신경 임플란트는 한 번에 여러 뇌 영역을 모니터링합니다.

학습과 기억 형성 동안 뇌의 다른 부분은 어떻게 서로 의사 소통합니까? University of California San Diego의 연구원들이 수행한 새로운 연구는 이 근본적인 신경과학 질문에 답하기 위한 첫 걸음을 내디뎠습니다.

이 연구는 표면에서 깊은 구조에 이르기까지 뇌의 다른 부분의 활동을 동시에 모니터링하는 신경 임플란트를 개발하여 가능했습니다. 이는 현장 최초입니다. 이 새로운 기술을 사용하여 연구자들은 학습과 기억 형성에 역할을 하는 것으로 알려진 두 뇌 영역인 해마와 대뇌 피질 사이에서 양방향 의사 소통의 다양한 패턴이 발생함을 보여줍니다. 연구원들은 또한 이러한 다양한 의사소통 패턴이 수면과 휴식 중에 해마에서 발생하는 예리한 파문(sharp-wave ripple)이라는 사건과 관련이 있음을 보여줍니다.

“우리의 신경 임플란트는 다재다능합니다. 그것은 뇌의 모든 영역에 적용될 수 있으며 해마와 대뇌 피질뿐만 아니라 다른 피질 및 피질 하부 뇌 영역에 대한 연구를 가능하게 할 수 있습니다.”라고 Duygu Kuzum 교수가 말했습니다.

신경 임플란트는 백금 나노입자가 증착된 마이크로미터 크기의 금 전극 어레이로 제작된 얇고 투명하며 유연한 폴리머 스트립으로 구성됩니다. 각 전극은 마이크로미터 두께의 와이어로 맞춤형 인쇄 회로 기판에 연결됩니다. 대뇌 피질과 같은 넓은 영역을 이미징하면서 해마와 같이 뇌 깊숙이 있는 단일 뉴런의 전기 신호를 기록할 수 있습니다.

여러 설계 기능으로 다중 지역 모니터링이 가능합니다. 하나는 이 프로브가 유연하다는 것입니다. 해마와 같은 영역을 모니터링하기 위해 뇌 깊숙이 삽입하면 뇌에서 튀어나온 부분을 아래로 구부려 현미경을 표면 가까이 내려놓을 수 있는 공간을 만들어 해마에서 대뇌피질을 영상화할 수 있다. 동시에. 기존의 신경 프로브는 단단하기 때문에 현미경을 방해합니다. 결과적으로 뇌 표면을 이미징하는 동안 깊은 뇌 구조를 모니터링하는 데 사용할 수 없습니다. 이 신경 프로브는 부드럽고 유연하지만 삽입하는 동안 압력이 가해지는 좌굴을 견디도록 설계되었습니다. 또 다른 중요한 특징은 프로브가 투명하여 현미경에 명확한 시야를 제공한다는 것입니다. 또한 이미징 중에 그림자나 추가 노이즈를 생성하지 않습니다.

이 연구의 동기는 학습 및 기억 형성과 같은 다양한 인지 과정이 뇌에서 어떻게 발생하는지에 대한 근원을 파악하는 것이었습니다. 이러한 과정은 해마와 대뇌 피질 사이의 통신을 포함합니다. 그러나 이 통신은 정확히 어떻게 발생합니까? 그리고 이 의사소통을 시작하는 뇌 영역은 해마입니까 아니면 대뇌 피질입니까? Kuzum은 이 두 가지 뇌 영역을 동시에 연구하는 것이 매우 어렵기 때문에 이러한 유형의 질문에 대한 답이 없는 상태로 남아 있다고 말했습니다.

연구원들은 유전자 변형 마우스에서 해마와 대뇌 피질의 활동을 모니터링하기 위해 프로브를 사용했습니다. 특히, 그들은 해마에서 예리한 파문(sharp-wave ripple)이라고 불리는 진동이 발생하기 전, 중, 후에 활동을 모니터링했습니다. 그들의 실험은 해마와 대뇌 피질 사이의 의사 소통이 양면적이라는 것을 보여주었습니다. 때로는 피질이 의사 소통을 시작하고 때로는 해마가 시작됩니다. 이것은 뇌의 영역 간 의사 소통을 이해하는 데 중요한 첫 번째 단서라고 연구원들은 말했습니다.

“여기서 보고한 양방향 커뮤니케이션은 피질이 해마로부터 수동적으로 정보를 받는다는 기존의 개념과 다릅니다. 대신, 피질은 정보를 뇌로 인코딩하는 데 적극적으로 관여하며 기억 통합 및 인출 과정에서 유익한 역할을 할 수 있습니다.”라고 연구원 중 한 명인 Chi Ren 박사가 말했습니다.