수면 Connectome

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출처 : Andreashorn 저 (자신의 작품) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], 위키 미디어 공용을 경유

신경 과학의 발전은 신경계의 해부학 및 기능을 분석하고 시각화하는 새로운 방법이 개발 될 때 종종 나타납니다. 예를 들어 신경 과학의 새로운 영역은 신경 시스템의 개별 뉴런을 시각화 할 수있게 해주는 얼룩의 개발과 사용에 의해 크게 발전했습니다. 이것은 차례로 신경망의 이러한 기본 구성 요소를 이해하기 시작할 수있게했습니다. 머리 부상, 다발성 경화증과 같은 질병 및 뇌졸중으로 인한 손상과 같은 뇌 및 신경계에 대한 다양한 모욕의인지, 운동 및 감정적 영향에 대한 연구는 신경 심리 검사를 사용하여 식별 및 정량화하는 데 도움이되었습니다 이 부상의 영향. 1920 년대의 뇌파 검사 (electroencephalogram, EEG)의 발전으로 과학자들과 의사들은 대뇌 피질의 전기적 활동을 더 잘 이해할 수있었습니다. 간질과 같은 뇌 질환의 진단이 진전되었습니다. Quantitative Electroencephalography (QEEG)라고 불리는 방법을 사용하여 피질의 신경 센터의 상호 연결을 이해하기 위해 뇌파 패턴을 사용하려는 1970 년대의 노력이있어 왔습니다. 지난 수십 년 동안 CT 스캐닝, MRI, 기능적 MRI 및 기타 영상 기술의 발전은 생명체의 뇌 구조를 시각화하고 뇌 기능의 활동을 보여줌으로써 신경계의 기능에 대한 이해가 커짐에 크게 기여했습니다. 이 센터들. 이 방법을 사용하면 해부학과 기능과 관련된 뇌지도를 만들 수 있습니다.

이 연구에서 나타난 것은 뇌의 힘이 개별적인 신경 센터에 있지 않고 이러한 센터의 동기화 된 활동에 있다는 것입니다. 뉴런의 시스템은 조정되고 인식, 감정 및 행동을 유발하는 기본 작업을 수행합니다.

지난 세기 초반, 감각 자극이 대뇌 피질로 흐르는 것을 멈출 때 수면이 일어난 것으로 믿어졌습니다. 소극적 과정으로서의 수면에 대한 이러한 견해는 사람과 동물이 일반적으로 저 자극 환경에서 안전하고 편안해야 잠을 자는데 쉽게 이해할 수있는 것으로 보입니다. 1940 년대부터 시작된 연구는 점차이 모델에 도전했습니다. 수면은 실제로 복잡한 과정이며 많은 신경 시스템을 필요로한다는 것을 인식하고 있습니다. 그것은 수동적 인 것이 아니라 실제로 매우 활동적이고 복잡한 과정입니다. 그것이 너무 복잡하고 너무 세밀하게 규제되어야한다는 것은 많은 것이 여러 가지 수면 장애를 초래할 수 있다는 것을 의미합니다.

일상 생활에서 규칙적으로 발생하는 세 가지 상태의 정신 처리가 있습니다. 이것들은 깨어 있고, 깊은 수면과, REM 수면입니다. 수면의 시작은 하루 중 수면을 촉진하고 일주기 리듬의 조절 효과에 근거합니다. 깊은 수면과 REM 수면 사이의 변화는 신경계와 신체의 적절한 회복을 이끌어내어 신경계와 신체를 효과적으로 회복시켜 하루 동안 최적의 수준에서 정신과 신체가 작동 할 수있게하는 복잡한 뇌 시스템에 의해 규제됩니다.

두뇌 안에는 뇌의 전후방, 왼쪽과 오른쪽 반구, 높은 곳과 낮은 곳에서 신경 시스템의 상호 작용과 조정을 허용하는 경로가 있습니다. 이러한 상호 작용의 중요성을 인식하면서 뇌의 기능적 및 구조적 구성 요소를 추적하기위한 노력이 증가하고 있습니다. 신경계의 힘은 엄청난 수의 개별 뉴런의 활동에 대한 복잡한 조정에 있습니다. 이 아이디어는 "The Heavily Connected Brain"이라는 제목의 Science 저널 2013 년 11 월호의 특별 섹션에서 광범위하게 검토되었습니다 (2013 년, Markov 외, Park & ​​Friston, 2013 년, Stern, 2013 년 Turk-browne 참조) . 이제는 뉴런 간의 연결성을 추적하고 네트워크 이론과 같은 새로운 분석 기법을 사용하여 대규모 신경 네트워크의 구조 및 기능의 기본 메커니즘을 이해할 수 있습니다. 이 방법은 뇌와 같은 고정 된 구조가 어떻게 많은 기능적 다양성을 야기 할 수 있는지 이해하는 데 도움이됩니다. 뇌는 고정 된 구조이지만 깨어나 같은 다양한 상태에 놓일 수 있습니다. 이것은 기본 신경 경로가 상호 작용하는 다양하고 복잡한 방식 때문입니다.

Connectomics는 신경망을 매핑하고 분석하는 최근의 진보를 기반으로합니다. 그것은 종종 유전체학의 발전과 비교됩니다. 연결도 (Connectogram)는 확산 MRI로 밝혀진 뇌 영역과 그래프 이론으로 분석 된 영역 간의 연결을 그래픽으로 시각화 한 것입니다. 이것은 일반적으로 뇌 구조를 나타내는 원의 대표적인 영역 사이에 상호 연결이 그려진 원으로 묘사됩니다. 다양한 뇌 영역 간의 관계의 강도를 보여주는 기사에서 이러한 원형 다이어그램을 보았을 것입니다. 최근의 사례는 psychedelic drug psilocybin이 뇌 기능에 미치는 영향에 대한 연구가 널리보고 된 사례이다 (Petri et al, 2014). 요컨대,이 연구는 psilocybin이 비 약물 상태에 비해 특정 뇌 영역의 증가 및 다른 통합을 일으킨다는 것을 발견했습니다. 이것은이 약물이 일으키는 것으로보고 된 심오한 정신 상태를 설명하는 데 도움이됩니다.

Connectome은 뇌의 신경 연결 맵이며, 뇌의 표현에 매핑 된 연결을 보여줍니다. 예를 들어이 게시물의 상단에있는 이미지입니다. 이와 같은 시각화는 기능적 자기 공명 영상을 사용하여 이러한 영역에서 물 분자의 확산을 관찰함으로써 축색 영역을 확인하는 확산 텐서 영상으로 생성됩니다 (Purves et al, 2012). 이 맵을 사용하는 데 따르는 어려움 중 하나는 유기체의 상태와 경험에 따라 끊임없이 변화한다는 것입니다. 깊은 잠에 잠자는 사람의 connectome은 신경계가 서로 다른 상태로 서로 다른 방식으로 상호 작용할 때 경보, 집중, 깨어있는 개인과 다릅니다. Connectomes는 남성과 여성의 두뇌, 긍정적이고 부정적인 인간의 특성 사이의 차이점을 조사하는 데 사용되어 왔으며 현재 미국 국립 보건원 (National Institutes of Health)에 의해 지원되는 Human Connectome Project로 알려진 대규모 연구 활동에서 조사 중입니다.

최근의 연구로 수면 connectome (Vyazovskly, 2015)을지도에 그리기 시작했으며, 처음에는 동물의 수면을 보았습니다. 이것은 잠에서 깨어나 깊은 수면에서 렉 수면으로 부드럽게 전환 할 수있는 복잡한 메커니즘을 더 명확하게 해줍니다. 그것은 또한 수면이 출생 전부터 동물의 일찍 발달하는 방법에 대한 이해를 높이는 데 도움이됩니다. 예를 들어, hindbrain의 뉴런의 특정 집단이 발견되어 결국 wake / sleep 회로 (Hayashi, et al, 2015)에 기여하는 세포의 하위 모집단으로 발전합니다. 이것은 깨어나 기의 상태가 나타 내기 전에 개발 초기에 발생합니다.

인간 게놈 프로젝트와 같은 Human Connectome Project는 뇌의 구조와 기능에 대한 우리의 이해를 크게 높일 것이라고 약속합니다. 저는 그것이 뇌가 가져 오는 방식을 이해하고 깨어 나기와 잠을 자지 못하게하는 등 의식 상태를 조절할 수 있다는 가능성에 특히 흥분합니다. 그러한 이해는 수면 장애에 대한보다 효과적인 치료법 개발에 도움이 될 수 있습니다. 수면 장애가있는 많은 친구들이 높이 평가할 것입니다!

Hayashi, Y., Kashiwagi, M., Yasuda, K., Ando, ​​R., Kanuka, M., Sakai, K. & Itohara, S. (2015). 일반적인 발달 기원의 세포는 생쥐에서 REM / 비 REM 수면과 각성을 조절합니다. 과학 , 2015 년 11 월 20 일, 350 (6263), 957 – 961

Markov, NT, Ercsey-Ravasz, M., Van Essen, DC, Knoblauch, K. Toroczkal, Z., & Kennedy, H. (2013). 피질 고밀도 카운터 스트림 아키텍처. Science , 2013 년 1 월 1 일, 342 (6158), p. 578.

Park, HJ, & Friston, K. (2013). 구조적 및 기능적 뇌 네트워크 : 연결에서 인식에 이르기까지. Science , 2013 년 1 월 1 일, 342 (6158), p. 579.

Petri G, 전문가 P, Turkheimer F, Carhart-Harris R, Nutt D, Hellyer PJ, Vaccarino F. (2014). 뇌 기능 네트워크의 homological scaffolds. JR Soc. 인터페이스 11 : 20140873. http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2014.0873

Purves, D., Augustine, GJ, Fitzpatrick, D., Hall, WC, LaMantia, AS, White, LE (Eds.). (2012). 신경 과학 5th Edition , Sunderland, MA : Sinauer Associates, Inc.

Stern, P. (2013). 연결, 연결, 연결 …. Science , 2013 년 1 월 1 일, 342 (6158), p. 577.

Turk-Browne, NB (2013). 인간의 두뇌에서 기능적 상호 작용은 큰 데이터로 작용합니다. Science , 2013 년 1 월 1 일, 342 (6158), p. 580-584.

Vyazovskiy, VV (2015). 수면 connectome의 탄생을 매핑. 과학 , 2015 년 11 월 20 일, 350 (6263), p. 909-910.

출처 : Klem의 "Yin and Yang"-이 벡터 이미지는 Klem의 Inkscape로 만든 다음 Mnmazur가 수동으로 편집했습니다.

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