뇌가 작동하는 방식에 관심을 가진 신경 과학자들은 자연적으로 뉴런에 초점을 맞춥니다. 뉴런은 전기 자극을 통해 감각과 생각의 요소를 서로 전달할 수 있는 세포입니다. 그러나 동등하게 연구할 가치가 있는 것은 그 사이에 있는 물질입니다. 이 뉴런 외부의 점성 코팅입니다. 코와 관절의 연골과 거의 같은 이 물질은 어망처럼 일부 뉴런에 달라붙어 PNN(Perineuronal Nets)이라는 이름에 영감을 줍니다. 그들은 단백질 비계에 부착된 긴 사슬의 당 분자로 구성되어 있으며 뉴런을 제자리에 고정시켜 싹이 트거나 새로운 연결을 만드는 것을 방지합니다.
이러한 능력을 감안할 때 이 잘 알려지지 않은 신경 코팅은 뇌에 대한 가장 수수께끼 같은 질문에 대한 답을 제공합니다. 왜 어린 뇌는 새로운 정보를 그렇게 쉽게 흡수할까요? 외상 후 스트레스 장애(PTSD)에 수반되는 두려운 기억이 왜 그렇게 잊기 어려운가? 술에 의존하게 된 후 술을 끊는 것이 왜 그렇게 어려운가? 그리고 에 따르면 새로운 연구 McGill 대학의 신경과학자 Arkady Khoutorsky와 그의 동료들로부터, 우리는 이제 PNN이 왜 신경 손상 후 통증이 발생하고 지속될 수 있는지 설명한다는 것을 알게 되었습니다.
신경 가소성은 신경망이 삶의 경험에 따라 변화하거나 뇌 손상 후 스스로 복구하는 능력입니다. 손쉬운 변화를 위한 그러한 기회는 인생의 초기에 발생하는 결정적인 시기로 알려져 있습니다. 아기가 언어를 배우는 것은 쉬운 일이지만 성인이 되어서 외국어를 배우는 것은 얼마나 어려운지 생각해 보십시오. 어떤 면에서는 이것이 우리가 원하는 것입니다. 우리가 모국어를 이해할 수 있도록 하는 복잡한 신경망이 형성된 후에는 네트워크를 잠그는 것이 중요하므로 네트워크가 남은 생애 동안 상대적으로 방해받지 않는 상태로 유지됩니다.
이는 중요한 기간이 지나면 신경망이 변경에 저항하게 되며 PNN이 그 이유의 주요 원인임을 의미합니다. 그들은 뉴런 위에 형성되고 중요한 기간이 끝날 때 신경망 배선을 제자리에 고정합니다. 이것은 2세에서 8세 사이에 가장 자주 발생하지만, PNN은 또한 성인기의 뉴런에서 깨지기 어려운 행동과 관련하여 또는 장기 기억 형성과 관련하여 형성됩니다. 중요한 기간의 폐쇄를 연기하거나 나중에 어떻게든 재개할 수 있다면 젊음의 신경 가소성을 회복하고 부상 회복을 촉진하며 변화에 저항하는 어려운 신경 장애를 되돌릴 수 있습니다.
최근 연구에 따르면 PNN을 조작하는 것만으로 이것이 실제로 수행될 수 있습니다. 예를 들어, 동물을 완전한 어둠 속에 두면 시각 뉴런에서 PNN의 발달이 느려지고 신경 가소성이 시각 문제를 훨씬 더 오래 교정할 수 있는 중요한 기간을 열어두게 됩니다. 화학 작용제와 유전자 조작은 또한 PNN을 저하시키고 중요한 시기를 다시 열 수 있으며, 연구자들은 쥐가 PTSD를 유발한 기억을 잊게 하기 위해 이를 수행했습니다(그들의 경우 소리를 들은 직후에 전기 충격이 가해진 기억).
PNN의 성장을 자극하는 것도 가능합니다. 이것은 누군가가 알코올을 과도하게 마실 때 발생하며 중독과 관련된 뉴런에 이러한 그물이 형성됩니다. 코팅은 알코올의 화학적 독성으로부터 신경 세포를 보호하는 것으로 알려져 있지만, 음주에 대한 압도적인 충동을 유발하는 사고 과정을 잠그기도 합니다.
신경 과학자들은 지난 수십 년 동안 PNN의 이러한 측면에 대해 배웠지만 만성 통증에 대한 PNN의 영향은 예상치 못한 최근 발견이었습니다. 중요한 기간을 넘어 네트워크의 영향을 더욱 확장하는 이 작업은 통증의 기본 과학에 대한 이해를 향상시킬 뿐만 아니라 PNN 자체에 대한 더 나은 그림을 제공합니다.
부상 후에도 오래 지속되는 만성 통증은 극복하기 어려울 수 있는 신경 회로의 변화를 반영합니다. 무언가가 아프면 우리 몸 전체가 관련됩니다. 몸 전체의 전문화된 통증 뉴런은 신경 자극을 척수로 전달하여 뇌로 전달됩니다. 이것은 척수가 통증 감각에 중요한 역할을 한다는 것을 의미합니다. 실제로 의사는 종종 요추 척수 주변 공간에 마취제를 주입하여 신경 자극이 뇌에 도달하는 것을 차단하는 경막외 주사를 투여하여 출산의 고통을 관리합니다.
이제 이 시점에서 신경 전달을 억제하는 대신 신경 손상이 뉴런을 과민하게 만든다고 상상해 보십시오. 영향을 받은 부위를 살짝만 만지기만 해도 신경 자극이 척수를 타고 올라와 극심한 통증을 느끼게 됩니다. 이전 연구에서는 이러한 과민 반응을 유발할 수 있는 몇 가지 메커니즘을 확인했지만 PNN이 관련될 것으로 예상한 사람은 아무도 없었습니다.
그러나 몇 년 전 Khoutorsky는 PNN이 통증 정보가 전송되는 뇌 영역의 특정 작은 뉴런을 코팅하고 있다는 보고서를 보고했습니다. 이러한 "억제성 개재뉴런"은 통증 뉴런에 시냅스를 형성하여 통증 신호를 전달하는 능력을 억제합니다. Khoutorsky는 PNN이 척수 내부의 중요한 통증 중계 지점에서 유사한 작업을 수행하고 있는지 궁금하여 대학원생인 Shannon Tansley에게 이를 조사하도록 요청했습니다. Khoutorsky는 "당시에는 알려진 바가 없습니다.
Tansley는 실제로 PNN이 통증 신호를 뇌에 전달하는 척수의 특정 뉴런을 감싸고 있음을 발견했습니다. 뉴런에는 척수를 뇌로 향하게 하는 긴 축색 돌기(줄에 있는 다음 세포로 신호를 보내는 "꼬리")가 있습니다. 또한 PNN의 작은 구멍을 통해 억제성 중간뉴런 세트가 부착되어 있으며 억제성 뉴런은 길게 돌출된 뉴런의 발화를 억제하여 뇌에 도달하는 신호를 축소하고 통증 감각을 둔하게 만들 수 있습니다. Tansley는 놀랍게도 척수 중계 지점에 있는 이러한 억제 뉴런만이 PNN으로 코팅되어 있음을 발견했습니다.
이 발견은 Khoutorsky의 팀이 말초 신경 손상 후 이러한 그물이 만성 통증에 어떤 식으로든 관련되어 있는지 확인하기 위해 실험용 쥐에 대한 실험을 수행하도록 영감을 주었습니다. 그들은 전신 마취 상태에서 좌골 신경으로 알려진 쥐의 뒷다리 신경의 가지를 절단했습니다. 이것은 지속적인 통증을 유발하는 것으로 알려진 사람들의 좌골 부상을 모방합니다. 며칠 후 Khoutorsky의 팀은 따뜻한 표면에서 얼마나 빨리 반동하는지와 같은 무해한 테스트를 통해 마우스의 통증 역치를 측정했습니다. 예상대로 팀은 마우스 디스플레이가 통증 감도를 급격히 증가시키는 것을 보았지만 돌출된 뉴런 주변의 PNN이 용해된 것도 발견했습니다. 중요한 시기에 뇌의 변화가 PNN에 영향을 미치는 것처럼, 쥐의 신경 손상 후 급격한 변화는 척수 통증 회로의 PNN을 수정했습니다.
그런 다음 팀은 그물이 파괴되는 원인이 무엇인지 알아냈습니다. 질병과 부상 후 복구를 시작하는 뇌 및 척수 세포인 미세아교세포(microglia)입니다. 미세아교세포와 통증 사이의 연관성을 테스트하기 위해 연구팀은 미세아교세포가 거의 없는(유전 공학으로 가능) 마우스로 전환하여 동일한 작업을 수행했습니다. 이 쥐에서 좌골 신경 수술 후에도 PNN은 손상되지 않았으며 놀랍게도 쥐는 고통스러운 자극에 과민 반응을 보이지 않았습니다. 연결을 확인하기 위해 연구팀은 다양한 방법을 사용하여 그물을 녹여 쥐의 통증 민감도를 높였습니다.
이것은 PNN이 통증 민감성을 직접적으로 억제한다는 것을 증명했습니다. Khoutorsky의 팀은 전극으로 시냅스 전달을 측정함으로써 그것이 어떻게 작동하는지 알아냈습니다. PNN의 분해는 연쇄 반응을 일으켜 뇌에 통증 신호를 보내는 돌출된 뉴런에서 신호를 증가시켰습니다. 뇌 투사 뉴런. 억제 브레이크를 잃는 것은 가출 신경 발사와 극심한 고통을 의미했습니다.
Microglia는 신경 손상 후 통증 뉴런을 과민하게 만드는 많은 물질을 방출하지만 PNN에 대한 예기치 않은 작용에는 특이성이라는 큰 이점이 있습니다. Khoutorsky는 "일반적으로 회음부 그물이 하는 일은 가소성을 잠그고 세포를 보호하는 것입니다."라고 말했습니다. "그러면 왜 이러한 그물이 이러한 통증 전달 뉴런 주위에만 있고 [근처에 있는] 다른 세포 유형 주위에는 있지 않습니까?" 그는 척수에 있는 이 통증 전달 지점이 매우 중요하기 때문에 이러한 뉴런과 연결이 통증 전달을 강력하고 안정적으로 제어할 수 있도록 추가 보호가 필요하기 때문이라고 생각합니다. 신경 손상과 같은 극적인 것만이 안정성을 방해할 수 있습니다.
Khoutorsky는 "이 메커니즘의 장점은 특정 세포 유형에 대해 선택적이라는 점입니다. 미세아교세포가 방출하여 신경 발화를 증가시키고 신경 손상 후 통증을 유발하는 물질은 주변의 모든 유형의 세포에 영향을 미치지만 PNN은 척수의 중요한 중계점에서 정확하게 이러한 뉴런만을 감쌉니다.
만성 통증의 이 새로운 메커니즘을 더 잘 이해하기 위한 연구가 진행 중입니다. 연구원들이 부상 후 이러한 뉴런에서 PNN을 재건하는 방법을 개발할 수 있다면 만성 통증에 대한 새로운 치료법을 제공할 수 있습니다. 현재 솔루션인 아편류가 시간이 지남에 따라 효능을 잃고 중독성이 되거나 치명적인 결과를 초래할 수 있다는 점을 고려하면 긴급한 필요입니다. 과다 복용.
뉴런 내부에서 일어나는 일은 흥미롭고 이해하는 것이 중요하지만, 신경망은 개별 뉴런이 서로 연결되어 형성되며, 여기서 중요한 것은 이들 사이의 공간에서 소홀히 하는 연골 시멘트입니다.
