[신경과학] 고도뇌기능

cognitive neuroscience는 가장 높은 수준의 고도뇌기능을 연구한다.

여기에 더해 place cell&grid cell 이야기도 있다.

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amygdala

감정 이론

- 제임스랑께(james-lange) : expression을 거쳐야만 감정(emotion) 느껴진다. (울기 때문에 슬프다.)

- 캐논바드(cannon-bard) : 바로 감정 느낄 수 있다.

  암기 : 대포(캐논)처럼 빠르게, expression을 건너뛰고 감정을 느낀다.

  * 인지하지 못한 사이에 교감신경이 자극되는 masking simulation 실험에 의해 지지된다.

- 변연엽의 cingulate gyrus에서 emotional experience하면 hypothalamus에서 emotional expression한다. (papez circit : 띠이랑-해마-시상하부-시상의 anterior nuclei 순환)

  * 즉 감정은 대뇌가 경험하고 시상하부가 표현한다. 이를 연결한 것이 파페즈 회로이다.

 

amygdala(편도체)

편도체는 대뇌의 medial temporal lobe에 위치한다. 공포(조건화된, 학습된 공포의 신경회로)와 공격성을 담당한다.

- 클뤼버-부시 증후군 : temporal lobectomy ~> 편도체 제거 ~> decreased fear and aggression(공포와 공격성이 감소하고 온순해짐), flattened emotions

- 편도체로 들어오는 구심성신경은 뇌 대부분의 신피질로부터 유래된다.

- 시청각, 미각, 촉각신경이 편도체 basolateral nucleus로 / 후각신경이 corticomedial nucleus로 들어온다. central nucleus도 있다.

  암기 : 냄새가 안 좋아서 코막았다.(CM~>corticomedial)

- 관찰적 공포 조건형성(Observational Fear Conditioning)에 의해, 다른 개체가 공포에 처한 것을 봐도 편도체 활성으로 공포를 느낀다.

 

편도체가 공포에 대해 반응하는 법

1. hypothalamus를 통해 autonomic response

  * posterior hypothalamus만 남기고 그 앞의 편도체와 대뇌반구를 제거하면 ~> 분노의 감정은 없고 분노 표현만 남는 sham rage가 발생한다.

  암기 : 헛된 분노(sham rage)했다가 뒤(posterior hypothalamus)늦게 후회한다.

2. periaqueductal gray matter in brainstem을 통해 behavioral reaction

3. cerebral cortex를 통해 emotional experience

  암기 : 앞 글자만 따서 외운다. HA(하), PGB-B(포그바바), C-E(케) ~> 축구선수 포그바바가 공포감도 없이(편도체 제거의 결과) "하" "케"하고 웃는 모습 상상

 

- affective aggression(성난 공격성)은 medial hypothalamus에 의해 촉진, DLF(dorsal longitudinal fasciculus)에 의해 PGB 자극

- predatory aggression(조용한 공격성)은 lateral hypothalamus에 의해 촉진. MFB(medial forebrain bundle)에 의해 VTA(ventral tegmental area) 자극

  암기 : 화나서 정중앙으로 달려가 다 패(pe)고 다닌다.(affective aggression, threat attack, medial hypothalamus, periaqueductal gray matter) vs 먹이를 먹기 위해 옆에서 슬슬 각을 재다가 조용히 공격하여 승리(victory)한다.(predatory aggression, silent-biting attack, lateral hypothalamus, ventral tegmental area)

 

우울

- 좁은 곳에 가두거나, 공격성 있는 놈과 함께 놓거나, 로봇이 따라다니게 하거나, 매달아놓는 식으로 depression을 유발한다.

- dominance tube test(원수는 외나무다리에서 만남), forced swimming test(강제수영), three chamber test(사회적 선호와 새로움 검사)으로 확인한다.

 

brain rhythm&sleep

EEG(electroencephalogram)

- epilepsy(간질), sleep disorder 진단 가능

- 특징 : 비침습적, 낮은 저항, 신호증폭기와 뇌파기록기에 연결, 뉴런 동기화에 의한 전압변동 측정, 전극 24쌍

- pyramidal cell의 상부 dendrite 시냅스에서 발생하는 전류 sink/source가 대규모로 동기화되면, dipole 형태의 전기장이 두개골을 통과해 scalp EEG로 기록된다. 특히 동시에 활성(synchronous activity)되면 EEG 신호가 커진다.

- 한편 자기장을 측정하면 MEG

  cf. PET, fMRI는 빠른 전기신호 측정하기는 불리하다.

 

뇌파의 리듬

- 일어난 상태에선 뇌파의 주파수가 높고, synchrony와 EEG는 낮다.

- gamma(깨어있음)-beta-alpha(조용, 눈을 감았을 때)-theta(졸릴 때)-delta(깊은 잠) 순으로 주파수가 점점 낮아진다.

- alpha rhythm은 synchronized 되어있다. alpha block은 이것이 불규칙적인 beta로 바뀌는 것을 말한다.

 

epilepsy(간질)이 유발하는 seizure(발작)의 종류

1. generalized : 대뇌피질 전체가 흥분하여 행동과 의식이 완전 소실

2. partial : circumscribed cortex area 흥분으로 감각 이상

3. absence : 3Hz EEG파를 보이며 30초 이하로 짧게 의식 소실

  암기 : GPA가 낮아서 발작

 

수면의 비교

non-REM : 느린 뇌파(idling brain) / 움직일 수 있는 몸 / 논리적이고 반복적인 사고

REM : 빠른 뇌파(active) / paralyzed body(GABAergic neuron 활동 증가 때문) / 비논리적(전전두엽 억제되었기 때문)이고 생생한 사고

  * 렘수면은 활발한 뇌(그러니까 꿈)와 마비된 몸

 

수면 중의 EEG rhythms

- 각성(awake)에서 REM을 거쳐 non-REM의 stage1~4로 진입한다. (처음 잠들 때는 REM 건너뜀)

awake : alpha, beta, gamma / 안구운동 수의적 조절

REM : beta, gamma / 자율신경계 활동이 증가한다.

  * 뇌가 활발한데 왜 운동하지 않을까? 확산성 조절계가 억제하기 때문이다.

step1 : theta / 잠깐 찍먹하고 바로 step2로 넘어간다.

step2 : spindle / 전체 수면의 절반을 차지한다. 단발성의 큰 진폭인 K-complex가 특징적인데 이는 외부 자극을 판단하는 과정이다.(자극이 세지 않으면 계속 잠)

step3 : delta 20%~50%

step4 : delta 절반 이상

  암기 : 각성-REM-1234로 진입하면서 먼저 뇌파는 감베알/감베/쎄/스핀들/델/델이다. step2는 K-complex를 기억한다.

 

수면/각성 조절

- 뇌간의 DMNS(diffuse modulatory neurotransmitter system)이 조절한다.

- 각성상태일 때는 NE와 serotonin / 그리고 ACh는 REM이나 각성에 관여

  * 세로토닌(serora ~> raphe nuclei) 결핍 가설에 의하면, 세로토닌 결핍되면 공격성 증가한다. (세로토닌이 분노와 공격성을 억제한다.)

- 뇌간이 시상을 slow wave로 때리면 감각정보가 대뇌로 올라가지 않게 됨

- 하행로에 영향을 미쳐 운동뉴런 작동 억제

 

sleep-promoting factors

1. adenosine : 카페인은 adenosine receptor blocker라서 각성효과가 있는 것임

2. NO(nitric acid) : adenosine 방출 촉진

3. MD(muramyl dipeptide무라밀 다이펩타이드) : 비렘수면 촉진한다. 아프면 졸린 것과 연관이 있을 것으로 추정된다.

4. IL-1(interleukin-1) : 면역계를 자극한다. 아프면 졸린 이유.

5. melatonin : 밤에 분비된다. 시차증, 불면증 치료에 사용한다.

  암기 : 잠이 오는 물질은 아데노신(카페인이 억제하는 놈)과 멜라토닌은 당연하다. 거기에 아픈 논 엠디(Ill non-MD ~> IL-1, NO, MD)가 훈수두는 모습을 떠올린다.

 

memory system of hippocampus

해마는 memory consolidation 과정에서 감각 정보를 통합하고, spatial memory를 담당한다.

 

working memory(작업기억)

- 방사형 미로(radial arm) 끝에 음식을 두는 실험

- 해마 손상을 입으면 "어떤 팔을 들어갔었다." 하는 단기적 작업기억이 상실되어, 갔던 미로를 계속 들어간다.

 

spatial memory(공간기억)

- water maze 실험으로 증명되었다.

 

장소의 파악(2014 노벨상)

- 특정 장소에 들어가면 해마의 특정 pyramidal neuron이 활성화된다 : place cell

- 돌아다니고 있으면 entorhinal cortex의 grid cell들이 firing된다 (좌표 설정)