뇌는 2주부터 재생(뉴런의 dentrite branch)을 관찰할 수 있다.

[문형철]

1985년 데일 퍼브와 해들리는 뉴런의 염색약 주사방법을 개발 .. 2주만에 수상돌기의 성장을 관찰하여 보고

신경계에서는 필요한 것보다 훨씬 많은 뉴런들이 처음에 만들어지고 그 중에서 적절한 연결을 확립하지 못한 뉴런들이 나중에 제거  나중까지 살아남을 시냅스보다 더 많은 시냅스가 형성되어서 그 중 덜 활동적인 것들이 폐기

화학적 친화력과 경험의 효과가 함께 합쳐져서 축색들 사이의 연결을 형성.

경험 특히 생애 초기의 경험은 일정한계 내에서 뇌의 해부학적 특징에 변화를 준다.

뉴런의 발달단계

신경과학자들은 뉴런의 발달단계를 증식, 이동, 분화, 수초화 그리고 시냅스 생성으로 구분

- 증식proliferation이란 새로운 세포들의 생성.

- 이동migration은 뉴런과 교세포가 뇌안에서 최종목적지가 될 곳으로 이동.

  증식과 이동을 방해하는 유전자나 독극물은 무엇이든지 정신지체를 야기할 수 있다.

- 분화는 축색과 수상돌기를 형성함으로써 뉴런만의 독특한 모양을 갖춘다. 축색이 수상돌기보다 먼저 자라는데,

  축색은 뉴런이 이동하고 있는 동안에 자란다. 뉴런이 최종위치에 도달하면 수상돌기가 형성되기 시작한다.

- 축색이 형성된 후 교세포들이 신경전달속도를 높이는 절연성 지방포피를 형성함에 따라 수초화가 되는 축색들이 많다.

   인간의 경우 수초는 척수에서 먼저 형성되고 다음으로 후뇌, 중뇌, 전뇌에서 형성된다.

   뉴런의 증식, 이동과는 달리 수초화는 몇십년 어쩌면 평생동안 진행되기도 한다.

- 마지막 과정인 시냅스생성은 평생동안 지속된다. 콜레스테롤이 시냅스 형성에 필수적인 역할을 한다.

뉴런의 생존을 결정하는 요인

- 신경성장인자(NGF), 신경영양요소(neurotrophin)

- 모든 신경계는 처음에는 성인기까지 살아남을 것보다 훨씬 더 많은 뉴런을 만든다. 인간태아의 뉴런수를 측정해보면 11주째

  가장  많고 25주째까지 지속적으로 감소하는 것을 볼 수 있다. 시냅스를 만들지 못한 뉴런들은 죽어버린다.

- 뉴런이 세포자살을 하지 않고 생존하려면 적절한 목표물에 축색을 붙여서 신경영양요소를 받을 필요가 있으며,

   또한 적절한 자극을 받을 필요도 있다.

- 뉴런이 신경전달물질을 분비할때에는 신경영양요소도 동시에 분비하는데,

   신경전달물질을 분비하지 못하는 뉴런은 신경영양요소 또한 분비하지 못한다.  

- 왜 발달중인 CNS는 그렇게나 많은 여분의 뉴런들을 생성할까? 그것은 필요보다 많으면 오류의 교정이 가능하기 때문..

축색들 사이의 경합

- 처음에 축색들이 많은 시냅스 후 세포들과 잠정적인 연결을 만들고나면 점차로 시냅스 후 세포가 어떤 연결은 강화시키고 다른

  연결은 폐기한다. 어떤 이론가들은 이런 결과들이 neural Darwinism 신경다윈주의라는 일반원리를 시사한다고 생각한다.

- 우리는 우리가 지닐 것보다 더 많은 뉴런과 시냅스를 갖고 시작한다. 시냅스들이 아무렇게나 형성되고 나면 선택과정을 통해

  어떤 시냅스는 살아남고 나머지는 폐기된다. 이런 방식으로 가장 성공적인 축색들 또는 그들의 조합은 생존하는 반면 다른 것들은

  활동적 시냅스를 유지하지 못하게 되는 것이다.

- 발달초기에 교감신경계의 신경절에 있는 뉴런들은 많은 축색으로부터 시냅스를 받는다. 나중에 각 뉴런은 어떤 뉴런들로부터    

  입력되는 축색은 제거하고, 다른 뉴런들로부터 들어오는 축색은 받아들인다. 비록 한뉴런 전체로 보면 많은 뉴런들로부터 축색은 받아들이지만, 일반적으로 각각의 수상돌기는 오직 하나의 축색과만 지속적인 시냅스를 형성한다. 그렇지만 그 축색은 아주 많은 가지를 형성하여 그 수상돌기에 아주 많은 시냅스를 형성할 수도 있다.

- 풍요로운 환경은 많은 다양한 종들에게서 축색과 수상돌기의 발아를 촉진한다. 많은 학문적 교육을 받은 사람들이 정식 교육을 덜 받은 사람들보다 더 깊고 넓게 분포된 수상돌기를 지니는 경향이 있다. 이에 대해서는 두가지 설명이 가능하다. 학습이 수상돌기의 분지화를 증가시켰다. 넓게 퍼진 수상돌기를 가진 사람들이 학교에서 더 좋은 성적을 올리고 더 많은 교육을 받았다

- 음악가들의 뇌에 대한 검사에서는 우반구의 측두피질의 한 영역이 30% 더 크다는 것을 발견.

   이런 결과들은 어떤 기술을 연습하는 것이 그 기술의 수행을 최대화하도록 일정 한계내에서 뇌를 재조직화한다는 것을 시시한다.

- 무언가 중요하다고 생각되는 것에 주의를 주면 도파민이 분비되는데, 이 도파민이 피질영역들에 작용하여 도파민 분비 당시에 주어지고 있었던 자극들에 대한 표상을 확대시킨다. 그런 확장된 피질은 더 많은 주의를 줄 수 있게, 그것을 더 깊이 처리할 수 있다는 점에서 유익하다.

- 극단적인 재조직화는 문제를 일으킨다.

- musician's cramp 음악가의 쥐. 초점성 수부근긴장이상(focal hand dystonia)

- 연습을 많이하여 체감각피질에 표상이 극단적으로 커지면 한 손가락에 주어진 자극이 다른 손가락과 똑같은 피질영역들을 흥분시켜 손가락구분에 어려움을 겪는 것을 말함.

- writer's cramp 하루종일 글쓰기를 하는 작가들. 태백산맥 작가 조정래씨가 경험

뇌재생에 관한 내용을 추가

- 한때 연구자들은 뉴런이 모양이 절대 변하지 않는다고 믿었었다. 하지만 우리는 이제 새로운 경험이 뉴런의 모양을 계속 수정한다는 것을 알고 있다.

- 1985 Dale Purves와 R. D. Hadley는 살아있는 뉴런의 구조를 며칠 또는 몇주에 걸쳐서 여러시점에서 관찰할 수 있게 해주는 염색약 주사방법을 개발하였다. 이들은 수상돌기의 가지 중 일부는 성장하고 확장되는 반면 다른 일부는 줄어들거나 아예 없어짐을 보여주었다. 그림 2.10. 두 뉴런의 수상돌기들이 시간에 따라 변하는 모습

1: Nature. 1985 May 30-Jun 5;315(6018):404-6. Links

Changes in the dendritic branching of adult mammalian neurones revealed by repeated imaging in situ.

A major obstacle to understanding the mechanism of long-term change in the vertebrate nervous system has been the inability to observe the same nerve cell at different times during the life of an animal. The possibility that changes in neural connectivity underlie the remarkable flexibility of the nervous systems of mammals has therefore not been tested by direct observation. Here, we report studies in which we have visualized the same neurone in the superior cervical ganglion of young adult mice at intervals of up to 33 days. This collection of nerve cells is particularly accessible and therefore well suited to our approach. We find that the dendritic branches of the neurones examined change appreciably over intervals of 2 weeks or more; some branches retract, others elongate and others seem to form de novo. The apparent remodelling of these postsynaptic elements implies that the synaptic connections of these cells normally undergo significant rearrangement beyond what is usually considered to be the developmental period.

두뇌의 발달과 가소성

- 신경계에서는 필요한 것보다 훨씬 많은 뉴런들이 처음에 만들어지고 그 중에서 적절한 연결을 확립하지 못한 뉴런들이 나중에 제거된다. 또한 나중까지 살아남을 시냅스보다 더 많은 시냅스가 형성되어서 그 중 덜 활동적인 것들이 폐기된다.

- 화학적 친화력과 경험의 효과가 함께 합쳐져서 축색들 사이의 연결을 형성시킨다. 경험 특히 생애 초기의 경험은 일정한계 내에서 뇌의 해부학적 특징에 변화를 준다.

- 인간의 뇌는 날카로운 타격, 혈류 차단 및 여러가지 유형의 부상에 의해 손상될 수 있다.

- 뇌 손상의 회복에 많은 기제가 관여하는데, 여기에는 손상되지 않은 뉴런들이 충분한 활동을 회복하는 것, 축색의 재성장, 살아남은 시냅스의 재적응, 그리고 행동적 재적응 등이 포함된다.

1) 뇌의 발달 - 척추동물 뇌의 분화, 축색들의 길찾기, 경험에 의한 미세조정, 뇌영역들의 비례적 증대, 발달중인 뇌의 취약성

척추동물 뇌의 성장과 분화

- 신경과학자들은 뉴런의 발달단계를 증식, 이동, 분화, 수초화 그리고 시냅스 생성으로 구분한다.

- 증식proliferation이란 새로운 세포들의 생성이다. 이동migration은 뉴런과 교세포가 뇌안에서 최종목적지가 될 곳으로 이동. 이러한 증식과 이동을 방해하는 유전자나 독극물은 무엇이든지 정신지체를 야기할 수 있다.

- 분화는 축색과 수상돌기를 형성함으로써 뉴런만의 독특한 모양을 갖춘다. 축색이 수상돌기보다 먼저 자라는데, 축색은 뉴런이 이동하고 있는 동안에 자란다. 뉴런이 최종위치에 도달하면 수상돌기가 형성되기 시작한다.

- 축색이 형성된 후 교세포들이 신경전달속도를 높이는 절연성 지방포피를 형성함에 따라 수초화가 되는 축색들이 많다. 인간의 경우 수초는 척수에서 먼저 형성되고 다음으로 후뇌, 중뇌, 전뇌에서 형성된다. 뉴런의 증식, 이동과는 달리 수초화는 몇십년 어쩌면 평생동안 진행되기도 한다.

- 마지막 과정인 시냅스생성은 평생동안 지속된다. 콜레스테롤이 시냅스 형성에 필수적인 역할을 한다.

뉴런의 생존을 결정하는 요인들

- 신경성장인자(NGF), 신경영양요소(neurotrophin)

- 모든 신경계는 처음에는 성인기까지 살아남을 것보다 훨씬 더 많은 뉴런을 만든다. 인간태아의 뉴런수를 측정해보면 11주째 가장 많고 25주째까지 지속적으로 감소하는 것을 볼 수 있다. 시냅스를 만들지 못한 뉴런들은 죽어버린다.

- 뉴런이 세포자살을 하지 않고 생존하려면 적절한 목표물에 축색을 붙여서 신경영양요소를 받을 필요가 있으며, 또한 적절한 자극을 받을 필요도 있다.

- 뉴런이 신경전달물질을 분비할때에는 신경영양요소도 동시에 분비하는데, 신경전달물질을 분비하지 못하는 뉴런은 신경영양요소 또한 분비하지 못한다.

- 왜 발달중인 CNS는 그렇게나 많은 여분의 뉴런들을 생성할까? 그것은 필요보다 많으면 오류의 교정이 가능하기 때문..

축색들의 길찾기

- roger sperry의 개구리 안구실험

- 축색들은 화학적 기울기에 따라 목표부위의 표면에 저절로 분류된다.

축색들 사이의 경합

- 처음에 축색들이 많은 시냅스 후 세포들과 잠정적인 연결을 만들고나면 점차로 시냅스 후 세포가 어떤 연결은 강화시키고 다른 연결은 폐기한다. 어떤 이론가들은 이런 결과들이 neural Darwinism 신경다윈주의라는 일반원리를 시사한다고 생각한다.

- 우리는 우리가 지닐 것보다 더 많은 뉴런과 시냅스를 갖고 시작한다. 시냅스들이 아무렇게나 형성되고 나면 선택과정을 통해 어떤 시냅스는 살아남고 나머지는 폐기된다. 이런 방식으로 가장 성공적인 축색들 또는 그들의 조합은 생존하는 반면 다른 것들은 활동적 시냅스를 유지하지 못하게 되는 것이다.

137 페이지. 그림 5.9 시냅스의 제거를 통한 발달

- 발달초기에 개개의 근섬유는 여러 운동뉴런의 축색가지들로부터 시냅스를 받는다. 각 근섬유는 점차로 한 축색과의 시냅스는 강화시키고 다른 축색들과의 시냅스는 거부한다.

- 발달초기에 교감신경계의 신경절에 있는 뉴런들은 많은 축색으로부터 시냅스를 받는다. 나중에 각 뉴런은 어떤 뉴런들로부터 입력되는 축색은 제거하고, 다른 뉴런들로부터 들어오는 축색은 받아들인다. 비록 한뉴런 전체로 보면 많은 뉴런들로부터 축색은 받아들이지만, 일반적으로 각각의 수상돌기는 오직 하나의 축색과만 지속적인 시냅스를 형성한다. 그렇지만 그 축색은 아주 많은 가지를 형성하여 그 수상돌기에 아주 많은 시냅스를 형성할 수도 있다.

경험에 의한 미세조정

- 신경계의 조립이 필요한 유전적 설명서에는 단지 대략적인 이야기뿐이다. 삶이 예측불가능하기 때문에 우리의 뇌는 경험에 대한 반응으로 자기 스스로를 (한계내에서) 재설계할 수 있는 능력을 진화시켜 왔다. 뇌의 해부학적 구조의 가소성덕분에 우리들 개개인의 활동에 적합하도록 맞춤설계를 하는게 가능해졌다.

수상돌기의 분지에 미치는 경험의 효과

- 당신이 복잡하고 험난한 환경에 산다면 정교한 신경계가 필요하다. 실험용 환경에서 단순하게 살아가는 쥐와 10마리의 쥐가 장난감을 가지고 놀 수 있는 쥐..

- 운동은 신경영양오소들을 방출시켜 뉴런과 시냅스의 발달을 증가시키는데, 그 운동이 심한 것일 필요는 없다. 당신의 뇌를 위해서 운동을 하라는 충고는 노인들에게 매우 중요하다.

- 풍요로운 환경은 많은 다양한 종들에게서 축색과 수상돌기의 발아를 촉진한다. 많은 학문적 교육을 받은 사람들이 정식 교육을 덜 받은 사람들보다 더 깊고 넓게 분포된 수상돌기를 지니는 경향이 있다. 이에 대해서는 두가지 설명이 가능하다. 학습이 수상돌기의 분지화를 증가시켰다. 넓게 퍼진 수상돌기를 가진 사람들이 학교에서 더 좋은 성적을 올리고 더 많은 교육을 받았다.

새로운 뉴런의 생성

- 다 자란 척추동물의 뇌가 새로운 뉴런을 생성할 수 있을까?

- 논란중..

인간의 뇌 구조에 미치는 경험의 효과

- 인지심리학자들은 장기, 바둑 등 특정기술을 열심히 익힌 사람은 다른 기술에도 그렇게 되는 것은 아니지만 그 기술에 더욱더 숙달되게 됨을 보여주었다. 아마도 무언가에 대한 전문지식을 발달시키는 것은 뇌를 변화시켜서 그 필요한 능력을 향상시키게되는 것과 같다.

- 음악가들의 뇌에 대한 검사에서는 우반구의 측두피질의 한 영역이 30% 더 크다는 것을 발견했다.

- 이런 결과들은 어떤 기술을 연습하는 것이 그 기술의 수행을 최대화하도록 일정 한계내에서 뇌를 재조직화한다는 것을 시시한다.

- 무언가 중요하다고 생각되는 것에 주의를 주면 도파민이 분비되는데, 이 도파민이 피질영역들에 작용하여 도파민 분비 당시에 주어지고 있었던 자극들에 대한 표상을 확대시킨다. 그런 확장된 피질은 더 많은 주의를 줄 수 있게, 그것을 더 깊이 처리할 수 있다는 점에서 유익하다.

- 극단적인 재조직화는 문제를 일으킨다.

- musician's cramp 음악가의 쥐. 초점성 수부근긴장이상(focal hand dystonia)

- 연습을 많이하여 체감각피질에 표상이 극단적으로 커지면 한 손가락에 주어진 자극이 다른 손가락과 똑같은 피질영역들을 흥분시켜 손가락구분에 어려움을 겪는 것을 말함.

- writer's cramp 하루종일 글쓰기를 하는 작가들. 태백산맥 작가 조정래씨가 경험

화학적 효과와 경험의 효과의 조합

- 먼저 축색들은 화학적기울기를 따라감으로써 대략적인 목표물을 찾아내며, 나중에 경험에 반응하여 어떤 연결들을 강화시키고 다른 것들은 퇴화시켜버린다.

뇌영역들의 비례적 증대

- 인간뇌의 구조물들은 다른 모든 포유류의 것들과 그 위치, 기능 및 자세한 해부학적 특징에 있어서 거의 동일

발달중인 뇌의 취약성

- 뇌발달에는 정확한 시간에 맞추어 일어나는 화학적 반응들의 복잡한 상호작용이 필요하다. 발달중인 뇌는 영양실조, 독성 화학물질 및 감염에 아주 취약하다.

- 예를들어 갑상선 기능장애는 성인에게는 단순한 무기력증을 일으키지만 유아에게는 영구적인 정신지체와 신체성장둔화를 초래

- 마취약은 성인들에게는 일시적인 의식상실을 일으키지만 유아의 뉴런들을 죽일 수 있다.

- 임신한 여성이 당뇨병을 잘 제어하지 못하면 태아에게 기억과 주의집중에 장기적인 문제가 아이에게 발생한다.

- 유아의 뇌는 알콜로 인한 손상에 아주 취약하다. 임신중 술을 마시는 여성은 태아 알콜증후군을 초래한다. 이 병의 특징은 경계수준의 감퇴, 과잉활동성, 다양한 정도의 정신지체, 운동장애, 심장 결함, 비정상적인 안면 등

- 임신중 흡연은 저체중아

- 임신중 코카인 섭취는 정신지체, 감퇴된 언어기술 등을 초래

2) 뇌손상 후의 가소성 

뇌손상의 원인

- 종양, 감염, 방사능, 독성물질, 파킨슨병이나 알츠하이머, 두부손상, 혈관손상 등

뇌졸중으로 인한 손상 감소시키기

- 국소빈혈, 출혈이 일어난 곳 근처에서 세포들은 죽는다 penumbra. 이 세포들을 보호할 가능성은 거의 없다.

- 국소빈혈의 경우 산소와 포도당 공급 상실, 출혈의 경우 혈액이 홍수처럼 밀려들어 산소, 칼슘, 기타 물질의 과잉 -> 뇌부종 -> 세포괴사

 회복에 미치는 연령의 효과

- 사람들은 일생에 걸쳐 점차로 뉴런을 상실해간다. 노인들은 젊은 성인들만큼 뇌손상에서 잘 회복하지 못한다. 60세가 넘으면 뇌 영역들에서 수상돌기의 위축이 시작한다. 치매의 경우는 수상돌기가 위축된다.

- 정신이 또렷한 노인들에서는 수상돌기가 안정적으로 유지되거나 심지어는 확장되기도 한다. 나이가 들어감에 따라 뇌는 가소성을 점차 잃어가는 것이다.

케나드의 원리

- 어릴때 뇌손상을 입으면 나중에 입는 것보다 더 광범위한 회복이 일어난다.

뇌손상 회복의 기제

# 학습을 통한 행동의 조절

# 기능해리 - 일부 뉴런이 손상된 후에 살아있는 뉴런들의 활동이 낮아지는 것

# 축색의 재성장 - 말초신경은 하루에 1mm씩 말초를 향해 성장함

# 발아 - 발아는 정상적인 현상이며, 뇌손상에 대한 반응으로만 나타나는 것은 아니다. 뇌에서는 오래된 시냅스는 없어지고 이를 대체하는 새로운 시냅스가 발아하는 일이 항상 일어나고 있다.

# 탈입력 초민감성 - 장기간 시냅스 입력을 받지 못한 시냅스후 세포는 신경전달물질에 더욱 민감해지는데 이를 탈입력 초민감성이라 한다. 이는 수용기 수의 증가, 수용기의 효율성증가에 기인함

# 감각표상의 재조직화와 환상지 - 환지통을 치료하는 거울사용은 시각적 경험과 촉각적 경험이 결합이 체감각피질의 활동을 변경시켜 환지통을 감소시킴

치료법

# 행동적 중재

# 약물

# 뇌이식 - 실험단계

[문형철]

어떻게 정리해서 책에 넣어볼꺼나..ㅋㅋ

[문형철]

sprouting(발아), 탈입력 초민감성 등.. 축삭, 수상돌기, 시냅스와 관련된 뇌 재생에 대한 논문 읽기... 치료적 맞춤운동연구소의 공부과제..ㅋㅋ