신경계의 발달

Development of the nervous system
이 기사는 인간을 포함한 모든 종류의 동물들의 신경 발달에 관한 것이다.인간 신경계에 대한 자세한 내용은 인간 신경계의 발전을 참조하십시오.개발 중 시냅스의 형성 및 안정화는 시냅스 안정화(Synaptic stabilization)를 참조한다.
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장기 시스템 개발

신경계의 발달 또는 신경 발달은 배아 발달의 초기 단계부터 성인기에 이르기까지 동물의 신경계를 생성, 형성, 재구성하는 과정을 말한다.신경 발달 분야는 선충과 초파리에서 포유류에 이르기까지 복잡한 신경계가 발달하는 세포와 분자 메커니즘을 설명하고 통찰력을 제공하기 위해 신경과학과 발달생물학 둘 다를 이용한다.

신경발달의 장애는 완만감증, 사지마비와 마비, 균형과 시력장애, [1]발작 등 다양한 신경학적 장애, 레트증후군, 다운증후군, 지적장애 [2]등 인간의 다른 질환으로 이어질 수 있다.

척추동물의 뇌 발달 개요

척추동물의 신경계 다이어그램입니다.
상세 정보:인간의 신경계 발달

척추동물 중추신경계(CNS)는 배아의 가장 바깥쪽 배아층인 외배엽에서 유래한다.등외배엽의 일부는 [3]배아의 등쪽을 따라 신경판을 형성하는 신경외배엽인 신경외배엽으로 지정된다.이것은 배아( 무척추동물 배아 포함)의 초기 패턴 형성 과정의 일부이며, 전-후방 [4]축을 형성하기도 한다.신경판은 중추신경계의 신경세포와 신경아교세포의 근원이다.신경 홈은 신경판의 긴 축을 따라 형성되고, 신경판은 접혀서 신경관을 [5]만든다.튜브의 양끝이 닫히면 태아의 뇌척수액으로 [6]채워진다.태아가 발달하면서 신경관의 앞부분이 확장되어 세 개의 주요 뇌소포를 형성하는데, 그것들은 전뇌, 중뇌, 후뇌가 된다.이 단순하고 초기 소낭은 텔뇌(미래 대뇌피질 및 기저신경절), 간뇌(미래 시상 및 시상하부), 중간뇌(미래 콜리큘리), 메뇌(미래 종아리 및 소뇌), 그리고 골수(미래 골수)[7]로 확대되고 더욱 분할됩니다.CSF가 채워진 중앙실은 뇌간뇌에서 척수 중앙관까지 연속적으로 존재하며, CNS의 발달하는 심실계를 구성한다.배아 뇌척수액은 후발달 단계 및 성체 CSF와는 다르다.신경 전구체의 [6]거동에 영향을 준다.신경관은 뇌와 척수를 발생시키기 때문에 이 단계에서 어떤 돌연변이도 무뇌증과 같은 치명적인 기형이나 척추 분기와 같은 평생 장애를 초래할 수 있습니다.이 기간 동안, 신경관의 벽에는 여러 번 분열하면서 뇌의 성장을 촉진하는 신경줄기세포가 들어있다.세포 중 일부는 서서히 분열을 멈추고 중추신경계의 주요 세포 성분인 뉴런과 신경교세포로 분화한다.새로 생성된 뉴런은 다른 뇌 구조로 자기 조직화하기 위해 발달하는 뇌의 다른 부분으로 이동한다.일단 뉴런이 지역적인 위치에 도달하면, 축삭과 수상돌기를 확장하여 시냅스를 통해 다른 뉴런과 통신할 수 있게 합니다.뉴런 간의 시냅스 통신은 감각과 운동 처리를 매개하는 기능적 신경회로의 확립으로 이어지며,[8] 그 기초가 되는 행동을 한다.

인간의 두뇌 발달 흐름도.

양상

신경 발달의 몇몇 랜드마크들은 줄기세포 전구체로부터의 뉴런의 탄생과 분화, 태아의 출생지에서 그들의 최종 위치로 미성숙한 뉴런의 이동, 뉴런의 축삭과 수상돌기의 성장, 배아를 통해 시냅스 후 파트너로 향하는 운동성 성장 원추의 안내, 유전자를 포함합니다.축삭과 그 시냅스 후 파트너 사이의 시냅스 비율, 그리고 마지막으로 학습과 기억의 기초가 되는 것으로 생각되는 시냅스의 평생 변화.

전형적으로, 이러한 신경 발달 과정은 크게 활동 의존적 메커니즘과 활동 의존적 메커니즘의 두 가지 클래스로 나눌 수 있습니다.활동 의존적 메커니즘은 일반적으로 개별 뉴런 내에서 실행되는 유전자 프로그램에 의해 결정되는 유선 연결 과정으로 발생하는 것으로 여겨진다.여기에는 초기 목표 영역에 대한 차별화, 마이그레이션 및 축삭 가이던스가 포함됩니다.이러한 과정은 신경 활동과 감각 경험으로부터 독립적이라고 생각됩니다.축삭이 목표 영역에 도달하면 활동 의존적인 메커니즘이 작용합니다.시냅스 형성은 활성에 의존하지 않는 사건이지만 시냅스의 수정과 시냅스 제거는 신경 활동을 필요로 한다.

발달신경과학은 쥐 무스쿨루스, 초파리 드로소필라 멜라노가스터, 제브라피쉬 다니오 레리오, 개구리 크세노푸스 라에비스, 회충 케노하브디티스 엘레건스 등 다양한 동물 모델을 사용한다.

신경 축삭 주위에 지질 미엘린 피막을 형성하는 골수화는 정상적인 뇌 기능에 필수적인 과정이다.미엘린 칼집은 신경계 간에 통신할 때 신경 자극을 차단합니다.이 기능이 없으면 임펄스가 중단되고 신호가 타겟에 도달하지 않아 정상적인 기능이 저하됩니다.태아기와 유아기에 뇌의 발달이 매우 많기 때문에, 피질 발달과 함께 골수화가 적절히 이루어지는 것이 중요합니다.자기공명영상(MRI)은 골수화 및 피질 성숙을 조사하는 데 사용되는 비침습적 기술입니다(피질은 회백질로 구성된 뇌의 외층입니다).MRI는 실제 미엘린을 보여주는 것이 아니라 미엘린 함량의 척도인 미엘린 물 비율을 포착합니다.MCR(Multicomponent Relaxometry)을 사용하면 미엘린 함량을 시각화하고 정량화할 수 있습니다.MCR은 또한 인지 발달에 중요한 역할을 하는 백질의 성숙을 추적하는데 유용하다.유아기에는 골수화가 꼬리-두개-후두개-외측 패턴으로 일어난다는 것이 밝혀졌다.골수화와 피질 두께 사이의 관계에 대한 증거가 거의 없기 때문에, 피질 두께는 백색 물질과 무관하다는 것이 밝혀졌다.이것은 뇌의 다양한 측면이 동시에 자라게 하고, 더 완전히 발달된 [9]뇌를 만든다.

신경유도

척추동물의 초기 배아발달 중에 등외배엽은 표피 및 신경계를 발생시키는 것을 특정하고 등외배엽의 일부는 신경외배엽에 특정하여 신경계를 [3][10]발생시키는 신경판을 형성한다.분화되지 않은 외배엽을 신경외배엽으로 전환하려면 중배엽의 신호가 필요하다.위경화 시작 시 추정 중배엽세포는 배측 배반포립을 통과하여 내배엽과 외배엽 사이에 중배엽층을 형성한다.중배엽 세포는 척추로 발달하는 척주를 만들기 위해 등 중앙선을 따라 이동한다.노토코드 위에 있는 신경외배엽은 노토코드에 의해 생성되는 확산성 신호에 반응하여 신경판으로 발달한다.외배엽의 나머지 부분은 표피를 일으킨다.중배엽이 위에 있는 외배엽을 신경 조직으로 변환하는 능력을 신경 유도라고 합니다.

초기 배아에서는 신경판이 바깥쪽으로 접혀 신경홈을 형성한다.미래의 목 부위부터, 이 홈의 신경 접힘이 신경관을 형성하기 위해 닫힙니다.외배엽에서 신경관이 형성되는 것을 신경화라고 한다.신경관의 복부 부분은 기저판이라고 불리며, 등부 부분은 경음판이라고 불립니다.속이 빈 내부는 신경관이라고 불리며, 신경세포라고 불리는 신경관의 열린 끝은 닫힙니다.[11]

이식된 배반포립은 외배엽을 신경조직으로 변환할 수 있어 유도효과가 있다고 한다.신경유도제는 중배엽 유전자를 유도하지 않고도 외배엽 탐사에서 신경유전자의 발현을 유도할 수 있는 분자다.신경 유도는 Xenopus 배아들이 단순한 신체 계획을 가지고 있고 신경 조직과 비신경 조직을 구분할 수 있는 좋은 지표가 있기 때문에 종종 연구된다.신경유도물질의 예로는 노긴과 코데인이 있다.

배아 외배엽 세포가 없는 상태에서 낮은 밀도로 배양될 때 신경 분화(신경 유전자 발현)를 겪게 되는데, 이는 신경 분화가 외배엽 세포의 기본 운명임을 암시한다.설명 배양에서는 같은 세포가 표피로 분화한다.이는 외배엽 배양이 표피로 분화하도록 유도하는 BMP4(TGF-β 계열 단백질)의 작용 때문이다.신경유도 중에 노긴과 코데인은 배측 중배엽(노토코드)에 의해 생성되어 BMP4의 활성을 억제하기 위해 외배엽으로 확산된다.BMP4의 이러한 억제는 세포가 신경 세포로 분화하도록 한다.TGF-β 및 BMP 시그널링의 억제는 만능줄기세포로부터 [12]신경조직을 효율적으로 유도할 수 있다.

지역화

발달의 후반 단계에서 신경관의 상부는 미래의 중뇌 수준인 중뇌, 중뇌 굴곡 또는 두뇌 굴곡에서 굴곡된다.중간뇌 위에는 뇌전뇌가 있고, 그 아래에는 마름뇌가 있다.

뇌간뇌의 경음판은 뇌반구를 일으키는 뇌간을 형성하기 위해 확장되고, 그 기저판은 간뇌가 된다.광소포는 장뇌의 기저판에 형성된다.

신경계의 패턴 형성

척색체에서는 등외배엽이 모든 신경조직과 신경계를 형성한다.패턴화는 특정 환경 조건 - 신호 분자의 농도가 다르기 때문에 발생합니다.

도르소벤트랄 축

뉴럴 플레이트의 배쪽 절반은 '오거나이저' 역할을 하는 노토코드에 의해 제어됩니다.등쪽 절반은 신경판의 [13]양쪽에 있는 외배엽판에 의해 제어된다.

외배엽은 신경 조직이 되기 위해 기본 경로를 따릅니다.이것의 증거는 외배엽의 배양된 단일 세포에서 나오는데, 이 세포들은 신경조직을 형성한다.이는 주최자가 차단한 BMP가 부족하기 때문이라고 가정한다.주최자는 BMP를 억제하는 모리스타틴, 노긴, 코데인과 같은 분자를 생산할 수 있다.

복부 신경관은 유도 조직 역할을 하는 Notchord의 소닉 고슴도치(Shh)에 의해 패턴화 됩니다.Notchord 유래의 Shh가 플로어 플레이트에 신호를 보내 플로어 플레이트에 Sh의 표현을 유도한다.바닥판 유래 Shh는 신경관의 다른 세포에 신호를 보내며, 복부 뉴런 전구 도메인의 적절한 규격에 필수적이다.노토코드 및/또는 바닥판으로부터의 Sh의 손실은 이러한 전구 도메인의 적절한 규격을 방해한다.Shh는 패치가 적용된 Smoothened의 억제를 완화하여 Gli 계열의 전사 인자(GLI1, GLI2, GLI3)가 활성화되도록 유도한다.

이러한 맥락에서 Shh는 모르포겐으로 작용하며, 농도에 따라 세포 분화를 유도한다.저농도에서는 복부 인터뉴론을 형성하고, 고농도에서는 운동뉴런의 발달을 유도하며, 고농도에서는 바닥판 분화를 유도한다.쉿 변조 분화의 실패는 홀로프로센스증을 일으킨다.

등쪽 신경관은 신경판 옆에 있는 표피 외배엽의 BMP에 의해 패턴화 됩니다.이들은 Sr/Thr 키나아제를 활성화하고 SMAD 전사 인자 수준을 변화시킴으로써 감각 인터뉴론을 유도한다.

로스트로코달(안쪽) 축

후방 신경 발달을 제어하는 신호로는 후뇌와 [14]척수에 작용하는 FGF와 레티노인산이 있습니다.예를 들어 후뇌는 Hox 유전자에 의해 패턴화되며, Hox 유전자는 레티노산의 제어 하에 전후 축을 따라 겹치는 영역에서 발현된다.Hox 클러스터의 3μ(3 프라임 엔드) 유전자는 후뇌의 레티노인산에 의해 유도되는 반면, 5μ(5 프라임 엔드) Hox 유전자는 레티노인산에 의해 유도되지 않고 척수에서 더 후방으로 발현된다.Hoxb-1은 마름모세포 4로 발현되어 안면신경을 일으킨다.이 Hoxb-1 발현이 없으면 삼차신경과 비슷한 신경이 생긴다.

신경발생

신경생성은 신경줄기세포와 전구세포에서 뉴런이 생성되는 과정이다.뉴런은 '포스트 미토틱'으로,[8] 이는 그들이 유기체의 일생 동안 다시는 분열하지 않을 것이라는 것을 의미한다.

후생유전학적 변형은 신경줄기세포 분화에 유전자 발현을 조절하는 데 중요한 역할을 하며 발달 중인 성체 포유류의 뇌에서 세포 운명 결정에 매우 중요하다.후생유전학적 변형은 5-메틸시토신 및 5-메틸시토신 탈메틸화를 형성하는 DNA 시토신 메틸화를 [15][16]포함한다.DNA 시토신 메틸화는 DNA메틸전달효소(DNMT)에 의해 촉매된다.메틸시토신 탈메틸화는 산화반응을 하는 TET효소(예를 들어 5-메틸시토신에서 5-히드록시메틸시토신)와 DNA 염기절제복구(BER)[15] 경로의 효소에 의해 여러 차례 순차적으로 촉매된다.

신경 이동

피질형성: 젊은 뉴런은 방사상 글리아를 발판으로 사용하여 오래된 뉴런을 지나 이동합니다.Cajal-Retzius 세포(빨간색)는 릴린을 방출한다(주황색).

뉴런 이동은 뉴런이 기원이나 출생지에서 뇌의 최종 위치까지 이동하는 방법입니다.이를 위해서는 방사형 마이그레이션이나 접선형 마이그레이션 등 여러 가지 방법이 있습니다.방사상 이동(글리아 유도라고도 함) 및 소말 전위 시퀀스는 시간 경과 현미경을 [17]통해 포착되었습니다.

신경절 융기증에서 인터뉴론의 접선 이동.

레이디얼 이행

신경 전구 세포는 발달하는 신피질의 심실 영역에서 증식하는데, 여기서 주요 신경 줄기세포는 방사상 신경교 세포이다.첫 번째 후유두 세포는 줄기세포 틈새를 떠나 바깥쪽으로 이동해서 프리플레이트를 형성해야 하는데, 프리플레이트는 카잘-레치우스 세포와 서브플레이트 뉴런이 될 운명이다.이 세포들은 소말 전위치에 의해 그렇게 된다.이 운동방식으로 이동하는 뉴런은 양극성을 띠며 그 과정의 가장자리를 광장에 붙인다.그리고 나서 소마는 핵 주변의 미세튜브 "케이지"가 중심체와 관련하여 늘어나거나 수축하여 [18]핵을 최종 목적지로 이끄는 과정인 뉴클레오키네시스(neucleokinesis)에 의해 pial 표면으로 운반된다.섬유가 세포 이동의 발판 및 칼슘 동적 활성에 [19][20]의해 매개되는 방사상 교감의 수단이 되는 방사상 신경교세포는 대뇌피질의[21][22] 주요 흥분성 신경줄기세포로 작용하거나 피질판에 전이되어 성세포 또는 [23]뉴런으로 분화된다.소말 전위는 [17]개발 중에 언제든지 발생할 수 있습니다.

후속 뉴런의 물결은 피질판을 형성하기 위해 방사상 글리아 섬유를 따라 이동함으로써 프리플레이트를 분할합니다.이동하는 세포들의 각각의 물결은 안쪽에서 바깥쪽으로 층을 형성하면서 이전 세포들을 지나쳐 가는데, 이것은 가장 어린 뉴런들이 표면에 가장 [24][25]가깝다는 것을 의미합니다.글루알 유도 이동은 인간의 이동 뉴런의 90%와 [26]설치류에서 약 75%를 차지하는 것으로 추정됩니다.

접선 이동

대부분의 인터뉴론은 피질에서 적절한 위치에 도달하기 위해 여러 이동 모드를 통해 접선을 따라 이동합니다.접선 이동의 예는 신경절 융기에서 대뇌 피질로의 인터뉴론의 이동이다.일부 동물에서 관찰된 성숙한 유기체의 지속적인 접선 이동의 한 예는 심실하부와 후구를 연결하는 로스트랄 이동 흐름이다.

호축성 이동

신체의 전후 축을 따라 이동하는 많은 뉴런들은 기존의 축삭관을 이용하여 이동한다; 이것은 축삭 이동이라고 불린다.이러한 이동방식의 예는 GnRH를 발현하는 뉴런으로, 코의 출생지에서 [27]전뇌를 거쳐 시상하부로 긴 여행을 합니다.이 이동의 많은 메커니즘은 세포 내 신호를 촉발하는 세포 외 유도[28] 신호에서 시작하여 밝혀졌습니다.칼슘 시그널링과 같은 이러한 세포내 신호는 액틴과[30] 미세관 세포골격 역학으로 이어지며, 이것은[29] 세포 접착 단백질을 통해 세포외 환경과 상호작용하여 이러한 세포의 움직임을 일으키는 세포력을 생성한다.

다극화 이행

다극성 [32][33]이동이라고 불리는 신경 이동 방법 또한 있다.이것은 인간의 피질 중간 영역에 풍부하게 존재하는 다극 세포에서 볼 수 있다.그들은 이동이나 소말 전위치에 의해 이동하는 세포와 닮지 않았다.대신 이러한 다극 세포는 신경 마커를 발현하고 방사상 신경교 [32]섬유와는 독립적으로 다양한 방향으로 여러 개의 얇은 과정을 확장합니다.

신경영양인자

뉴런의 생존은 영양인자라고 불리는 생존인자에 의해 조절된다.신경영양 가설은 발달하는 신경계에 대한 연구를 바탕으로 빅터 햄버거와 리타 레비 몬탈치니에 의해 공식화 되었다.빅터 햄버거는 발달 중인 병아리에 여분의 사지를 이식하는 것이 척추 운동 뉴런의 증가로 이어진다는 것을 발견했다.처음에 그는 여분의 사지가 운동 뉴런의 증식을 유발한다고 생각했지만, 나중에 그와 그의 동료들은 정상적인 발달 과정에서 많은 운동 뉴런의 죽음이 있었고, 그 여분의 사지가 이 세포 사멸을 막았다는 것을 보여주었다.신경영양 가설에 따르면 성장 축삭은 표적 유래 영양 인자의 양을 제한하기 위해 경쟁하고 충분한 영양 지원을 받지 못한 축삭은 아포토시스에 의해 죽는다.이제 많은 소스에 의해 생성된 요인들이 신경생존에 기여한다는 것이 명백해졌다.

  • 신경성장인자(NGF): Rita Levi Montalcini와 Stanley Cohen은 노벨상을 받은 첫 영양인자 Neurgrowth Factor(NGF)를 정제했습니다.NGF 관련 영양인자 BDNF, NT3, NT4는 다양한 신경 집단의 생존을 조절한다.Trk 단백질은 NGF 및 관련 인자에 대한 수용체 역할을 한다.Trk는 수용체 티로신인산화효소이다.Trk 이량화 및 인산화는 MAP 키나제, Akt 및 PKC 경로를 포함한 다양한 세포 내 신호 전달 경로의 활성화를 이끈다.
  • CNTF: 섬모 신경영양 인자는 운동 뉴런의 생존 인자로 작용하는 또 다른 단백질입니다.CNTF는 CNTFRα, GP130 및 LIFRβ를 포함하는 수용체 복합체를 통해 작용한다.수용체의 활성화는 JAK 키나제 인산화 및 모집으로 이어지며, 이는 LIFRβ를 인산화한다. LIFRβ는 STAT 전사 인자의 도킹 부위로 작용한다.JAK 키나제는 STAT 단백질을 인산화하는데, STAT 단백질은 수용체에서 분리되고 유전자 발현을 조절하기 위해 핵으로 이동한다.
  • GDNF: Glial 유도 신경영양인자는 TGFb 계열의 단백질의 일원으로 선조체 뉴런의 강력한 영양인자입니다.기능성 수용체는 유형 1 및 유형 2 수용체로 구성된 헤테로디머이다.타입 1 수용체의 활성화는 Smad 단백질의 인산화로 이어지며, Smad 단백질은 유전자 발현을 활성화하기 위해 핵으로 전이된다.

시냅스 형성

신경근 접합부

주요 기사:신경근 접합부

시냅스 형성에 대한 우리의 이해의 대부분은 신경근 접합부의 연구로부터 나온다.이 시냅스의 전달체는 아세틸콜린이다.아세틸콜린 수용체(AchR)는 시냅스 형성 전 근육 세포 표면에 존재한다.신경의 도착은 시냅스에서 수용체들의 군집을 유도한다.McMahan과 Sanes는 시냅토겐 신호가 기저 라미나에 집중된다는 것을 보여주었다.그들은 또한 시냅토겐 신호가 신경에 의해 생성된다는 것을 보여주었고, 그들은 그 인자를 아그린으로 확인했다.아그린은 근육 표면에서 AcRs의 군집을 유도하고 아그린 녹아웃 생쥐에서 시냅스 형성을 방해한다.Agrin은 MuSK 수용체를 통해 신호를 Rapsyn으로 변환합니다.Fischbach와 동료들은 수용체 서브유닛이 시냅스 부위 옆의 핵에서 선택적으로 전사된다는 것을 보여주었다.이것은 뉴레굴린에 의해 매개된다.

성숙한 시냅스에서 각 근육 섬유는 하나의 운동 뉴런에 의해 신경화된다.그러나, 현상중에, 많은 섬유들이 복수의 축삭에 의해 내화된다.Lichtman과 동료들은 시냅스 [34]제거 과정을 연구해왔다.이것은 액티비티에 의존한 이벤트입니다.수용체가 부분적으로 막히면 해당 시냅스 전 단자가 수축됩니다.나중에 그들은 전체 회로 수준에서 발달적 시냅스 제거를 특징짓기 위해 운동 신경 세포와 근육 섬유 사이의 모든 연결을 추적하는 커넥토믹 접근법을 사용했다.분석 결과 축삭이 운동 장치를 제거하지만 NMJ와 [35]접촉하는 시냅스 영역을 늘리면서 발생하는 대규모 재배선, 즉 시냅스 수가 10배 감소하는 것으로 확인되었습니다.

CNS 시냅스

아그린은 CNS 시냅스 형성의 중심 매개체가 아닌 것으로 보이며, CNS 시냅스 형성을 매개하는 신호를 식별하는 데 적극적인 관심이 있다.배양 내 뉴런은 생체 내에서 형성되는 것과 유사한 시냅스를 발달시켜 시냅스 발생 신호가 체외에서 적절하게 기능할 수 있음을 시사한다.CNS 시냅스 생성 연구는 주로 글루탐산성 시냅스에 초점을 맞추고 있다.영상 실험에 따르면 수상돌기는 발달 중에 매우 역동적이며 축삭과의 접촉을 종종 시작합니다.이것은 접촉 부위로 시냅스 후 단백질의 모집에 뒤따른다.Stephen Smith와 동료들은 수상돌기에 의한 필로포디아에 의해 시작된 접촉이 시냅스로 발전할 수 있다는 것을 보여주었다.

글루알 인자에 의한 시냅스 형성 유도: Barres와 동료들은 글루알 조건부 배지의 요인이 망막 신경절 세포 배양에서 시냅스 형성을 유도한다는 관찰을 했다.CNS에서의 시냅스 형성은 성세포가 시냅스 유발 인자를 제공할 수 있음을 시사하는 성세포 분화와 상관관계가 있다.성세포 인자의 정체는 아직 알려지지 않았다.

Neuroligins와 SynCAM을 시냅토겐 신호로 사용합니다.Sudhof, Serafini, Scheiffle 및 동료들은 뉴롤리긴과 SynCAM이 시냅스 전 분화를 유도하는 요인으로 작용할 수 있다는 것을 보여주었다.뉴롤리긴은 시냅스 후 부위에 농축되며 시냅스 전 축삭에 농축된 뉴렉신을 통해 작용한다.SynCAM은 시냅스 전막과 시냅스 후막 모두에 존재하는 세포 접착 분자입니다.

신경 회로 어셈블리의 활성 의존 메커니즘

상세 정보:활성 의존적 가소성

신경 이동, 분화 및 축삭 유도 과정은 일반적으로 활성에 의존하지 않는 메커니즘으로 여겨지며 뉴런 자체의 유선 유전 프로그램에 의존한다.그러나 연구 결과는 신경 [36]이동 속도, 신경 분화의[37] 측면 및 축삭 경로 [38]탐색과 같은 이러한 과정의 일부 측면을 매개하는 활동 의존적 메커니즘의 역할을 함축했다.활동 의존 메커니즘은 신경 회로 개발에 영향을 미치며 초기 연결 맵을 배치하고 개발 [39]중에 발생하는 시냅스의 지속적인 정교화에 매우 중요합니다.우리가 발달하는 회로에서 관찰하는 신경 활동에는 두 가지 뚜렷한 유형이 있습니다 - 초기 자발적 활동과 감각 유발 활동입니다.자발적 활동은 감각 입력이 없을 때에도 신경 회로 발달 초기에 발생하며 발달하는 시각 시스템,[40][41] 청각 시스템,[42][43] 운동 시스템,[44] 해마,[45] 소뇌[46] 및 신피질 [47]같은 많은 시스템에서 관찰됩니다.

직접 전기생리학적 기록, 칼슘 표시기를 이용한 형광 이미징 및 광유전학적 기법과 같은 실험 기술은 이러한 초기 [48][49]활동 버스트의 특성과 기능을 밝혀냈다.이러한 패턴은 개발[50] 중에 뚜렷한 공간적 및 시간적 패턴을 가지며, 개발 중에 절제된 패턴은 시각 [51]시스템에서 네트워크 정교화의 결함을 초래하는 것으로 알려져 있다.미성숙한 망막에서, 자발적인 활동 전위의 파동은 망막 신경절 세포에서 일어나 산후 첫 몇 [52]주 동안 망막 표면을 휩쓸고 지나갑니다.이러한 파동은 초기 단계에서 신경전달물질인 아세틸콜린에 의해 매개되고 나중에 글루탐산염에 [53]의해 매개된다.그들은 망막 지도와 눈 특유의 [54]분리라는 두 가지 감각 지도의 형성을 지시하는 것으로 생각된다.Retinotopic 지도 세련되고 다운 스트림 시각적 목표의 brain-the 우수한 둔덕(SC)과 배외 측 슬상핵(LGN)[55]Pharmacological 붕괴 그리고 마우스 모델들은 니코틴성 아세틸콜린 수용체의β2 소단위가 없는 상황에서가 자발 활동의 부족 retinotopy에서 두드러진 결함을 이끌기가 발생한다.eye-specific section([54]e-specific 분리).

발달하는 청각 체계에서 달팽이관이 발달하면서 뇌로 [56]청각 정보를 전달하는 나선형 신경절 뉴런과 내부 머리카락 세포에 퍼지는 활동이 폭발적으로 일어납니다.지지 세포로부터의 ATP 방출은 내부 모발 [57]세포에서 활동 전위를 유발합니다.청각계통에서 [56]자발적 활동은 고주파와 저주파로 조정된 달팽이관 뉴런 축삭을 분리함으로써 색소성 지도 형성에 관여하는 것으로 생각된다.운동계통에서 자발적 활성의 주기적 폭발은 초기에는 흥분성 GABA 및 글루탐산염에 의해, 나중에는 [58]아세틸콜린 및 글루탐산염에 의해 구동된다.발달하는 제브라피쉬 척수에서는 척수의 동측 및 반대측 영역 간에 점점 더 동기화된 교대 버스트를 형성하고 새로운 세포를 [59]회로에 통합하기 위해 초기 자발적 활동이 필요하다.같은 경련성 근육 섬유를 자극하는 운동 뉴런은 성년기에 [35]두 뉴런이 근육 섬유와 접촉할 수 있도록 하는 동기적인 활동을 유지하는 것으로 생각됩니다.피질에서는 소뇌와 피질 [60]슬라이스에서 초기 활동파가 관찰되었습니다.감각 자극이 가능해지면, 감각 코드 지도와 회로 정교화의 최종 미세 조정은 임계 기간 [60]동안 감각 박탈의 영향에 대한 고전적인 실험에서 증명된 것처럼 점점 더 감각 유발 활동에 의존하기 시작한다.

현대의 확산에 의한 MRI 기술은 축삭 발달의 거시적 과정을 밝혀낼 수도 있다.코넥텀은 확산 MRI 데이터로 구성될 수 있다.그래프의 정점은 해부학적으로 라벨이 붙은 회백질 영역에 대응하며, 데이터 처리의 트랙토그래피 단계에서 u와 v에 해당하는 두 개의 정점, 예를 들어 u와 v가 두 영역을 연결하는 축색섬유를 발견하면 가장자리에 의해 연결됩니다.

컨센서스 커넥텀 다이내믹스

Human Connectome Project에서 계산된 수많은 브레이징그래프는 http://braingraph.org 사이트에서 다운로드할 수 있습니다.Consensus Connectome Dynamics(CCD)는 부다페스트 참조 Connectome Server의 [61][62]그래피컬인터페이스에서 최소 신뢰 파라미터를 지속적으로 감소시킴으로써 발견된 주목할 만한 현상입니다.Budapast Reference Connectome Server(http://connectome.pitgroup.org)는 주파수 매개 변수 k를 사용하여 n=418개 피험자의 뇌 연결을 나타낸다. k=1,2,...n에 대해 k개 이상의 커넥텀에 존재하는 가장자리 그래프를 볼 수 있다.매개 변수 k를 k=n에서 k=1로 하나씩 줄이면 포함 조건이 완화되므로 그래프에 점점 더 많은 가장자리가 나타납니다.놀라운 관찰은 가장자리의 생김새가 무작위와는 거리가 멀다는 것입니다. 그것은 나무나 관목처럼 자라고 있는 복잡한 구조와 유사합니다(왼쪽 애니메이션에 표시됨).

성장 구조가 인간 뇌의 축방향 발달을 모방한다는 가설이 있다: 가장 먼저 발달하는 연결(축방향 섬유)은 대부분의 피험자에게 공통적이며, 그 후에 발달하는 연결은 축방향 발육 과정에서 축적되기 때문에 점점 더 큰 편차를 가진다.

시냅스 제거

주요 기사:시냅스 프루닝

몇몇 모터뉴론이 각각의 신경근 접합부를 위해 경쟁하지만,[34] 오직 한 개만이 성인 때까지 살아남는다.체외 경쟁은 방출되는 제한된 신경영양 물질을 포함하거나 신경활동이 신경자극 시에도 방출되는 독소에 내성을 줌으로써 강력한 시냅스 후 연결에 이점을 부여하는 것으로 나타났다.생체 내에서는 근섬유가 역행 신호를 통해 가장 강한 뉴런을 선택하거나 활동 의존적인 시냅스 제거 메커니즘이 모터 엔드플레이트에서 "[35]우승" 축삭의 정체를 결정하는 것이 제안된다.

매핑

뇌 지도는 동물의 뇌가 일생 동안 어떻게 변화하는지 보여줄 수 있다.2021년 현재, 과학자들은 8마리의 엘레강스 벌레의 뇌 전체를 신경 수준과[64][65] 출생부터 [35]성인기까지 단일 포유동물 근육의 완전한 배선에 걸쳐 매핑하고 비교했다.

성인 신경 생성

주요 기사:성인 신경 생성

신경생성은 성인 뇌의 특정 부분에서도 일어난다.

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