복잡한 움직임을 포함하도록 다시 그려진 유명한 '호문쿨루스' 뇌 지도

[이매진]

복잡한 움직임을 포함하도록 다시 그려진 유명한 '호문쿨루스' 뇌 지도

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01312-6

복잡한 움직임을 포함하도록 다시 그려진 유명한 '호문쿨루스' 뇌 지도

교과서 호문쿨루스 다이어그램은 뇌가 개별 신체 부위를 제어하는 ​​방법을 보여줍니다. 개편을 통해 뇌 손상 치료를 개선할 수 있습니다.

• 막스 코즐로프

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호문쿨루스 또는 '작은 사람'은 신경과학의 기본 개념입니다. 크레딧: Colin McConnell/Toronto Star via Getty

기이하게 생긴 '호문쿨루스'는 신경과학 의 가장 근본적인 다이어그램 중 하나입니다. 수많은 교과서에서 발견되는 이 그림은 뇌의 좁은 띠에 매핑된 신체 부위의 변형된 별자리를 묘사하며 각 부분을 제어하는 ​​해당 뇌 영역을 보여줍니다.

그러나 4월 19일 Nature 1 에 발표된 연구에 따르면 일차 운동 피질이라고 불리는 이 뇌 조각은 유명한 다이어그램이 제시하는 것보다 훨씬 더 복잡합니다. 비판적 사고, 신체의 생리 유지 및 계획 활동을 담당하는 뇌 영역과의 연결을 통해 여러 근육이 관련된 복잡한 움직임을 조정할 수 있습니다. 새로운 결과는 과학자들이 뇌 손상을 더 잘 이해하고 치료하는 데 도움이 될 수 있습니다.

“이 연구는 매우 흥미롭고 매우 중요합니다. 1차 운동 피질이 "발가락에서 혀까지를 제어하는 ​​뇌 아래의 단순한 근육 목록"이 아니라는 것이 분명해지고 있습니다.

뇌 속의 작은 남자

호문쿨루스에 대한 아이디어는 19세기 후반으로 거슬러 올라갑니다. 연구원들은 일차 운동 피질을 전기적으로 자극하는 것이 특정 신체 부위의 경련에 해당한다는 사실을 발견했습니다. 이후 연구에서는 손, 발, 입과 같은 일부 신체 부위가 신체의 나머지 부분에 비해 일차 운동 피질에서 불균형한 공간을 차지한다는 사실을 발견했습니다. 1937년, 이러한 발견은 라틴어로 '작은 사람'으로 번역되는 모터 호문쿨루스(motor homunculus)의 첫 출판으로 절정에 달했습니다.

신경외과 의사인 Wilder Penfield의 1948년 운동 호문쿨루스 다이어그램(왼쪽)은 각 신체 부위를 제어하는 ​​1차 운동 피질의 영역을 보여줍니다. 새로운 연구는 복잡한 움직임을 조정하는 뇌 영역에 연결된 영역을 추가하여 다이어그램(오른쪽)을 다시 그립니다. 신용: E. Gordon et al./Nature

'뇌 속의 작은 사람'이라는 생각이 매력적이긴 하지만 Graziano는 호문쿨루스가 완전히 정확하지 않다는 최근의 증거가 제시하고 있다고 말합니다. 예를 들어, 그가 공동 저술한 2002년 연구 2 에서는 원숭이의 1차 운동 피질을 자극하면 동물이 단순한 근육 경련이 아닌 조정된 움직임을 수행하게 된다는 사실을 발견했습니다.

그리고 프랑스 리옹에 있는 인지 과학 연구소의 신경과학자인 Angela Sirigu와 그녀의 동료는 2008년 3 팔꿈치 위에서 팔을 절단한 사람들의 데이터를 기반으로 새로운 이론을 제안했습니다. 그들은 일차 운동 피질에 두 개의 시스템이 있다고 제안했습니다. 하나는 운동 명령을 위한 것이고 다른 하나는 조정된 움직임을 가능하게 하는 근육 시너지를 위한 것입니다.

품질 엿보기

최근 연구에서 미주리주 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학의 신경과학자 니코 도센바흐와 그의 동료들은 뇌 활동과 함께 발생하는 혈류의 변화를 측정하는 기능적 자기공명영상(fMRI)을 사용하여 개인을 스캔했습니다. 몸의 다른 부분을 쉬거나 움직이고 있었습니다. 연구원들은 각 사람을 스캔하는 시간을 할애하여 일차 운동 피질을 고품질로 엿볼 수 있었습니다.

확인된 원래 운동 호문쿨루스의 일부 측면: 발, 손 및 얼굴의 움직임을 제어하는 ​​별도의 영역이 있습니다. 그러나 연구원들은 또한 서로 강하게 연결되어 있고 목표 중심 행동 계획 및 혈압 및 통증 조절과 같은 기타 작업을 담당하는 뇌의 다른 부분과 연결되어 있는 세 영역 사이에 산재해 있는 세 영역을 발견했습니다. 이 산재된 영역은 특정 신체 부위나 움직임에 특정하지 않고 행동 계획 중에 활성화되었습니다.

뇌의 각 절반에 있는 세 개의 색 점은 혈압 및 통증 조절과 같은 목표 중심 행동 계획 및 작업을 담당하는 다른 영역과 강력하게 연결된 영역을 보여줍니다. 색상이 뜨거울수록 연결이 더 조밀해집니다. 크레딧: Evan Gordon/Washington University

그 결과는 요행이 아니었습니다. 연구원들은 이전에 스캔한 개인의 대규모 데이터 세트에서 동일한 영역이 빛나는 것을 발견했습니다. 그리고 그들이 아이들을 스캔했을 때, 그들은 신생아가 아직 이 뇌 네트워크를 발달시키지 않은 반면 11개월과 9세 아기는 발달했다는 것을 발견했습니다. 이는 이 네트워크가 복잡한 행동 계획을 조정한다는 이론을 뒷받침합니다. Dosenbach는 아직 그들의 움직임을 정확하게 제어할 수 없다고 말합니다.

매사추세츠 주 보스턴에 있는 브리검 여성 병원의 신경학자인 마이클 폭스는 이 연구가 fMRI의 힘을 보여주는 대표적인 예라고 말했습니다. "우리는 기능적 뇌 영상이 나오기 전까지는 뇌 영역의 비밀 시스템이 눈에 잘 띄는 곳에 숨어 있다는 것을 전혀 몰랐습니다."라고 그는 말합니다.

치료 대상

이 발견은 뇌졸중이나 부상으로 인한 일차 운동 피질 장애에 대한 치료법의 변화로 이어질 수 있습니다. 현재 운동 장애가 있는 사람들을 재활시키는 데 사용되는 기술인 신경 자극을 목표로 하는 많은 뇌 영역은 시행 착오를 통해 나온 것이라고 Fox는 말합니다. 새로운 호문쿨루스는 특정 대상이 작동하는 방식과 이유를 설명하고 새롭거나 더 나은 대상을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

사람들이 일차 운동 피질의 손상으로부터 회복하는 방법을 이해하는 것이 정말 중요하다고 펜실베니아주 필라델피아에 있는 Moss Rehabilitation Research Institute의 신경재활 전문가인 Dylan Edwards는 말합니다. 이러한 발견은 "결손의 특정 패턴과 일치할 수 있는 맞춤 치료"에 도움이 될 수 있다고 그는 말합니다.

연구원들이 운동 피질을 조사한 기간을 감안할 때 "우리는 이 영역에 대해 모든 것을 알고 있다고 생각했습니다"라고 Sirigu는 말합니다. "그러나 그 조직은 우리가 전통적으로 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡합니다."

도이: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01312-6