당신은 케냐에서 일생일대의 휴가를 보내고 있습니다. 사파리를 타고 사바나를 횡단하고 있습니다. 투어 가이드는 당신의 오른쪽에 있는 코끼리와 당신의 왼쪽에 있는 사자를 가리킵니다. 몇 년 후, 당신은 고향에 있는 꽃집에 들어가 풍경에 흩어져 있는 자칼베리 나무의 꽃과 같은 냄새를 맡습니다. 눈을 감으면 가게가 사라지고 랜드로버로 돌아옵니다. 깊게 들이마시면 행복한 기억에 미소가 지어집니다.
이제 되감아 보겠습니다. 당신은 케냐에서 일생일대의 휴가를 보내고 있습니다. 사파리를 타고 사바나를 횡단하고 있습니다. 투어 가이드는 당신의 오른쪽에 있는 코끼리와 당신의 왼쪽에 있는 사자를 가리킵니다. 눈 구석에서 코뿔소가 차량을 따라오는 것을 볼 수 있습니다. 갑자기 그것은 당신을 향해 질주하고 여행 가이드는 운전자에게 가스를 치라고 소리칩니다. 아드레날린이 솟구치면서 "이것이 내가 죽는 방법"이라고 생각합니다. 몇 년 후, 꽃집에 들어서면 달콤한 꽃향기가 몸을 움츠리게 만듭니다.
"당신의 뇌는 본질적으로 냄새를 긍정적 또는 부정적 감정과 연관시킵니다." 하오 리, 캘리포니아 솔크 생물학 연구소의 박사후 연구원. 그러한 감정은 단지 기억과 관련이 있는 것이 아닙니다. 그것들은 그것의 일부입니다. 뇌는 정보를 인코딩할 때 정보에 감정적 "원가"를 할당하고 경험을 좋거나 나쁜 기억으로 고정시킵니다.
그리고 이제 우리는 뇌가 그것을 어떻게 하는지 압니다. Li와 그의 팀으로서 최근에보고 된 in 자연, 미소를 떠올리게 하는 기억과 전율을 유발하는 기억 사이의 차이는 뉴로텐신으로 알려진 작은 펩티드 분자에 의해 확립됩니다. 그들은 뇌가 그 순간의 새로운 경험을 판단함에 따라 뉴런이 뉴로텐신의 방출을 조정하고 그 변화가 들어오는 정보를 다른 신경 경로로 보내 긍정적 또는 부정적 기억으로 인코딩된다는 것을 발견했습니다.
이 발견은 기억을 생성하는 과정에서 뇌가 사물을 무섭게 기억하는 방향으로 편향되어 있을 수 있음을 시사합니다. 이는 우리 조상을 조심스럽게 유지하는 데 도움이 되었을 수 있는 진화론적 특징입니다.
연구 결과는 "상충되는 감정을 다루는 방법에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다"라고 말했습니다. 토마스 라이언, 연구에 참여하지 않은 트리니티 칼리지 더블린의 신경과학자. 그것은 "뇌 회로에 대한 분자적 이해를 어디까지 밀어붙일 수 있는지에 대한 내 생각에 정말 도전했습니다."
또한 메커니즘의 고장이 "너무 많은 부정적인 처리"로 이어질 때 발생할 수 있는 불안, 중독 및 기타 신경 정신병 상태의 생물학적 토대를 조사할 기회를 제공한다고 Li는 말했습니다. 이론상으로는 신약을 통한 기전을 표적으로 삼는 것이 치료의 길이 될 수 있다.
공포와 불안에 대한 정신의학적 개념에 지대한 영향을 미칠 "이것은 정말 특별한 연구"라고 말했다. 웬 리, 불안 장애의 생물학을 연구하고 연구에 참여하지 않은 플로리다 주립 대학의 부교수.
위험한 열매
신경과학자들은 우리의 뇌가 기억을 어떻게 인코딩하고 기억하는지 정확히 이해하지 못하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 원자가 할당은 감정적으로 충전된 기억을 형성하는 과정의 필수적인 부분으로 간주됩니다.
환경적 신호와 경험을 좋은 기억이나 나쁜 기억으로 기록하는 뇌의 능력은 생존에 매우 중요합니다. 베리를 먹는 것이 우리를 매우 아프게 하면 본능적으로 그 베리와 그 이후로 보이는 모든 것을 피합니다. 베리를 먹는 것이 맛있는 만족감을 준다면 더 찾아볼 수 있을 것입니다. Hao Li는 "자극이나 대상에 접근하거나 회피할지 여부에 대해 질문할 수 있으려면 사물이 좋은지 나쁜지를 알아야 합니다."라고 말했습니다.
"베리"와 "질병" 또는 "즐거움"과 같은 이질적인 생각을 연결하는 기억을 연관 기억이라고 하며 종종 감정적으로 충전됩니다. 그들은 편도체라고 불리는 뇌의 작은 아몬드 모양의 영역에서 형성됩니다. 전통적으로 뇌의 "공포 중추"로 알려져 있지만 편도체는 즐거움과 다른 감정에도 반응합니다.
편도체의 한 부분인 기저외측 복합체는 환경의 자극을 긍정적 또는 부정적 결과와 연관시킵니다. 그러나 몇 년 전 신경과학자가 이끄는 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 한 연구팀이 케이 타이 쥐의 기저외측 편도체에서 놀라운 일이 일어나는 것을 발견했습니다. 보고 된 자연 2015 관련 in 신경 2016 인치
Tye와 그녀의 팀은 소리를 설탕물이나 약한 전기 충격과 연관시키는 법을 배우는 쥐의 기저외측 편도체를 들여다보고 각각의 경우에 다른 뉴런 그룹에 대한 연결이 강화된다는 것을 발견했습니다. 연구자들이 나중에 쥐에게 소리를 들려주었을 때 학습된 보상이나 처벌에 의해 강화되었던 뉴런이 더 활성화되어 관련 기억에 관여하는 것으로 나타났습니다.
그러나 Tye의 팀은 정보를 올바른 뉴런 그룹으로 이끄는 것이 무엇인지 알 수 없었습니다. 스위치 오퍼레이터의 역할은 무엇입니까?
보상과 처벌 학습에 중요한 것으로 알려진 신경 전달 물질인 도파민은 분명한 답이었습니다. 하지만 2019 연구 이 "기분 좋은" 분자는 기억에 감정을 암호화할 수 있지만 감정을 긍정적 또는 부정적 가치로 지정할 수는 없음을 보여주었습니다.
그래서 연구팀은 긍정적인 기억과 부정적인 기억이 형성되는 두 영역에서 발현되는 유전자를 조사하기 시작했고, 그 결과 뉴런 사이의 시냅스 연결을 천천히 꾸준히 강화할 수 있는 작은 다기능 단백질인 뉴로펩타이드에 관심을 돌렸다. 그들은 편도 뉴런의 한 세트가 다른 세트보다 뉴로텐신에 대한 수용체를 더 많이 가지고 있다는 것을 발견했습니다.
이 발견은 이전 연구에서 13개 아미노산 길이의 빈약한 분자인 뉴로텐신이 두려움 반응을 포함한 보상과 처벌의 처리에 관여한다는 것을 보여주었기 때문에 고무적이었습니다. Tye의 팀은 쥐의 뇌에서 뉴로텐신의 양을 바꾸면 어떤 일이 일어날지 알아보기 시작했습니다.
큰 성격을 가진 작은 분자
그 뒤를 이어 수년간 외과적, 유전적으로 마우스 뉴런을 조작하고 그 결과 행동을 기록했습니다. "제가 박사 학위를 마칠 때까지 저는 적어도 1,000번의 수술을 했습니다."라고 말했습니다. 프라니 남부부리, 두 논문의 저자이자 2015년 논문의 리더입니다.
그 기간 동안 Tye는 성장하는 실험실을 MIT에서 Salk Institute로 전국적으로 옮겼습니다. Namburi는 MIT에 머물면서 현재 무용수와 운동선수가 동작에서 감정을 표현하는 방법을 연구하고 있습니다. Hao Li는 박사후 연구원으로 Tye의 연구실에 합류하여 Namburi의 메모를 수집했습니다. 프로젝트는 팬데믹으로 인해 더 지연되었지만 Hao Li는 필수 인력 상태를 요청하고 기본적으로 실험실로 이동하여 때로는 잠을 자면서 계속 진행했습니다. "나는 그가 어떻게 그렇게 동기 부여를 유지했는지 모르겠습니다."라고 Tye가 말했습니다.
연구자들은 편도체의 뉴런이 뉴로텐신을 생성하지 않는다는 것을 알고 있었기 때문에 먼저 펩티드가 어디에서 오는지 알아내야 했습니다. 뇌를 스캔했을 때 시상에서 많은 뉴로텐신을 생성하고 긴 축삭을 편도체로 찌르는 뉴런을 발견했습니다.
그런 다음 Tye의 팀은 쥐에게 신호음을 치료 또는 충격과 연관시키도록 가르쳤습니다. 그들은 보상 학습 후에 편도체에서 뉴로텐신 수치가 증가하고 처벌 학습 후에 감소한다는 것을 발견했습니다. 쥐의 시상 뉴런을 유전적으로 변경함으로써 뉴런이 뉴로텐신을 방출하는 방법과 시기를 제어할 수 있었습니다. 뉴로텐신을 편도체로 방출하는 뉴런을 활성화하면 보상 학습이 촉진되고 뉴로텐신 유전자를 제거하면 처벌 학습이 강화됩니다.
그들은 또한 환경 단서에 원자가를 할당하면 그에 대한 적극적인 행동 반응을 촉진한다는 것을 발견했습니다. 연구원들이 시상 뉴런을 넉아웃시켜 편도체가 양성 또는 음성 원자가에 대한 정보를 받지 못하도록 막았을 때, 쥐는 보상을 수집하는 속도가 느려졌습니다. 위협적인 상황에서 쥐들은 도망가지 않고 얼어붙었다.
예를 들어, 화난 코뿔소가 당신을 공격하는 동안 원자가 할당 시스템이 고장 나면 이 결과가 어떻게 될까요? "당신은 단지 약간만 신경쓰면 됩니다." 타이가 말했다. 순간의 당신의 무관심이 기억에 기록될 것입니다. 그리고 나중에 비슷한 상황에 처한 자신을 발견하면 기억이 급히 탈출을 시도하도록 영감을 주지 않을 것이라고 덧붙였습니다.
그러나 Tulane University의 뇌 연구소 교수인 Jeffrey Tasker는 전체 뇌 회로가 차단될 가능성은 낮다고 말했습니다. 돌연변이나 다른 문제는 원자가를 뒤집는 대신 메커니즘이 잘 작동하는 것을 단순히 방해할 가능성이 더 큽니다. 그는 "누군가 돌진하는 호랑이를 사랑의 접근으로 착각하는 상황을 보기 힘들 것"이라고 말했다.
Hao Li는 동의하고 뇌에는 기본 원자가 시스템이 실패하더라도 보상과 처벌을 강화하기 위해 작동하는 대체 메커니즘이 있을 수 있다고 언급했습니다. 이것은 향후 작업에서 추구해야 할 흥미로운 질문이 될 것이라고 덧붙였다.
Tasker는 원자가 시스템의 결함을 연구하는 한 가지 방법은 일상적으로 무서운 것으로 판단되는 상황에서도 두려움을 느끼지 않는다고 보고하는 매우 드문 사람들을 조사하는 것일 수 있다고 말했습니다. Urbach-Wiet 증후군과 같은 흔하지 않은 다양한 상태와 부상은 편도체에 칼슘 침착물을 형성하여 두려움 반응을 약화시킬 수 있습니다.
뇌는 비관주의자다
Wen Li는 "이 연구 결과는 공포 회로와 편도체의 역할에 대한 이해와 생각을 발전시키는 측면에서 상당히 큽니다."라고 말했습니다. 우리는 도파민보다 덜 알려져 있지만 뇌에서 중요한 역할을 하는 뉴로텐신과 같은 화학 물질에 대해 더 많이 배우고 있다고 그녀는 덧붙였습니다.
이 연구는 뇌가 기본적으로 비관적일 가능성을 가리키고 있다고 Hao Li는 말했습니다. 뇌는 보상에 대해 배우기 위해 뉴로텐신을 만들고 방출해야 합니다. 처벌에 대해 배우는 것은 더 적은 노력을 필요로 합니다.
이러한 편향에 대한 추가 증거는 쥐가 처음 학습 상황에 놓였을 때의 반응에서 비롯됩니다. 새로운 연관성이 긍정적인지 부정적인지 알기 전에 시상 뉴런에서 방출되는 뉴로텐신이 감소했습니다. 연구자들은 새로운 자극이 맥락이 더 확실해지고 이를 회복할 수 있을 때까지 자동으로 더 부정적인 원자가가 할당된다고 추측합니다.
"당신은 긍정적인 경험보다 부정적인 경험에 더 잘 반응합니다."라고 Hao Li가 말했습니다. 차에 치일 뻔 하면 아마 아주 오랫동안 기억할 것이지만, 맛있는 것을 먹으면 며칠 안에 그 기억이 흐려질 것입니다.
Ryan은 그러한 해석을 인간에게 확장하는 것을 더 경계합니다. "우리는 매우 가난한 환경에서 자라며 매우 특별한 유전적 배경을 가진 실험용 쥐를 다루고 있습니다."라고 그는 말했습니다.
그러나 그는 미래의 실험에서 두려움이 인간 두뇌의 실제 기본 상태인지 여부를 결정하는 것이 흥미로울 것이라고 말했습니다.
이번 발견은 또한 뇌가 얼마나 통합되어 있는지를 보여주는 좋은 예라고 Wen Li는 말했습니다. 그녀는 뇌의 어떤 뉴런이 시상에 신호를 공급하는지 아는 것이 흥미로울 것이라고 말했습니다.
A 최근의 연구 에 게시 자연 통신 하나의 공포 기억이 뇌의 한 영역 이상에서 인코딩될 수 있다는 것을 발견했습니다. 관련된 회로는 아마도 메모리에 따라 다릅니다. 예를 들어, 뉴로텐신은 아마도 단어를 배울 때 형성되는 "선언적" 기억과 같이 감정이 많이 붙지 않은 기억을 인코딩하는 데 덜 중요할 것입니다.
Tasker에게는 Tye의 연구가 단일 분자, 기능 및 행동 사이에서 발견한 명확한 관계가 매우 인상적이었습니다. “신호와 동작, 또는 회로와 기능 사이의 일대일 관계를 찾는 것은 드뭅니다.”라고 Tasker가 말했습니다.
신경정신과 표적
원자가를 할당하는 데 있어 뉴로텐신과 시상 뉴런의 역할이 명확하기 때문에 신경 정신 질환 치료를 목표로 하는 약물의 이상적인 표적이 될 수 있습니다. 이론적으로 원자가 할당을 수정할 수 있다면 질병을 치료할 수 있을 것이라고 Hao Li는 말했습니다.
뉴로텐신을 표적으로 하는 치료제가 이미 형성된 기억의 원자가를 바꿀 수 있는지 여부는 분명하지 않습니다. 그러나 그것이 희망이라고 Namburi는 말했습니다.
약리학적으로 이것은 쉽지 않을 것입니다. “펩티드는 작업하기가 매우 어렵기로 악명이 높습니다.”라고 Tasker는 말했습니다. 왜냐하면 그들은 외부 물질과 혈액 화학의 변동으로부터 뇌를 보호하는 혈액-뇌 장벽을 통과하지 않기 때문입니다. 그러나 불가능한 것은 아니며 표적 약물 개발은 이 분야가 향하고 있는 방향과 매우 유사하다고 그는 말했습니다.
뇌가 원자가를 할당하는 방법에 대한 우리의 이해에는 여전히 중요한 격차가 있습니다. 예를 들어, 뉴로텐신 수용체가 편도체 뉴런에서 결합하여 원자가 스위치를 뒤집는지는 분명하지 않습니다. "그것은 채워질 때까지 나를 귀찮게 할 것입니다."라고 Tye가 말했습니다.
최근 노스웨스턴 대학의 조교수로 임명되었으며 그의 새 연구실에서 이러한 질문 중 일부를 더 탐구할 계획인 Hao Li는 문제가 있는 원자가 할당이 어떻게 불안, 중독 또는 우울증을 유발할 수 있는지에 대해 너무 많이 알려져 있지 않다고 말했습니다. 뉴로텐신 외에도 뇌에는 중재의 잠재적 표적이 되는 다른 많은 뉴로펩타이드가 있다고 Hao Li는 말했습니다. 우리는 그들이 모두 무엇을 하는지 모릅니다. 그는 또한 경험이 좋은지 나쁜지 명확하지 않은 모호한 상황에 두뇌가 어떻게 반응하는지 알고 싶어합니다.
이 질문은 Hao Li가 짐을 꾸리고 밤에 집으로 돌아간 후에도 오랫동안 뇌리에 남아 있습니다. 이제 그는 뇌의 어떤 수다스러운 세포 네트워크가 자신이 느끼는 감정을 유발하는지 알았으므로 좋은 소식이나 나쁜 소식이 들릴 때마다 뇌가 뉴로텐신을 펌핑하거나 억제하는 것에 대해 친구들과 농담을 합니다.
"이것이 생물학이라는 것은 분명하며 모든 사람에게 발생합니다."라고 그는 말했습니다. "기분이 좋지 않을 때 기분이 좋아집니다."
