipedia / Public Domain

1998 년까지 대부분의 신경 과학자들은 소뇌 ( “작은 두뇌”라틴어)는 운동 기능만을 책임지고 인식과는 아무런 관련이 없다는 고대의 견해를 고수했다. 제레미 슈마 만 (Jeremy Schmahmann)은 20 세기 말에 3 개의 연쇄 적으로 변화하는 논문을 발표하기 전에 인간의 소뇌가 미세 조정 근육 운동의 타이밍과 조정을 감독했다고 널리 알려져 있었지만 대뇌 “사고”또는인지 적 사고.

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Schmahmann의 1990 년대 후반의인지에서 인간 소뇌의 역할에 관한 세 가지 획기적인 논문은 “Cerebellcerebellar System”(1997), “The Cerebellar Cognitive Affective Syndrome”(1998) 및 “Dysmetria of Thought :인지 능력에 대한 소뇌 기능 장애의 임상 적 결과 and Affect “(1998)를 참조하십시오.

지난 20 년간 슈마 만 (Schmahmann)과 다른 소뇌 개척자들의 선구자적인 노력 덕분에 오해의 소지가 된 소뇌 기능에 관한 잘못된 개념이 밝혀지지 않았다. 오늘날 대부분의 신경 과학자들은 넓은 범위의 운동 기능 외에도 소뇌가 여러인지 기능, 감정적 기능, 사회적 기능, 언어 적 비 운동 기능에도 관여한다는 데 동의합니다. (더 많은 것을 위해, “Da Vinci는 맞았다 : Cerebellum은 더 많은 표창장을 필요로한다.”)

최근의 두 가지 새로운 첨단 소뇌 연구의 최근 발표는 “작은 두뇌”에 대한 끊임없이 진화하는 관점과 전체적인 두뇌가 어떻게 코티코 – 소뇌 루프 (cortico-cerebellar loops) 및 뇌척수염 (cerebro) 소뇌 네트워크.

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Baylor College of Medicine의 “모터 계획을위한 Cortico-Cerebellar Loop”라는 새로운 논문이 10 월 17 일 Nature 지에 게재되었습니다. 세인트 루이스의 워싱턴 대학 (University of Washington)의 연구원에 의한 두 번째 논문은 “인간의 소뇌의 시공간적 조직”이라는 제목의 저널이 10 월 25 일 Neuron 저널에 실렸다.

이 블로그 게시물은 2018 년 10 월 각각의 연구를 개별적으로 탐색하는 두 부분으로 나뉩니다.

1 부 : Gao et al.의 “모터 계획을위한 Cortico-Cerebellar Loop”

소뇌 ( “작은 두뇌”라틴어)는 빨간색으로 표시됩니다.

출처 : 생명 과학 데이터베이스 / Wikipedia Commons

Zhenyu Gao et al. 소뇌의 특정 부위가 신체가 움직이지 않을 때에도 단기 기억에서 활동적이라는 것을 보여 주었다. 주목할 만하게, 연구원은 정면 피질에있는 기억 활동이 소뇌에있는 활동에다는 것을 나타나는 쥐 모형을 사용하여 직접적인 증거를 찾아 냈다.

이 연구는 텍사스 주 휴스턴에있는 Baylor College of Medicine의 수석 연구원 인 Nuo Li와 수석 연구원이 이끄는 국제 연구 공동 작업에 의해 버지니아 주 Ashburn에있는 Howard Hughes Medical Institute의 Janelia Research Campus의 신경 과학자들과 첫 번째 저자 인 Zhenyu Gao 와 로테르담 에라스무스 대학 의료 센터 (Erasmus University Medical Center)의 동료들과 동료들과 함께했다.

Nuo Li Lab의 최신 마우스 모델 연구의 가장 중요한 측면은 피험자가 움직이지 않고 다음 움직임을 생각할 때 연구자가 소뇌의 신경 활동에 집중할 수 있다는 것입니다.

빨간 앞두뇌 피질.

출처 : 생명 과학 데이터베이스 / Wikipedia Commons

“우리는 전두부 피질과 소뇌가 해부학 적으로 서로 연결되어 있다는 것을 알고 있었다”고 Li는 성명서에서 말했다. “우리는 또한 인간에서 소뇌 손상이 기억이나 계획 문제를 일으키는 것으로 알려져있어 두 사람이 연결될 수 있음을 알았습니다. 우리는 소뇌의 출력이 정면 피질을 대상으로하고 그 반대도 마찬가지임을 발견했습니다. 우리가 두 영역의 의사 소통을 방해하면 기억 활동이 혼란 스럽습니다. 우리의 연구 결과는 단일 행동을 조율하는 활동이 뇌의 여러 부위에 의해 조정된다는 것을 보여줍니다. ”

모터 학습 과정에서 코르티코 – 소뇌 루프가 어떻게 작동하는지에 대한이 발견을 위해 연구원은 단기 기억을 기반으로 한인지 적 결정을 내리는 학습 과제에서 마우스를 훈련 시켰습니다.

저자들은 “인간에서는 소뇌 손상으로 인해 계획과 작업 기억에 결함이 생길 수 있습니다. 여기에서 우리는 모터 기획 중에 전두엽 피질에서의 정보의 지속적인 표현이 소뇌에 의존한다는 것을 보여줍니다. 우리의 결과는 모터 계획 중 지속적인 신경 역학이 여러 뇌 영역에 걸쳐있는 신경 회로에 의해 유지되고 소뇌 계산은 온라인 모터 제어를 넘어서 확장된다는 견해를지지합니다. ”

소뇌는 운동 수행과 스포츠에있어서 중심적인 역할을합니다. “소뇌는 오류로부터 배움으로써 우리 운동을 인도하는 것으로 알려져있다”고 Li는 성명서에서 설명했다. “우리가 농구를 쏘는 것을 배울 때, 우리는 처음에 놓친 샷을 많이 가지고 있습니다. 그러나 두뇌는 누락 된 샷의 오류를 기반으로 움직임을 조정하여 정확한 샷을 생성하여 샷을 조정할 수 있습니다. 소뇌는이 운동 학습을 담당하는 것으로 알려져 있습니다. 그것은 누락 된 움직임과 더 정확한 움직임을 만들기 위해 만들어진 움직임의 오류를 결합합니다. ”

Li 팀의 연구의 다음 단계는 소뇌가 체스처럼 더 많은 대뇌 활동을 습득하기 위해 스포츠에서 운동 학습 중에 활성화되는 것과 동일한 “시행 착오적”학습 과정을 사용하는지 여부를 테스트합니다.

제 2 부 : 마레 크 (Marek) 등의 “인간의 소뇌의 공간적, 시간적 조직”

세인트루이스의 워싱턴 대학교 의과 대학의 보도 자료는 대학원 연구원 인 스콧 마렉 (Scott Marek)이 이끈 새로운 소뇌 연구의 발표를 주목적으로하고있다. “오랫동안 무시 된 뇌 영역에서 발견 된 정신의 품질 관리 센터 : 소뇌 검사 사고와 운동을 바로 잡는다. ”

나는 종종 소홀히 한 소뇌를 10 년 넘게 주목하고 (소규모 성공을 거두고) 소뇌를 가계로 삼으려고 노력했기 때문에 나는 머리를 끄덕이고 “그래! 그게 바로이 보도 자료의 리드를 읽었을 때 큰 소리로 외쳤다.

“소뇌는 아무런 존경을받을 수 없다. 뇌의 아래쪽에 불편 함을 느낀 채 처음에는 움직임을 제어하는 ​​것으로 제한되어 있다고 생각한 소뇌는 뇌의 기능을 연구하는 연구자들에 의해 오랫동안 부차적 인 생각으로 취급되어 왔습니다. 그러나 세인트루이스의 워싱턴 대학 의과 대학의 연구자들은 소뇌를 바라 보는 것이 실수라고 말합니다. 뉴런 (Neuron )에서 10 월 25 일자로 발표 된 그들의 연구 결과에 따르면, 소뇌는 뇌 기능의 모든면에서 손이 있지만 운동뿐 아니라 주의력, 사고력, 계획 및 의사 결정력을 갖추고 있다고합니다.

이 연구에서 Dosenbach 연구소의 WUSTL 연구원은 기능적 연결성 MRI를 사용하여 인간의 두뇌 활동의 타이밍을 측정했으며 감각 시스템의 신호가 대뇌 피질의 중간 네트워크에서 처리되어 소뇌로 보내지는 것을 발견했습니다. 주목할 만하게,이 두뇌 검사는 소뇌가 대뇌 피질에서보다는 현저하게 변화하는 개인 특정한 네트워크 조직을 포함한다 것을 보여준다. 저자가 설명하는대로 :

“seminal transneuronal tracing 연구는 소뇌의 측면 후방 영역이 짧은 꼬리 원숭이에서 전두엽, 전두엽, 후두 와류의 영역을 가진 폐회로 회로를 형성한다는 것을 보여 주었다 (Dum and Strick, 2003; Kelly and Strick, 2003; Strick et al ., 2009) 운동 및인지 과정의 행동 수정을위한 적응 형 피드백 메커니즘에서의 예상되는 역할을위한 해부학 적 틀을 제공한다. 따라서, 보존 된 운동 구조로서의 소뇌의 특성은 오래되고 부정확하다 (Buckner, 2013; Caligiore et al., 2017; Fiez, 1996; Leiner et al., 1989; Schmahmann, 2004; Schmahmann et al., 2009). Strick et al., 2009). 이전의 연구가 뇌 기능에 소뇌 기여를 이해하기위한 해부학 및 기능 프레임 워크를 제공했지만, 소뇌 기능 조직의 개인 특이성의 정도는 현재 알 수 없습니다. ”

Marek et al. 는 뇌 – 소뇌 루프 (cerebro-cerebellar loop)의 일환으로 뇌 신호가 최종 대뇌 피질 검사를 거쳐 대뇌 피질로 되돌려 보내 져야한다고 주장했다. 저자는 “cortico-cerebellar loop의 존재와 error signaling과 adaptive plasticity에 대한 그들의 역할을 감안할 때, 우리는 특히 소뇌와 대뇌 피질 사이 의 천천히 활동 (ISA)의 일시적인 조직에 관심이 있었다”고 말했다.

Marek의 연구는 놀랄만 한 새로운 통계를 발굴했다 : 단지 소뇌의 20 %만이 전동 기능에 전적으로 전념한다. 나머지 80 %는 고차원인지와 관련된 비 운동성 소뇌 영역에 의해 점유 된 것으로 보인다. 마렉 대변인은 성명서를 통해 “집행 기관 네트워크는 소뇌에서 과장되어있다. “소뇌에 대한 우리의 전체적인 이해는 모터 제어에 관련된 것으로부터 고차원의 인식에 대한 전반적인 제어에 더 관여해야한다.”

Nico Dosenbach 수석 연구자 인 Nico Dosenbach는 “저의 가장 큰 놀라움은 소뇌의 80 %가 똑똑한 재료에 전념한다는 발견이었습니다. “모든 사람들은 소뇌가 운동에 관한 것이라고 생각했습니다. 소뇌가 손상되면 부드럽게 움직일 수 없습니다. 뭔가 손을 뻗으려고 할 때 손이 움직입니다. 우리의 연구는 소뇌가 운동에 대한 품질 검사의 역할을하는 것과 마찬가지로 소뇌가 자신의 생각을 점검하여 부드럽게 만들어 교정하고 모든 것을 완성한다는 것을 강력히 시사합니다. ”

이 소뇌 연구의 예기치 않은 한 측면은 소뇌의 알코올에 대한 민감성과 관련이 있습니다. 연구원은 사람이 너무 많은 술을 마신 후에 일어나는 가난한 판단과 충동 조절의 부족이 소뇌에 뿌리를 둘 수 있다고 추측합니다. 모두 술에 취하면 사람들의 육체 운동이 흐릿한 말투와 직선을 걷지 못해 혼란에 빠지게된다는 것을 모두 알고 있습니다. 흥미롭게도 마렉 (Marek)과 그의 연구팀의 최신 연구 결과에 따르면 알코올 섭취로 인한 가난한 의사 결정은 소뇌가 실행 기능의 품질을 모니터링하고 통제하는 기능을 상실한 것을 반영한다고 볼 수 있습니다.

Dosenbach는 성명을 통해 “뇌 기능과 행동 사이의 연결 고리를보고있는 많은 사람들이 소뇌를 무시한다”고 말했다. “그들은 그것으로 무엇을해야할지 모르기 때문에 그 데이터를 잘라 내 버립니다. 그러나 대뇌 피질의 4 배나 많은 뉴런이 대뇌 피질과 같습니다. 그래서 소뇌를 빠져 나가면 시작하기 전에 발에서 이미 발을 찼습니다. 한 번에 전체 인간의 두뇌를 이미징한다는 약속은 그것이 어떻게 작동 하는지를 이해하는 것입니다. 당신은 전체 회로가 어떻게 작동하는지 볼 수 없다.

저자들은 “[우리의] 발견은 소뇌의 도메인 – 일반 기능이 모든 피질 운동 및인지 과정의 궁극적 인 교정 일 수 있다고 제안한다.”

Marek과 Dosenback 연구실의 다음 단계는 소뇌 구조와 기능적 연결성의 개인차가 다양한 유형의 지능, 행동, 성격 특성 및 정신 장애와 어떻게 관련되는지 조사하는 것입니다.

참고 문헌

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Zhenyu Gao, Courtney Davis, Alyse M. Thomas, Michael N. Economo, Amada M. Abrego, Karel Svoboda, Chris I. De Zeeuw 및 Nuo Li. “모터 계획을위한 Cortico-Cerebellar Loop” Nature (처음 발행 : 2018 년 10 월 17 일) DOI : 10.1038 / s41586-018-0633-x

Jeremy D. Schmahmann과 Deepak N.Pandyat. “The Cerebrocerebellar System.” 신경 생물학 국제 검토 (1997) DOI : 10.1016 / S0074-7742 (08) 60346-3

Jeremy D. Schmahmann 및 Janet C. Sherman. “소뇌 인식인지 증후군.” 뇌 : 신경학 저널 (1998) DOI : 10.1093 / brain / 121.4.561

Jeremy D. Schmahmann. “사고의 디스 메 트리 아 :인지와 영향에 대한 소뇌 기능 장애의 임상 적 결과” 인지 과학의 경향 (1998) DOI : 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2