생쥐의 유연한 행동을 위한 뇌 전체 네트워크에 대한 소뇌 기여

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 605(2023) 이 기사 인용

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소뇌는 비운동 행동을 조절하지만 영향을 미치는 경로는 잘 알려져 있지 않습니다. 여기서 우리는 뇌간 및 신피질 구조의 네트워크를 통해 반전 학습 작업을 안내하고 자유로운 행동의 유연성에서 후방 소뇌에 필요한 역할을 보고합니다. 소엽 VI vermis 또는 반구형 Crus I Purkinje 세포의 화학적 유전적 억제 후 생쥐는 물 Y-미로를 배울 수 있었지만 초기 선택을 되돌리는 능력이 손상되었습니다. 교란 대상을 매핑하기 위해 우리는 광시트 현미경을 사용하여 깨끗한 전체 뇌에서 c-Fos 활성화를 이미지화했습니다. 역방향 학습은 뇌간 및 연관 신피질 영역을 활성화했습니다. 구조의 독특한 하위 집합은 소엽 VI(시상 및 하베눌라 포함)와 두루 I(시상하부 및 전변연/안와 피질 포함)의 교란에 의해 변경되었으며 두 교란은 전대상회 및 변연하 피질에 영향을 미쳤습니다. 기능적 네트워크를 식별하기 위해 각 그룹 내에서 c-Fos 활성화의 상관 변화를 사용했습니다. 소엽 VI 비활성화는 시상 내 상관관계를 약화시켰고, 크루스 I 비활성화는 신피질 활동을 감각운동 및 연관 하위 네트워크로 나누었습니다. 두 그룹 모두에서 전신 움직임에 대한 높은 처리량의 자동 분석을 통해 개방형 환경에 대한 일일 행동 습관화의 결함이 밝혀졌습니다. 종합하면, 이 실험은 여러 유연한 반응에 영향을 미치는 소뇌 영향에 대한 뇌 전체 시스템을 보여줍니다.

소뇌는 유연한 행동에 기여하는 것으로 점점 더 높이 평가되고 있습니다. 소뇌와 신피질 사이의 두드러진 해부학적 경로는 고차원 처리에서 역할을 암시합니다1,2,3,4,5. 인간의 경우 후소뇌에 대한 손상은 실행 기능, 작업 기억, 추상 추론 및 감정 처리6,7의 손상을 포함하는 임상적 인지 정서 증후군을 초래합니다. 자폐증 진단을 포함하여 소아 소뇌 손상으로 인해 더 심각한 결과가 발생합니다. 자폐증은 루틴을 위반할 때 정서적 고통을 겪을 정도로 경직되는 특징을 갖는 장애입니다8,9,10,11,12,13. 종합해보면, 이 연구들은 신피질과 마찬가지로 소뇌가 유연한 행동과 인지 처리에 필요한 역할을 한다는 것을 시사합니다.

동물 실험에서는 유연한 행동을 지원하는 소뇌 피질의 특정 영역이 확인되었습니다. 자폐 스펙트럼 장애14,15에서 교란되는 정중선 후방 구조인 vermis lobule VI에서 분자층 개재뉴런의 억제는 반전 학습, 지속성 또는 반복적 행동, 참신함 추구 및 사회적 선호를 변경합니다. ASD에서 구조적으로 변경된 인간 상동체인 설치류 크루스 I의 교란은 사회적, 반복적, 유연한 행동의 적자를 초래하며 어느 교란도 보행에 영향을 미치지 않습니다. 또한 설치류 십자군 I에서 Purkinje 세포가 비활성화되면 감각 증거 축적을 수행하는 능력이 감소합니다. 이 작업에서 Purkinje 세포는 선택 사항과 축적된 증거를 인코딩하는 것으로 밝혀졌습니다19,20.

소엽 VI와 크루 I은 양방향 다시냅스 경로21를 통해 전뇌와 연결됩니다. 소뇌 피질의 퍼킨제 세포는 원위 전뇌 구조로부터 입력을 받고, 생쥐의 시냅스통과 추적을 통해 소뇌, 전정 및 상완핵에 대한 퍼킨제 세포의 억제 출력을 추적했습니다. 대뇌-시상-소뇌 회로1,2,3,4,22,23,24. 이러한 경로를 따라 소뇌 피질은 독특한 패턴으로 투사되는 시상주위 마이크로존으로 구성되어 소엽 VI와 크루 I은 시상 구조25,26,27,28 및 전대상, 변연계, 전운동에 대한 삼시냅스 경로와 시냅스 연결의 다양한 패턴을 만듭니다. 및 체성 감각 피질1,2,3,4,5,28,29. 이러한 소뇌 영역 각각은 교뇌(pons30,31,32)와 열등 올리브(inferior 올리브)를 통해 신피질로부터 하행 입력을 받습니다. 따라서 이러한 소뇌 영역은 많은 분산 대상에 걸쳐 전뇌 처리에 영향을 미칠 수 있는 독특한 경로를 가지고 있습니다.