연구자들이 즉각적인 위험을 신호하고 위협을 피하는 데 도움이 되는 기억을 생성하는 뇌 회로를 지도화하다

Current Biology 저널에 발표된 기사에서는 위협을 즉시 감지하고 두려움의 기억을 형성하는 뇌 회로를 맵핑한 실험에 대해 설명하고 있습니다.

브라질 상파울루 대학교 생물의학 과학 연구소 (ICB-USP) 해부학과의 전임 교수이자 논문의 마지막 저자인 뉴턴 사비노 칸테라스는 “우리는 두려움 신호와 관련된 뇌 지역을 찾고, 그것이 신체적 또는 포식자로 인한 위협과 관련된 환경을 어떻게 식별할 수 있는지 조사하려고 했습니다. 예를 들어, 개인이 혐오스러운 신체 자극을 경험했던 장소와 같은 경우입니다.”라고 말했습니다.

해마는 공간 탐색 및 방향 설정에 관여하는 것으로 알려져 있습니다. 이 뇌 영역은 또한 환경의 위협을 탐지합니다. 무엇이든 위험한 것은 그곳에 흔적을 남겨 위협의 정확한 위치를 계산할 수 있게 해줍니다, 칸테라스가 설명했습니다. 해마와 밀접하게 연결된 중요한 구조물은 서브리쿰입니다.

“서브리쿰은 기본적으로 이 연구의 주인공입니다. 이 구조는 환경의 위협과 관련된 정보를 시상하부로 전달합니다. 우리는 동물이 혐오 자극과 관련된 환경을 마주했을 때의 행동을 조사하기 위해 연구를 시작했습니다.”라고 그는 말했습니다.

연구자들은 서브리쿰의 활동을 관찰하기 위해 섬유 광측정법을 사용했습니다. “우리는 세포 활동을 기록할 수 있는 칼슘 감지 단백질을 발현하는 바이러스를 삽입했습니다. 이것은 세포 활동에 반응하여 형광을 방출합니다.”라고 칸테라스는 말했습니다.

그들이 사용한 행동 패러다임은 두 개의 박스가 연결된 통로가 있는 장치에 쥐를 습관화시키는 것이었습니다. 처음에 쥐는 하나의 박스로 제한되어 혐오스러운 신체 자극(발에 전기 충격)을 받았습니다. 그 다음 날, 쥐는 혐오 박스를 피할 수 있도록 장치에 놓였습니다.

“이러한 유형의 테스트에서는 동물이 뻗어서 냄새를 맡고, 한쪽으로 이동하고, 다시 발을 충격 받은 박스로 돌아가지 않도록 행동합니다. 우리는 이것을 회피 행동이라고 부릅니다.”라고 그는 말했습니다.

연구자들이 조사한 신경 회로의 주요 인터페이스인 등쪽 유관피질핵(PMd)에 대한 광측정 분석은 동물이 위협적인 출처에 접근하고 회피할 때 PMd가 특히 활성화된다는 것을 보여주었습니다.

“PMd는 매우 명확한 위협 탐지기로, 출처와 동적으로 상호작용합니다. 쥐가 출처에 등을 돌리면 PMd가 활성화되지 않지만, 출처를 바라보거나 가까이 가면 PMd가 ‘경고를 울립니다.’ 이것이 연구의 주요 발견 중 하나입니다.”라고 그는 말했습니다.

연구자들은 이후 DREADD라는 널리 사용되는 화학 유전 기술로 PMd를 비활성화했습니다.

“특정 약물이 존재하는 동안 PMd를 침묵시키는 수용체[단백질 hM4Di]를 발현하는 바이러스를 주입했습니다. 이 약물은 세포가 발화하는 것을 방지했습니다. 약물이 철회되자마자 세포는 정상 기능을 다시 시작했습니다.”라고 그는 말했습니다.

“이런 식으로 PMd가 침묵되었을 때, 동물의 방어 반응이 급격히 감소했습니다. 위협적인 박스를 피하는 대신, 마치 해롭지 않은 환경인 것처럼, 아무 일도 없었던 것처럼 다시 들어갔습니다.”라고 그는 말했습니다.

그들은 PMd의 비활성화가 맥락적 두려움 반응과 두려움 기억의 재응집에 영향을 미친다고 결론지었습니다. 따라서 PMd 비활성화 이후 동물은 환경이 안전하다고 생각하고 다음 날 위험이 없는 것처럼 탐색합니다.

다음으로 그들은 PMd의 주요 목표의 기능적 역할을 조사했습니다: 수측회색(PAG, 뇌간 내) 및 복측 전내측 시상(시상 내).

“나는 특정적으로 뇌간이나 시상으로 가는 투사를 비활성화할 수 있는 기술이 있습니다. 저는 PMd에 빛에 민감한 염소 채널로 작용하는 단백질을 발현하는 바이러스를 삽입합니다. 종말 장을 밝힐 때, 이러한 종말들은 침묵되고 특정 투사 경로를 조작할 수 있습니다.”라고 칸테라스는 말했습니다.

연구자들은 PAG 투사 경로의 비활성화가 동물의 방어 행동을 줄였지만, 다음 날 두려움에 잘 반응하여 두려움 기억이 영향을 받지 않았다는 것을 관찰했습니다.

“행동의 표현은 영향을 받지만, 두려움 기억의 재응집에는 영향을 미치지 않습니다. 반면, 시상 경로의 비활성화는 즉각적인 효과가 거의 없지만, 두려움 기억의 재응집에 상당한 영향을 미칩니다.”라고 그는 말하며 두 사건이 주로 서로 다른 핵 투사 위치에 의해 중재된다고 덧붙였습니다.

논문의 공동 제1 저자는 줄리엣 비엘라르(브라질 상파울루 대학교 ICB-USP 및 신경퇴행성 질환 연구소, 프랑스 보르도대학교)와 페르난도 멜레우(ICB-USP)입니다.

기타 공동 저자는 알리시아 타마이스, 알리슨 드 알메이다, 카롤리나 제르비니, 줄리안 이케바라, 카롤리나 도밍구스, 미구엘 드 리마, 시몬 모타(모두 ICB-USP) 및 페르난도 A. 올리베이라(ABC 연방대학교 수세포 및 분자 연구소)입니다.