수면 중 반구 경쟁

Nature 616권, 312~318페이지(2023)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

수면의 기능과 메커니즘에 대한 우리의 이해는 여전히 불완전하며, 이는 수면의 복잡성이 점점 더 분명해지고 있음을 반영합니다1,2,3. 마찬가지로, 수면 중 반구 간 조정에 대한 연구4,5,6는 알려진 수면 회로 및 메커니즘과 정확하게 연결하기 어려운 경우가 많습니다. 여기서는 잠자는 턱수염용(Pogona vitticeps)의 클라우스트라를 기록하여 포고나 급속 안구 운동(REMP)과 서파 수면의 시작과 오프셋이 양측으로 조정되지만 이 두 가지 수면 상태가 현저히 다르다는 것을 보여줍니다. 클라우트 간 조정에서. 서파수면 동안 클라우스트라는 서로 독립적으로 날카로운 파동을 생성하여 조화를 보이지 않습니다. 대조적으로, REMP 수면 동안 두 클라우스트라에 의해 생성된 전위는 진폭과 시간에서 정확하게 조정됩니다. 그러나 이러한 신호는 동기적이지 않습니다. 한쪽이 다른 쪽을 약 20ms 앞서며, 앞쪽이 일반적으로 REMP 에피소드당 또는 연속 에피소드 사이에 한 번씩 전환됩니다. 선두 클라우스트는 더욱 강력한 활동을 표현하며, 이는 양자 간 경쟁을 암시합니다. 이 경쟁은 두 개의 밀실 반구 또는 종뇌 반구 사이에서 직접적으로 발생하지 않습니다. 오히려 이는 중뇌에서 발생하며 협부 복합체의 GABA성(γ-아미노부티르산 생성) 핵의 완전성에 의존합니다. 협부 복합체는 모든 척추동물에 존재하며 조류에서는 상향식 주의력과 시선 제어의 기초가 되는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 결과는 포고나(Pogona) 뇌의 두 측면 사이에 승자독식 유형의 경쟁이 존재함을 보여줍니다. 이는 중뇌에서 시작되며 REMP 수면 중 밀실 활동 및 조정에 정확한 결과를 가져옵니다.

포유동물에서 수면 중 피질 뇌파는 급속 안구 운동(7,8,9)을 동반하는 비동기화된 뇌파 신호를 특징으로 하는 급속 안구 운동(REM) 수면과 비REM(NREM) 수면으로 분해될 수 있습니다. 서파 활동(따라서 서파(SW) 수면이라고도 함)에 의해 발생합니다. 설치류와 인간의 경우 NREM 수면은 특정 형태의 기억의 재활성화 및 통합과 관련되어 있습니다10,11,12,13. 그러나 REM의 가능한 기능은 대부분 추측적(예: 학습 취소14)으로 남아 있지만 일부 증거15,16,17는 감정적 기억과의 연관성이 있음을 시사합니다. 이상 수면은 조류18, 파충류19,20,21 및 어류22에도 존재하며, 이는 공통 뿌리(적어도 척추동물 계통(5억년)만큼 오래됨)의 가능성을 시사합니다. (일부 무척추동물에서도 이상형 수면 패턴이 관찰되었습니다23). 그렇다면 다양한 동물 계통을 대표하는 시스템에 대한 비교 접근 방식은 수면의 진화뿐 아니라 수면의 기능과 기계적 토대를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

일주성 아가미드 도마뱀인 Pogona vitticeps의 규칙적인 전기생리학적 수면 리듬(등심실 능선 또는 DVR에 기록됨)의 두 단계는 0.5~2초마다 불규칙하게 발생하는 예리한 파동이 지배하는 국지적 장 전위로 구성됩니다. 약 1분 후 빠른 안구 운동19과 함께 발생하는 더 빠른 각성 활동이 약 1분 동안 이어집니다. 이 두 가지 활동 모드는 밤새 정기적으로 번갈아 나타납니다19. 이 두 전기생리학적 수면 단계와 포유류 SW 및 REM 수면 사이의 유사성으로 인해 우리는 이를 SW 유사 및 REM 유사(이후 각각 SW 및 REMP로 명명)로 식별합니다. (우리의 명명법은 설명적이며, 이 시점에서 지식이 부족하기 때문에 포유류 수면 상태와의 기능적 또는 기계적 동일성을 반드시 암시하지는 않습니다.) DVR에서 SW 활동의 주요 특징인 날카로운 파동 잔물결은 클라우스트럼에서 생성되며 전파파로 인접한 DVR에서 감지할 수 있습니다21. 여기서 우리는 생체 내 전기생리학적 기록을 사용하여 Pogona에서 REMP 신호의 특성을 조사하기 시작했습니다. 왼쪽과 오른쪽 클라우스트라에서 동시에 기록하면서 SW와 REMP 수면 사이의 반구 간 조정 특성의 차이를 관찰했습니다. 이러한 차이는 결국 SW 수면이 아닌 REMP 수면 동안 두 반구 사이에 지속적인 경쟁이 있음을 밝혀냈고, 지금까지 수면에 관여하는 것으로 알려지지 않았던 한 쌍의 중뇌 협부 전 핵의 역할을 확인했습니다.