연구는 세포 및 세포 이하 수준에서 기억 형성의 구조적 특징을 밝힙니다.

NIH가 자금을 지원한 연구는 최첨단 이미징 기술을 사용하여 쥐 뇌의 학습 및 기억의 기본 기능을 재구성합니다.

2025년 3월 20일
• 미디어 컨설턴트

무엇:

국립보건원(NIH)이 지원한 연구에서 연구자들은 쥐 뇌의 광범위한 뉴런 네트워크에서 기억 형성의 구조적 기초를 밝혔습니다. 이 연구는 기억이 형성되는 방식의 근본적으로 유연한 특성을 강조하며 전례 없는 해상도로 세포 및 세포 이하 수준의 학습 관련 변화를 자세히 설명합니다. 이러한 유연성을 이해하면 기억력과 학습 과정이 때때로 잘못되는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

결론, 출판됨 과학기억 흔적에 할당된 뉴런은 다중 시냅스 부톤(multi-synaptic bouton)이라는 특이한 유형의 연결을 통해 다른 뉴런과의 연결을 재구성한다는 것을 보여주었습니다. 다중 시냅스 부톤에서는 정보가 포함된 신호를 전달하는 뉴런의 축삭이 신호를 수신하는 여러 뉴런과 접촉합니다. 연구진에 따르면, 다중 시냅스 부톤은 이전 연구에서 관찰된 정보 코딩의 세포 유연성을 가능하게 할 수 있습니다.

연구진은 또한 기억 형성에 관여하는 뉴런이 서로 우선적으로 연결되어 있지 않다는 사실도 발견했습니다. 이 발견은 전통적인 학습 이론에서 예측했던 “함께 발사되는 뉴런이 서로 연결된다”는 생각에 도전합니다.

또한 연구자들은 기억 흔적에 할당된 뉴런이 에너지를 제공하고 뉴런 연결의 의사소통과 가소성을 지원하는 일부 세포 내 구조를 재구성한다는 것을 관찰했습니다. 이 뉴런은 또한 성상교세포(astrocyte)라고 불리는 지지 세포와 더 나은 상호작용을 했습니다.

Scripps Research의 과학자인 Marco Uitieppo, Anton Maksimov, Ph.D.는 고급 유전 도구, 3D 전자 현미경 및 인공 지능의 조합을 사용합니다. 연구진은 학습에 관여하는 뉴런의 연결 다이어그램을 재구성하고 이러한 뉴런의 구조적 변화와 세포 및 세포 이하 수준에서의 연결을 확인했습니다.

학습과 관련된 구조적 특징을 조사하기 위해 연구자들은 쥐를 조건화 작업에 노출시키고 약 1주일 후에 뇌의 해마 영역을 검사했습니다. 그들은 기억이 처음 인코딩된 후 장기 저장을 위해 재구성되기 전에 발생하기 때문에 이 시점을 선택했습니다. 연구자들은 고급 유전 기술을 사용하여 학습 중에 활성화되는 해마 뉴런의 하위 집합에 영구적으로 라벨을 붙임으로써 신뢰할 수 있는 식별이 가능해졌습니다. 그런 다음 3D 전자 현미경과 인공 지능 알고리즘을 사용하여 학습과 관련된 흥분성 신경 네트워크를 나노 규모로 재구성했습니다.

이 연구는 한 뇌 영역에서 기억 형성의 구조적 특징에 대한 포괄적인 관점을 제공합니다. 또한 더 많은 탐구를 위한 새로운 질문을 제기합니다. 유사한 메커니즘이 다른 시점과 신경 회로에서 작동하는지 여부를 결정하는 향후 연구는 중요할 것입니다. 또한, 기억 및 기타 인지 과정에서의 정확한 역할을 결정하기 위해서는 다중 시냅스 부톤의 분자 구조에 대한 추가 조사가 필요합니다.

이 연구는 국립 정신 건강 연구소, 국립 신경 장애 및 뇌졸중 연구소, NIH의 자금 지원으로 지원되었습니다. 혁신적인 신경기술의 발전을 통한 뇌 연구® 이니셔티브 또는 BRAIN Initiative®.

WHO:

국립정신건강연구소 제이미 드리스콜(Jamie Driscoll)

국립정신건강연구소 김윤영 박사

공부하다:

Uytipo, M., Zhu, Y., Bushong, E., Chou, K., Poli, F.S., Zhao, E., Kim, K.-Y., Lu, D., Chang, L., Yang, D., Ma, T.C., Kim, M., Zhang, Y., Walton, G., Quach, T., Haber, M., Patapoutian, L., Shahbazi, A., Zhang, Y.,… Maximov, A. (2025). 쥐의 해마에 있는 기억 엔그램의 시냅스 구조. 과학. http://www.science.org/doi/10.1126/science.ado8316