청각에 필수적인 진폭 변조 주파수에 반응하는 뇌 세포 집단 연구

UConn Health and University of Rocester 연구팀은 신경생리학 지(Journal of Neurophysiology) 다음 호에서 음성을 인식하려면 특정 유형의 뇌 세포를 잠잠하게 유지해야 한다고 보고했습니다. 그들의 연구는 이전에 일려지지 않은 뇌 세포 집단을 밝혀 내고 뇌가 듣는 방식을 이해하는 새로운 방법을 열어주었습니다.

 

여러분의 두뇌는 결코 침묵하지 않습니다. 뉴런으로 알려진 뇌 세포는 끊임없이 떨립니다. 뉴런이 흥분하면 발화하고 더 큰 소리를냅니다. 비유를 하자면, 최대 흥분 상태의 뉴런은 소리를 지른다 고 말할 수 있습니다.
친구가 당신의 이름을 말할 때 당신의 귀는 뇌의 중간에있는 세포에 신호를 보냅니다. 이러한 셀은 진폭 변조 주파수라고하는 것에 조율됩니다. 그것은 시간이 지남에 따라 소리의 진폭 또는 볼륨이 변하는 주파수입니다.

 

진폭 변조는 인간의 음성에 매우 중요합니다. 그것은 많은 의미를 담고 있습니다. 진폭 변조 패턴이 흐려지면 음성을 이해하기가 훨씬 더 어려워집니다.

연구자들은 진폭 변조의 특정 주파수 범위에 민감하게 조율된 뉴런 그룹이 있음을 알고 있습니다. 이러한 뉴런 그룹은 진폭 변조 주파수가 약 32Hz, 64Hz 또는 128Hz 인 소리 또는 사람의 청력 범위 내에있는 다른 주파수에 초점을 맞출 수있습니다. 그러나 뇌에 대한 이전의 많은 연구에서 특정 진폭 변조된 소리에 노출된 뉴런 집단은 겉보기에 무질서한 패턴으로 흥분될 수 있음을 보여주었습니다. 그 반응은 특정 진폭 변조 주파수에 맞춰진 특정 뉴런의 이론이 전체 이야기라면 예상 할 수있는 조직적이고 예측 가능한 패턴이 아니라 소란스럽고 혼란스러운 것처럼 보일 수 있습니다.

 

UConn Health 신경과학자 Duck O. Kim과 Shigeyuki Kuwada는 그 실제 이야기를 알고 싶어했습니다. 쿠와다는 1970년대부터 과학이 두 귀의청력을 이해하는 데 많은 기여를 했습니다. 소리가 나는 곳을 파악하는가에 있어 양이 청력은 필수적입니다. Kuwada(혹은 그의 동료들이 불렀던 대로 시그)와 의과대학 교수인 김 교수는 2005년부터 진폭 변조라는 신경 처리가 우리가 말하는 인식 방식에 어떤 영향을 미치는지에 대해 협력하기 시작했습니다.

 

그들은 뇌의 개별적인 뉴런을 연구한 경험이 많았으며, 로체스터 대학의 로렐 카니와 함께 야심찬 계획을 세웠습니다.다그들은 뇌의 특정 부분에 있는 모든 뉴런이 어떤 소리에 어떻게 반응하는지를 체계적으로 조사했습니다. 그 소리가 진폭변조되었을 때, 그리고 그렇지 않았을 때를 말입니다.

그들은 토끼의 하 대장 (뇌간의 일부)에있는 105 개의 뉴런과 토끼의 중간 생식체 몸 (시상의 일부)에있는 30개의 뉴런의 분리된 단일 뉴런 반응을 연구했습니다. 이 연구에서는 필요한 데이터를 얻기에는 수년에 걸쳐 매일 2시간 씩 소요되었습니다.

그들이 결과를 작성하는 동안 Shig는 암에 걸렸습니다. 그러나 그는 여전히 연구를 계속했습니다. 수년간의 힘든 측정 끝에 세 명의 연구원 모두 분석 결과에 놀라움을 금치 못했습니다. 기존의 통념이 예측한 것과 정반대를 이루는 지금까지 알려지지 않은 뉴런 집단이 있었습니다. 특정 진폭 변조 주파수를 들었을 때 흥분하지 않고 조용했습니다. 특정 변조 주파수로 진폭 변조된 사운드가 많을수록 더 조용해졌습니다.

 

뇌의 시각 시스템이 오래 전부터 이와 비슷한 방식으로 작동한다는 것이 알려져 왔기 때문에 특히 흥미로웠습니다. 시각 뉴런의 한 개체(ON 뉴런이라고 함)는 특정한 시각적 자극에 의해 흥분하는 동시에, 다른 개체군(OFF 뉴런이라고 함)은 억제됩니다.

 

지난해 시그(Shig)가 죽음을 앞두고 있을 무렵, Kim교수는 그에게 약속을 했습니다.

 

“Sig의 마지막 날에 저는 그와 그의 가족에게 공동 연구 결과를 발표하기 위해 최선을 다할 것을 암시했습니다. 지금은 그것이 완성된 것이 마음이 놓입니다.”라고 김씨는 말합니다. 새로운 발견은 말을 듣고 이해하는 능력을 상실한 사람들에게 특히 도움이 될 수 있습니다. 뇌 세포를 직접 자극하는 임플란트로 치료를 받을 수 있다면 청각 뇌의 자연스러운 행동과 일치하도록 맞춰 볼 수 있을 것입니다.

 

“모든 뉴런을 자극해서는 안됩니다. 일부 뉴런은 흥분하고 다른 뉴런은 억제된 채 뇌가 소리에 반응하는 방식을 일치시키도록 노력해야합니다.”라고 Kim은 말합니다.

 

출처 : Uconn

 

 

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