뇌와 행동의 기초 제3판_6장.뇌의구조와기능을어떻게연구하는가_20130419_김난주.hwp
뇌와 행동의 기초 제3판
Bryan Kolb, lan Q. Whishaw 지음
김현택, 김명선, 김재진 옮김
시그마프레스, 2012
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CHAPTER 6. 뇌의 구조와 기능을 어떻게 연구하는가? |
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1_연구초점_뇌자극 기법 (p188) 일본 Gentara Taga와 동료들, 2003 : 유아의 뇌 피질 조직을 투과한 빛을 모아 혈액-산소 소모를 영상화하는 근적외선분광기록법(NIRS)을 개발하여, 뇌 발달 조사 생후 3개월 된 유아는 NIRS 장치가 부착된 광섬유 모자를 착용, 흑백 체크보드 패턴과 모빌 후두엽은 대상의 모든 시각 과정에 관여하는 것으로 보이는데, 이는 시자극이 정지되어 있는지 혹은 움직이는지와 상관없이 후두엽의 활성화가 NIRS에 기록되기 때문이다. 모빌을 보고 있는 동안에는 시각영역/측두엽영역/전전두엽영역이 활성화되고, 유아가 체크보드 패턴을 보고 있는 동안에는 시각영역/측두엽영역은 활성화되지만 전전두엽영역(전전두피질)은 활성화되지 않았다. 생후 3개월밖에 안 된 유아도 서로 다른 유형의 시자극을 구별할 수 있다. 선행 행동 연구와 NIRS 연구는 전전두피질이 적어도 생후 6개월이 되기 전에는 활성화되지 않는 것으로 보고하였다. Taga의 연구결과는 인간 대뇌피질의 출생 후 발달에 관한 새로운 견해를 제공한다. |
1) 뇌와 행동의 측정 (p189)
1861년 프랑스 의사 Broca와 Auburtin이 뇌손상으로 언어를 상실하여 ‘tan’이라는 단어만 말하던 환자가 사망하자 부검하여 좌반구 전두엽 손상 발견. 약 2년간 8개의 유사사례를 근거로 언어가 좌반구 전두엽 세 번째 회(브로카 영역)라고 결론.
-뇌의 주된 기능은 행동을 생산하는 것이다.
-행동신경과학은 신경학적 환자나 실험동물의 뇌와 행동 관련성을 직접 연구한다.
-처음에는 관찰을 통해 주로 행동을 측정하였다.
-추후 미세동작/기억/정서 등과 같은 특정 기능을 조사하도록 고안된 신경심리학적 측정 방법을 개발하였다.
-이 방법으로 얻은 행동 결과를 뇌조직화에 관한 해부학적/생리학적/화학적 및 다 른 분자 측정과 관련짓는다.
-영구적/일시적 뇌기능 변화로 뇌와 행동 사이의 관련성을 조작할 수 있다.
-영구적 손상은 뇌조직의 제거/파괴를 통해 직접 뇌를 손상시키는 것이다.
-뇌 활성화의 일시적 변화는 경미한 전류, 자기류, 약물 투여로 유도될 수 있다.
(1) 신경해부와 행동 관련짓기 (p189)
뇌와 행동 사이 관련성은 신경해부학과 행동에 초점을 맞춤으로써 연구 가능
① 20C 초 신경해부학 주 기법 : 대뇌피질 영역 구분, 영역별 특정기능 보유 추측
-뇌조직의 절편을 염색하여 뇌 세포체 확인하기
-개개 뉴런의 전체구조를 선택적으로 염색하기
② 21C 초 교세포와 뉴런 및 연결을 분류하는 수십 개 기법 개발
-여러 유형의 뉴런들의 분자/신경화학/형태(구조) 차이 확인
-특성들이 어떻게 행동과 관련되는지 발견
③ 파킨슨병
-뇌간 중뇌영역인 흑질의 도파민 생산 세포들이 죽은 것을 관찰
-실험동물들의 흑질이 죽으면 진전/근육경직/수의적운동감소 등 유사행동 발견
④ 학습과제 훈련 동물
-시각 단서를 사용하는 미로에서 훈련받은 동물의 시각피질 세포 시냅스 변화와
새로이 생성된 해마 세포의 수
-시냅스 조직화와 세포 생성 등의 변화가 새로운 학습의 근거인가 입증 필요
(2) 행동신경과학의 연구방법 (p191)
-뇌의 궁극적 기능은 행동의 산출이다
-신경학적 손상 환자와 실험동물의 행동변화를 사후 뇌 부검 결과와 비교
-신경심리학 : 뇌-행동 사이의 관련성에 관한 연구. 인간 연구에 국한 사용
-행동신경과학 : 행동의 생물학적 근거에 관한 연구, 정상/이상 행동 연구기법 개발, 인간과 실험실 동물 모두 연구
-동물행동학 : 동물 학습과 동물 행동 연구
① 인간을 대상으로 하는 신경심리검사 (p191)
-행동연구가 최초의 연구방법들 중 하나 (p192.그림6.4)
-Corsi 블록검사 : 공간 위치에 관한 단기 회상, 즉 블록 폭을 측정
-거울보고 그리기 : 특정 윤곽을 추적하는 연습을 거듭하면 정확하게 학습하고 며칠 후 재검사하면 상당정ㄷ공 회상, 특정 유형의 기억장애인이 이전 확습 회상 못해도 실수 없이 과제 수행
-최신 기억 과제 : 직관 반대 경우, 정보를 말로 회상하기보다는, 매우 독창적으로 기억력을 측정하는 방법 개발할 필요
② 쥐의 행동 분석 (p192)
-장소 학습, 장소대응 학습, 랜드마크 과제
-서로 다른 신경학적 손상이 있는 쥐들이 3 과제에서 선택적으로 수행 저하 (p194.그림6.5)
-쥐의 숙련된 뻗기 행동, 포유동물 외 설치류도 섬세한 움직임고 민첩한 행동 (p195.그림6.6)
(3) 뇌-행동 상호작용의 조작과 측정 (p193)
① 뇌병변 (p195)
+대뇌피질 조직 제거
-뇌에 기억이 위치하는 장소 찾기, Karl Lashley, 1920.
-다양한 미로와 운동과제로 훈련시킨 원숭이/쥐의 대뇌피질 조직 제거
-기억상실증 초래는 실패했고, 기억상실은 뇌조직의 제거 양과 관련됨을 발견
-기억은 단일 뇌영역이 아니라 뇌 전체에 분포
+해마 제거
-뇌전증 치료 시도, William Scovil / Brenda Milner, 1957
-해마 제거 후 기억상실증 초래
+피질하 전해질 병변 (p196.그림6.7)
-두개골 접합부위와 뇌구조의 고정 관계 이용하여 뇌의 삼차원 지도 영상화
-입체정위 수술기구를 사용하여 정확히 흑질에 전극을 보냄
-뉴런과 흑질 영역을 통과하는 신경섬유 조직까지 손상
+피질하 신경독성 병변
-캐뉼러(좁은 금속관)에 흑질 죽이는 독성물질을 주사하여 특정 뉴런만 제거하 여 뇌 활성화 중단
-운동불능증/좁은 보폭/진전 증상 보이는 파킨슨병 쥐 생산
② 뇌 자극 (p196)
+심부뇌자극 (DBS) : 뇌는 전기와 화학적 에너지에 의해 작용하는 점 활용
-외측 시상하부의 특정 영역을 전극으로 자극받은 쥐는 섭식행동
-자극은 섭식과 즐거움 관련 신경회로에 영향력 끼쳐 전기적 자기자극 학습화
+경두개자기자극 (TMS) : 자기와 전기가 관련된 점 활용 (p197.그림6.8)
-자기와 전기가 서로 관련 있는 것을 이용한 비침습적 기법
-특정 피질영역 위 두개골 가까이 작은 코일로 고압전류 흘리면 자기장 증감
-자기장은 대뇌피질 뉴런들을 탈분극화/발화
-운동피질 자극으로 운동 유발/와해 초래
-시각피질 자극으로 빛점(섬광) 보임
+반복적/지속적 경두개자극 (rTMS)
-우울증 등 다양한 행동장애 치료
+약물자극
-조현병 치료약 (할로페리돌) : 도파민 뉴런 기능 감소로 운동감소증 초래
-우울증 치료약 (암페타민) : 도파민 뉴런 기능 증가로 운동과도증 초래
-정신운동성 자극제 (니코틴, 암페타민, 코카인 등) : 반복노출로 뇌 가소성과 경험/학습 능력은 장기적 영향을 받음
-약물주입은 숙련된 뻗기 행동과 같은 학습된 행동에 미치는 효과를 조사한 뒤, 약효가 사라진 후의 행동 재조사 가능 (p195.그림6.6)
2) 뇌의 전기적 활동 측정 (p198)
-뇌 활성화의 전기적 측정으로 모니터링 : 뇌기능의 연구, 의학적 진단과 뇌질환 치료법의 효과
-뇌의 전기적 활성화 조사법 4
(1) 등급 전위의 뇌전도(EEG) 측정 (p198)
-두피에 전극을 부착하여 뇌의 전기적 활동(뇌파) 기록법 발견, Hans Berger, 1930 (p199.그림6.9)
-EEG 기록이 지니는 특성 3
① 행동이 변하면 EEG가 민감하게 변한다 (p199.그림6.10)
② 피질에서 측정한 EEG는 패턴을 보이고, 알파파는 리드미컬하면서 규칙적이며, 뇌 후측 시각피질영역에서 생성된다
③ 생존하는 뇌의 전기적 활동은 결코 중단되지 않는다
-개인의 서로 다른 의식 상태를 반영
-수면단계의 모니터, 마취 수준의 평가, 두부손상의 심각성 평가, 비정상적 상태, 뇌사 상태, 뇌전증 발작 등이 기록됨
-EEG 기록은 연구 뿐 아니라 비정상적 뇌 진단에도 유용
(2) 사건관련전위(ERP)를 사용한 뇌기능 매핑 (p200)
-사건관련전위 (ERPs) : 감각 자극에 대한 반응으로 EEG 신호가 짧은 시간 등급전위 도안에도 변하는 것
-감각 자극에 의해 수상돌기에서 생산되는 등급전위
-깨어 있는 동안에는 뇌 전체가 활성화되지만 다른 뇌영역에 비해 일부 뇌영역이 순간적으로 훨씬 더 많이 활성화되는 것
-ERP 기록으로, 정보가 한 뇌영역에서 다른 뇌영역으로 이동할 때 활성화 증가를 보이는 영역들 위치가 어떻게 변화되는가 관찰 가능 (p201.그림6.12)
(3) 뇌자도 (MEG) (p201)
-뉴런의 전기적 활동 뿐 아니라 자기장을 생성한 뉴런 집단의 삼차원 위치에 관한 정보 제공
-기록된 활동의 생성지를 더 자세히 확인하는 우수함
-뇌전증의 병소 밝히기에 유용
(4) 단일세포 활동 전위 기록법 (p202)
감각영역의 뉴런들은 자극의 특징, 예를 들어 색채 혹은 피치(음의 고저) 등에 반응하는 한편 다른 영역의 뉴런들은 유기체의 공간 안 위치 등과 같은 더 복잡한 정보를 코드한다.
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2_임상초점_경미한 두부손상과 우울증 (p202) B.D는 공구 세일즈맨인데 공구에 두피가 심하게 베이고 척추 2개 부상 척추 증상은 사라졌지만 2년 동안 안절부절못함/불안/우울이 지속되어 직장을 잃고 가족들은 고통스러웠다. 신경심리검사 결과 인지능력 평균 이상, 지능지수 115, 심각한 주의 및 단기기억 결함 정서적 문제는 신경학적/방사선학적 사인이 없어도 경미한 두부손상 후 초래 가능 Reza와 동료들, 2007 : 경미한 두부손상 환자군은 P₃잠재기가 길어지고, 건강한 정상군은 N₂잠재기가 길어지는 것을 관찰 경미한 두부손상 후 장기간 장애 경험 원인은 MRI가 아니라 ERP에서 관찰가능 |
3) 정적 영상 기법 : CT와 MRI (p203)
-70년대 초까지는 유일하게 X-레이로 생존 뇌를 영상화하였다.
-70년대 초부터 사용한 CT(컴퓨터단층촬영술)와 MRI(자기공명영상)는 서로 다른 뇌구조들, 뇌실, 핵과 경로의 밀도에 민감하다. CT는 삼차원 X-레이 유형인 한편 MRI는 수소 원자들이 자기장에서 막대자석처럼 회전한다는 원리에 근거하여 작용한다.
-비록 CT 스캔이 MRI보다 비용이 적고 더 빨리 실시된다는 장점이 있지만 MRI는 뇌에 위치하는 핵과 경로에 관한 더 명확한 영상을 제공하고 사람들마다 뇌구조가 서로 다르다는 것을 보여준다.
-X-레이는 두개골 손상의 진단에 사용하고, CT와 MRI 모두 신경질환 혹은 부상으로 인한 외상성 뇌손상 평가 혹은 종양의 진단에 사용될 수 있으나 MRI가 CT보다 더 유용한 연구기법이다.
4) 역동적 뇌영상 기법 (p205)
-개인이 인지적 과제를 수행하는 동안 뇌가 사용하는 혈액, 산소와 포도당 및 철 등과 같은 혈액 성분의 수준을 측정하여, 뇌 활성화의 변화를 추론
(1) 기능자기공명영상법(fMRI) (p205)
-신진대사 영상 기법은 어떤 행동에도 뇌의 광범위한 회로의 상호작용이 요구된다는 것
-기능자기공명영상법에 의한 혈류 측정을 MRI 영상과 결합시켜 혈류변화를 보인 뇌영역의 위치를 확인하고 ERP 결과를 보완
(2) 양전자방출단층촬영술(PET) (p207. 그림6.18)
-불안정한 방사능 분자가 지엽적 혈류량과 직접적으로 비례하여 뇌에 축적되기 때문에, 뇌혈류 측정이 가능
-양전자방출단층촬영술은 몇 분 동안 일어나는 혈류와 다른 신진대사 변화를 측정하며, 복잡한 빼기 절차와 여러 피검자들의 반응을 평균화
(3) 시각단층촬영술(근적외선 분광기록법 NIRS) (p209. 그림6.21)
-근적외선 분광기록법은 역동적 뇌영상 연구에 주로 사용되는 시각단층촬영술의 한 유형
-뇌조직을 포함하여 물체를 통과한 빛을 모아 물체를 재구성할 수 있다는 원리에 근거
-MIRS는 PET이나 fMRI에 비해 사용하기 간편하지만 빛이 뇌 깊숙이 통과하지 않기 때문에 피질기능의 연구에만 사용
-유아와 노인까지 전 생애단계의 사람들 기록 가능
-빛이 뇌 깊숙이 침투하지 못하기 때문에 피질 활성화만 측정할 수 있는 단점
-두피에 100개 이상의 빛 탐지기를 부착하기 때문에 영상의 공간해상도 증가
5) 뇌의 화학 및 유전적 측정과 행동 (p210)
유전자와 신경화학물질의 변화 분석을 통해 행동의 분자학적 근거를 이해하게 된다. 비록 유전자는 세포를 구성하고 규제하는 데 필요한 모든 정보를 코드하지만 유전자 발현은 생애 전 단계 동안의 경험에 의해 수정된다. 즉, 동일한 유전자를 가진 일란성 쌍생아가 성인이 되었을 때 매우 다른 유전자 발현과 뇌구조를 가질 수 있다. 대립유전자들은 서로 다른 방식으로 경험과 상호작용한다. 개인의 생애 역사를 알지 못하면 개인을 대립유전자를 통해 이해하는 것이 거의 가능하지 않다. 후성유전학은 경험에 의해서 야기되는 유전자 발현의 차이를 의미한다.
(1) 뇌의 화학물질 측정 (p210)
-뇌에는 신경전달물질과 호르몬에서부터 포도당과 일산화탄소에 이르기까지 다양한 화학물질 존재
-생화학적 변화는 돌이킬 수 없는 세포손상 혹은 죽음을 초래
-파킨슨병 : 낮은 도파민 수준의 특징
-우울증 : 낮은 세로토닌/노르아드레날린
-두부손상 혹은 뇌졸중 : 글루타메이트의 급증과 이차적 사건에 의해 더 악화 가능
-도파민 : 피질하 기저핵 영역의 선조체 측핵에서 성행동과 먹이 등의 보상 행동 자극으로 증가
-대뇌 미세 투석 : 반투과성 막이 있는 카테터를 뇌에 삽입하여 액체를 흘리면 액체가 세포막 따라 통과, 기저핵 영역의 선조체에서 도파민 증가 파악 (p211.그림6.22)
-대뇌 전압전류계 : 탄소 섬유 전극과 미세한 금속 전극을 뇌에 삽입하여 금속 전극을 통해 소량의 전류 송전, 전류는 주위 화학물질에 전자를 첨부/제거, 서로 다른 전류가 다른 합성물의 변화를 초래, 신경전달물질 수준과 관련 화학물질 수준 확인 가능, 다른 화학물질의 퇴화 요구가 단점, 임상 사용 부적합
(2) 뇌의 유전자 측정과 행동 (p211)
-유전자 순서의 변화가 뇌조직화에 상당한 영향력
-쌍생아의 유사행동특성 일치율을 조사하니, 약물 중독과 다른 정신질환에 유전적 영향이 매우 크게 작용함을 보고
-행동장애(조현병, 우울증)는 100%보다 낮은 일치율이 관찰되어서, 환경적 요인도 영향 있음을 보고
-합성물의 생산에 관여하는 뇌-파생 신경영양인자(BDNF)라는 유전자와 행동을 관련짓는 것 가능
-BDNF는 신경가소성을 자극하는 데 중요한 역할, 낮은 수준이면 우울증과 같은 기분장애와 관련, 이 유전자의 대립 유전자는 BDNF Val 66Met, BDNF Val 66Val
-Met 대립유전자 관련 : 건강한 사람들에서 해마 부피 11% 감소, 특정 사건에 관한 일화 기억 결함, 노년기의 높은 치매 발생률
-Val 대립유전자 관련 : 신경증 및 불안장애 발병률
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3_임상초점_마리화나 사용, 정신병과 유전학 (p212) 마리화나는 세계에서 가장 널리 사용되는 불법 약물이고 안전하다고 알려져 있으나 부작용이 있다. COMT 유전자 가설 : 시냅스에서의 도파민 신진대사에 관여하는 효소를 생산하는데 조현병과 관련 있는 유전자 Avshalom Caspi와 동료들, 2005 : 뉴질랜드 26세 피검자 천 여명의 COMT 유전자 분석, Val 대립유전자 보유자가 청소년기에 마리화나 사용 후 조현병 발병율 높음 유전적 차이는 특정 개인으로 하여금 환경 내 경험의 부정적 영향에 더 취약하게 하고 환경 내의 경험은 연령 효과가 있다. 청소년기 동안 뇌가 상당한 발달을 하기 때문이다. |
(3) 후성유전학 (p212)
-유전자 발현 : 한 개인의 유전자형은 환경 맥락 속에서 존재하며 유전자가 활성화 혹은 비활성화 되는 현상
-어린 시절의 경험(만성 스트레스, 외상 사건, 약물, 문화, 질병)이 유전자 발현의 변화를 통해 해마 조직과 기능을 변화시킬 수 있다는 가설 지지. 모든 경험이 축적된 결과로 유전자의 작용 기제에 엄청난 변화 초래 (특정 후성유전적 변화가 뇌졸중 후 기능 회복/미회복관 관련)
-생활양식 경험 : 흡연, 운동습관, 다이어트, 스트레스, 약물, 교육 등
-사회적 경험 : 결혼 및 자녀 양육 등
-후성유전학 연구는 뇌발달과 뇌기능에서 일어나는 유전자-뇌 상호작용에 관한 이해 증진, 신경질환의 새 치료법 개발 촉진
6) 뇌-행동 연구에서의 동물 사용 (p213)
정상적 혹은 비정상적인 뇌기능에 관한 이해를 동물 모델로부터 얻을 수 있다. 동물 모델은 연구자로 하여금 경험 요인과 신경학적 처치가 뇌기능에 미치는 효과를 알기 위해 뇌를 조작할 수 있게 한다. 동물 스스로 학대로부터 자신을 보호할 능력이 없기 때문에 정부와 연구자들은 실험실 동물의 사용에 관한 윤리적 가이드라인을 개발하였다. 이 가이드라인은 동물에게 가해지는 고통을 최소화하고 침습적 절차에 사용되는 동물 수를 제한한다.
(1) 질병의 동물 모델이 갖는 이점 (p214)
-뇌졸증에 관한 동물 모델은 비교적 쉽게 개발
-주의력 결핍 과잉행동장애 (ADHD) 아동은 학교에서 문제 일으키나 동물은 아님, 메틸페니데이트/리탈린 으로 치료한 쥐가 수행력 증가
-과잉행동과 관련 있는 전전두엽 도파민 체계 이상을 가진 쥐, Kyoto SHR, 메틸페니데이트 같은 도파민 길항제가 비정상 행동 호전
-출생 시 무산소증 (산소 결핍), 전전두엽 발달 조작, ADHD 환자처럼 우반구 전전두엽 손상 초래
(2) 동물 복지와 과학적 실험 (p214)
-캐나다 동물보호위원회는 동물 실험 4가지 원칙을 승인 (P215.표6.1)
-미국, 1966, 동물복지법령 국회 통과, 1986, 건강연구 관련 법령 실시
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4_연구초점_주의력 결핍 과잉행동장애 (p216) 학령기 아동 4%~10%가 발병하는 가장 흔한 뇌장애/행동장애, 이 아동들 중 약 50% 정도는 성인기에도 증상을 유지하며, 가정불화/약물남용/교통사고 등과 관련됨 신경생물학적 근거 : 전두엽과 기저핵의 뇌 부피가 감소되고 도파민 수송체가 증가되어, 시냅스전 뉴런으로의 도파민 재흡수가 더 빨리 일어나므로 도파민이 감소하게 되는 기능이상 치료제 : 정신운동 자극제 리탈린(Methyphendiate)이 도파민 재흡수를 봉쇄하여 호르몬 수준 증가, 약 70% 정도의 아동은 주의력결핍과 과잉행동 증상 완화, 약 40%는 고교 중퇴하므로 학업성취도 높인다는 증거는 미약 Faraone 등, 2003 : 부모/교사 관용이 반영된 문화현상이라는 견해 반박 분자유전학 연구 결과 : 유전가능성 높음. 일란성 쌍생아의 약 75%가 동시 경험. 확인된 7개의 유전자가 도파민 시냅스 D₄수용기 유전자와 유관 |
..............뇌 연구에 이용된 실험동물들의 고통과 희생에 유감을 표하며, 인도주의적인 뇌 연구를 지지합니다!..............
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