영장류처럼 소뇌 연결성으로 앵무새를 더 똑똑하게 만듭니다
특별한 cerebell – cerebellar 회로는 앵무새의 지능과 관련이 있습니다.
처음으로 신경 과학자들은 소뇌 ( “작은 두뇌”라틴어)와 대뇌 사이의 영장류 같은 연결성이 앵무새의 우수한 조류 지능과 복합인지 능력과 연결될 수 있음을 확인했습니다.
동물계에서이 발견이 특히 중요한 이유는 새와 영장류에서 cerebro-cerebellar connectivity가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하면 인간 지능의 신경 기반을 더 잘 이해할 수 있다는 것입니다.
새와 포유 동물에서의 코르티코 – 소뇌 경로. 포유 동물에서 피질에서 소뇌로 입력은 폰틴 핵을 통해 전달됩니다. 새에서는 종말구에서 소뇌까지의 입력이 폰의 기저부에있는 두개의 핵 (내측 및 외측의 폰틴 핵, PM과 PL)을 통과 할뿐만 아니라 예비 핵 (pretectum), 내측의 스피리트 핵 (spial nuclei; SpM) .
출처 : Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew N. Iwaniuk, Douglas R. Wylie (2018), Scientific Reports / Creative Commons 4.0
이 논문은 “Parrotts는 Primate-Like Telencephalic-Midbrain-Cerebellar Circuit을 발전 시켰습니다”라고 7 월 2 일 Scientific Reports 에서 발표했습니다. 알버타 대학 (University of Alberta)의 심리학과 교수 인 Cristián Gutiérrez-Ibáñez가이 논문의 첫 번째 저자입니다. 이 연구를 위해 Gutiérrez는 Lethbridge의 캐나다 행동 신경 과학 센터 (CCBN)의 공동 저자 인 Andrew Iwaniuk와 함께 신경 과학 기반의 “Bird Brains Lab”을 이끌고있는 Douglas Wylie와 협력했습니다.
이 연구의 중요한 발견은 앵무새의 종말론 -SpM- 소뇌 경로가 미세 조정 된 운동 능력을 제어하고 특정인지 과정을 촉진시키는 측면에서 영장류의 코르티코 – 폰트 – 소뇌 경로와 매우 유사한 역할을 할 수 있다는 것입니다.
이 연구를 위해 캐나다 팀은 세계에서 가장 큰 조류 두뇌 컬렉션을 이용할 수있었습니다. 연구진은 98 가지 조류 유형의 뇌 구조에서 해부학 적 차이점을 비교 한 후, 조류에서 대뇌 피질 (소위 “내측 스피리 퓰러 핵”또는 SpM)과 소뇌를 연결하는 작은 뇌 영역이 앵무새에서 훨씬 더 크다는 것을 발견했다.
“영장류 지능에서 중요한 역할을하는 뇌 영역을 폰틴 핵이라고하며,이 구조는 뇌, 뇌 및 소뇌의 두 가장 큰 영역 사이에서 정보를 전달합니다.이 영역은 고차원 프로세싱과보다 정교한 행동을 가능하게하며, “구티에레스는 성명서에서 밝혔다. “인간과 영장류에서, 폰틴 핵은 다른 포유 동물에 비해 크다. 이것은 우리의인지 능력을 감안할 때 의미가 있습니다. ”
SpM 영역은 소뇌와 대뇌 피질 사이의 정보를 순환시키는 영장류에서 폰틴 핵 영역이 수행하는 것과 동일한 기능을 새에서 수행합니다. “대뇌 피질과 소뇌 사이의 고리는 정교한 행동의 계획과 실행에 중요합니다.”라고 Doug Wylie는 성명서에서 말했다.
“독립적으로, 앵무새는 영장류와 마찬가지로 피질과 소뇌를 연결하는 확대 된 영역을 진화시켰다”고 구티에레스는 말했다. “이것은 앵무새와 영장류 사이의 융합의 또 다른 매력적인 예입니다. 도구 사용 및 자기 인식과 같은 정교한 행동으로 시작하여 뇌에서도 볼 수 있습니다. 우리가 두뇌를 볼수록 볼 수있는 유사성이 더 커집니다. 이는 유사한 인간 중심의 과정이 인간에게 어떻게 일어나는지를 연구 할 수있는 훌륭한 방법을 제시 할 수있다 “고 Gutiérrez는 결론 지었다. “그것은 우리 인간의 두뇌가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 수있는 방법을 제공 할 것입니다.”
“소총이하는 일이 무엇이든간에, 그것은 많은 것을하고 있습니다.”
대부분의 사람들에게 앵무새의 지능이 대뇌와 소뇌 사이의 영장류와의 연결성과 관련되어 있다는 것을 배우는 것은 아마 턱 빠지지 않는 “와우!”순간 일 것입니다. 그러나, 나를 위해,이 정보를 배우는 것은 거의 나를 나의 의자에서 떨어지게했다.
2005 년 후반부 인 Richard Bergland (1932-2007)와 나는 소뇌와 대뇌 사이의 구조적 및 기능적 연결성을 주목적으로하는 “brain-down brain”이라고 불리는 급진적 인 새로운 split-brain 모델을 만들었습니다. (더 많은 것을 위해, “분할 두뇌 : 끊임없이 변화하는 가설을보십시오.”)
이 도표는 “Bergland Split-Brain Model”의 가장 초기 화신을 보여주고 뇌 – 소뇌 상호 작용 동안 대뇌와 소뇌의 다양한 가설 기여를 기술합니다. (선수의 길 81 쪽부터)
출처 : Christopher Bergland의 사진 및 일러스트레이션 (2007 년경)
우리 아빠는 신경 외과 의사, 신경 과학자, 그리고 The Fabric of Mind (바이킹) 의 저자였습니다. 우리는 두뇌의 내면 작용에 대해 이야기 할 때마다 ” 우리는 소뇌가하는 일을 정확하게 알지 못합니다. 그러나 그것이 무엇이든간에, 많은 일을하고 있습니다. ”
21 세기 초반에는 소뇌가 모든 종류의 고차원인지 과정에 관여했다고 추측 한 소수의 신경 과학자가있었습니다. 우리 아버지도 그 중 하나 였어. 당시 대부분의 전문가들은 소뇌가 미세 조정 근육 조정과 신체 운동의 정확한 타이밍을 조율하는 것과 같은 “사고력이없는”운동 기능에 대해서만 책임이 있다고 생각했습니다. 내 배경이 프로 스포츠이기 때문에 소뇌는 항상 나에게 특별한 관심사였습니다. ‘작은 두뇌’는 내가 “초 유동성 (superfluidity)”이라고 부르는 것을 촉진하고 최고 운동 능력의 핵심입니다.
불행하게도, 나는 운동 선수의 길 : 땀과 생기의 생기 (세인트 마틴 프레스)에서 10 년 전에 우리의 급진적 인 “두뇌 다운 뇌”모델을 출판했을 때,이 개념은 의료 시설에서 완전히 거부되었고 실패했습니다. 일반 독자들의 호기심을 불러 일으킨다. 그 책은 플롭이었다. 나는 아빠와 나는 우리 시대보다 앞섰다고 생각하고 싶다. 소뇌 연구의 기반 위에서, 나는 금세기에 언젠가 소뇌가 마침내 소중한 인식과 감사를받을 것이라고 낙관한다.
2007 년 아버지가 사망 한 후, 나는 그의 소설 작품을 기리기 위해 새로운 소뇌 연구를 위해 안테나를 유지하겠다고 서약했다. 그리고 소뇌가 어떻게 작동하는지에 대한 이해를 높이고 일상적인 독자들과 계속이 정보를 공유하는 데 도움이되는 평신도로서 최선을 다할 것입니다.
2009 년 언젠가는 소뇌가 내 마음에 들었습니다. 나는 유레카를 가졌습니다 ! 순간 나는 체육관에서 집으로 걸어가 시인 인 마리아라는 친구에게 부딪 혔습니다. 에어로빅 운동과 창의적인 사고 사이의 가능한 연관성을 논의하면서 그녀는 ” 팔과 다리를 타원형 트레이너에서 앞뒤로 움직일 때마다 시가 나와 쏟아져 나옵니다 .”라고 말했습니다 .
마리아가이 말을 한 순간, “슈퍼 8 무한 루프”처럼 상호 작용하는 네 개의 뇌 반구의 이미지가 내 마음 속으로 퍼졌다. 그래서 나는 집으로 달려가 신속히 할 수있는 한 빨리 종이에서 피드 포워드와 피드백 루프를 예술적으로 표현하려고 노력했습니다. 이 성급한 시도로 인해 아래의 뇌지도에 다채로운 치킨 스크래치가 표시되었습니다. (이에 대한 더 자세한 내용은 “유레카!” “아하! 순간”의 두뇌 역학 해독 “을 참조하십시오.)
이 스케치는 Christopher Bergland가 그의 아버지와 만들었던 최초의 “두뇌 다운 뇌”분할 모델의 업데이트 버전을 보여줍니다.
출처 : Christopher Bergland의 사진 및 일러스트레이션 (2009 년경)
위의 “모든 네 반구 반구 사이의 틈새를 메우는”그림에서 노란색과 녹색의 “수퍼 8″은 대뇌 반구와 소뇌 반구의 여러 영역 사이의 피드백과 피드 포워드 상호 작용을 나타냅니다. 보시다시피, 저는 대뇌와 소뇌를 연결하는 중뇌를 대뇌 피로로 언급합니다. Gutiérrez-Ibáñez 등의 최신 논문을 읽은 후에, 나는이 분야가 기술적으로 포유 동물과 영장류에서 “폰틴 핵 (pontine nuclei)”으로 불린다는 것을 알고있다.
위의 두뇌지도를 2009 년에 작성했을 때 나는 Jeremy Schmahmann이 하버드 의과 대학 MGH에서 소뇌에 대한 획기적인 운동 실조를 연구 한 사실을 알지 못했습니다. 최근 몇 년 동안 Schmahmann과 정기적으로 의사 소통을하고 20 세기 후반부터 소뇌 운동가가 된 것을 깨달았습니다. (그의 뇌파 논문 “The Cerebrocerebellar System”(1997)과 “Dysmetria of Thought :인지 및 영향에 대한 소뇌 기능 장애의 임상 결과”(1998) 참조)
제가 신경 과학자가 아니기 때문에, 위의 기초 뇌 – 소뇌지도의 레이아웃은 주로 소뇌와 아버지 사이의 고무적인 대화를 기반으로하는 소뇌와 연결 고리에 대해 많은 생각을함으로써 영감을 받았습니다.
지난 10 년 동안 나는이지도의 의미를 더 잘 이해하고 전달하는 데 도움이되는 경험적 증거와 신경 과학 기반 연구를주의 깊게 관찰 해왔다. 말하자면, “Bird Brains Lab”의 최신 연구 결과를보고 영장류와 새에서 대뇌 피질 연결 고리의 삽화를 보았을 때 나는 달 위에있었습니다.
다행스럽게도 Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew Iwaniuk 및 Douglas Wylie의 앵무새 지능에 대한 소뇌 연결에 대한 새로운 연구와 같은 선구적인 연구가 실제로 선행되기까지는 아직 멀었습니다. 이 수수께끼를 푸는 데 한 발 더 가까이 다가갑니다.
참고 문헌
Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew N. Iwaniuk, Douglas R. Wylie. “앵무새는 뇌간 중뇌 – 중뇌 – 뇌간 회로를 발전 시켰습니다.” 과학적 보고서 (2018 년 7 월 2 일 발행) DOI : 10.1038 / s41598-018-28301-4
Jeremy D. Schmahmann과 Deepak N.Pandyat. “Cerebrocerebellar System.”(1997) 신경 생물학 국제 검토 DOI : 10.1016 / S0074-7742 (08) 60346-3
Jeremy D. Schmahmann. “사고의 장애 해석 :인지 및 영향에 대한 소뇌 기능 장애의 임상 결과”(1998) 인지 과학의 경향 DOI : 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2
