운동의 속도는 어떻게 조절될까?

척수는 운동의 속도를 어떻게 조절할까?

코넬 대학의 연구진들은 미성숙 제브라피쉬 (larval zebrafish) 물고기의 척수에 있는 뉴런을 연구할 수 있는 최신기법을 이용하여, 그 물고기의 운동 속도를 조절하는 놀라운 활동패턴을 밝혀내었다. 이 연구의 장기적인 의의는 운동이 느려지거나 이상해지는 파킨슨병 및 손상된 인간 척수를 치료할 수 있다는 데 그 의의가 있다.

본 연구는 3월 1일자 네이처 잡지에 “A Topographic Map of Recruitment in Spinal Cord”이라는 제목으로 발표되었는데, 이 연구논문에는 물고기의 척수 아래에 있는 뉴런이 어떻게 느린 운동 동안에 활성화되고, 반면에 운동 속도가 증가할 때 어떻게 척수가 더 활성화되는지에 대해 기술하고 있다.

연구진들은 하부쪽의 척수에 있는 특정 뉴런을 레이저빔으로 제거함으로써, 그 물고기가 느린 운동을 할 수 없도록 조작하였다. 또한 척추의 신경을 더 제거함으로써, 그 물고기가 빠르게 움직이는데 매우 어려움을 겪도록 하였다.

”어느 누구도 이처럼 운동을 조절하는 체계가 척수에 존재했다는 생각을 가지지 못했다.”고 본 연구의 저자이자 코넬 대학의 신경생물행동학 교수인 조셉 펫쪼 (Joseph Fetcho)는 말하였다.

코넬 대학의 펫쪼 교수 연구실에서 일하고 있는 박사후 연구원인 데이비드 맥린 (David McLean)이 제 1저자로서 이 연구를 주도하였는데 그는 신경 활성의 패턴을 밝혀낸 첫 인물이었으며, 그것이 운동의 속도와 어떻게 연관되어 있는지를 밝혀낸 첫 인물이었다.

연구진들은 4mm 길이의 미성숙 제브라피쉬 (Danio rerio)를 가지고 실험하였는데 그 이유는 이 물고기가 투명하여 세포를 직접 볼 수 있기 때문이다. 펫쪼 교수와 그의 동료들은 물고기의 척수에 형광성 염색약을 주입하였는데, 이 형광 염색약은 신경세포가 활성화되어 칼슘 이온이 흘러들어갈 때 빛나게 된다. 공초점 레이저 현미경 (confocal microscope with lasers)을 이용하여 연구진들은 매우 높은 해상도로 세포의 모습을 촬영할 수 있었다. 이 장치를 이용하여 그들은 그 물고기가 서로 다른 속도로 운동할 때 신경세포가 빛나는 것을 관찰할 수 있었다.

비록 어떻게 이러한 패턴이 다른 척추동물과 연관되어 있는지를 알지는 못하지만, 연구진들은 척수에 있는 신경의 구조물과 기능에 대한 기본 이해를 위한 첫 장을 열었다. 손상받은 척수의 재생에 대해, 의학 연구원들은 신경이 정상적으로 새로 자라는지 여부를 파악하기 위해 정상의 척수를 위한 주형을 필요로 한다고 펫쪼는 밝혔다.

파킨슨병에서, 연구진들은 뇌세포에서 방출되는 신경전달물질이 좀 더 빠른 운동을 가능하게 하는 신경과 근육 체계를 활성화시키는데 기여할 수 있다고 믿는다. 그들은 이들 신경세포의 손상이 도파민의 방출을 붕괴시킬 수 있으며 자유로운 운동을 더 복잡하게 할 수 있을 것이라고 의심하고 있다.

정보제공 : 한국과학기술정보연구원(KISTI) 해외과학기술동향
(본 내용은 KISTI의 정보이용 승인을 통해 제공되며 저작권은 KISTI에 있습니다.)

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