당신의 뉴런을 알고:뇌의 신경 교세포의 비율은 무엇인가?

이전에,당신의 뉴런을 알고:

제 1 장:뉴런의 발견과 이름

제 2 장:뉴런의 다른 유형을 분류하는 방법

제 3 장:아교

제 4 장:뇌의 신경 교세포의 비율은 얼마입니까?

데이지 유하스와 페리스 자브르

마지막으로 신경 세포를 알았을 때,우리는 신경 세포와 함께 뇌와 신경계의 두 가지 주요 세포 중 하나 인 아교에 대해 이야기했습니다. 신경교세포는 신경교세포보다 훨씬 많다—척추동물의 중추신경계에 있는 신경교세포보다 10~50 배 더 많다.”마크 베어의 뇌 신경 과학 탐험을 포함한 다른 교과서는 인기있는 언론에 많은 기사를 가지고있는 것처럼 비슷한 주장을합니다.

노아 그레이,자연의 수석 편집자,그리고 신경 과학자 모 코스 탄디(모 코스트),프리랜서 작가로 변신 한 신경 과학자는 10:1 아교 대 신경 세포 비율이 신화이며 인간과 다른 영장류 뇌의 비율이 1:1 에 훨씬 가깝다는 최근의 증거를 인용하여 트위터에 올린 게시물에 응답했습니다. 우리는 더 조사하기로 결정했습니다.

연구 문헌을 조사한 후,우리는 전체 인간 뇌에서 10:1 아교 대 뉴런 비율을 직접 지원하는 단일 발표 된 연구를 찾지 못했습니다. 사람이 이러한 연구를 알고있는 경우,코멘트 섹션에서 인용하시기 바랍니다. 우리는 1950 년대 초부터 인간과 다른 영장류의 뇌에서 1:1 에 훨씬 가까운 비율로 정착 한 많은 연구를 발견했습니다.이 연구의 대부분은 척추 동물의 뇌의 복잡하게 주름진 바깥층에만 초점을 맞추었지만 피질로 알려져 있습니다.이 연구는 아마도 나머지 뇌와 동일한 신경 교세포 비율을 가지고 있지 않을 것입니다. 1:1 비율에 대한 가장 강력한 증거는 2009 년 신경생리학자 수자나 헤르쿨라노-후젤과 그녀의 동료들의 연구에서 나온 것인데,그는 세포를 셀 수 있는 새롭고 매우 효율적인 방법을 발명하여 그것을 4 개의 전체 인간의 두뇌에 적용했다.

그러나 일부 연구자들은 헤르쿨라노-호젤이 이 방법을 보다 전통적인 세포계산 기술과 직접 비교할 때까지 이 새로운 방법을 완전히 받아들이지 않을 것이다. 그리고 아교 교체를 연구하는 일부 과학자들은 한 번 간과 된 세포가 대다수를 구성하지 않을 수도 있음을 인정하기를 꺼립니다. 헤르쿨라노-호젤의 방법이 어떻게 든 비율을 1 에 너무 가깝게 왜곡하더라도:1 비율:1,전체 증거는 확실히 10 근처에 아무것도 지원하지 않습니다. 이러한 불일치에도 불구하고 일부 교과서는 10:1 비율을 확실한 사실로 계속 선전 할 것입니다. 스탠포드 대학의 벤 바레스 칸델의 교과서의 향후 버전에서 글 리아에 대한 섹션을 쓰고있다. 그는 출판된 연구에서 신경교세포 대 신경교세포 비율을 엄격하게 결정하지 않았다고 주장하지만,신경교세포가 인간 두뇌의 세포 중 적어도 80%를 차지한다고 확신한다.

이용 가능한 증거

적어도 1950 년대 이후 과학자들은 인간의 뇌에서 뉴런과 신경 교세포의 상대적 수를 추정하려고 시도했다. 그들은 즉시 어려움을 겪었습니다.

가장 엄격한 방법은 신선하거나 보존 된 뇌의 다른 영역을 얇은 뇌 퀴 토 햄으로 자르고 현미경으로 각 시트의 세포를 세고 세포 수를 총 뇌 부피로 곱하는 것입니다. 이 과정은 매우 간단하지만 전체 뇌에서 수행하는 데는 많은 시간이 걸립니다—컴퓨터와 기계가 계산에 도움이 될 때조차도-많은 연구가 뇌의 한 영역에만 초점을 맞추는 이유를 설명합니다.

그러나 초기에 연구자들은 신경 교세포의 비율이 한 뇌 영역에서 다른 뇌 영역으로,때로는 극적으로 다르다는 것을 깨달았습니다. 몇몇 초기 연구에서는 아교 대 신경 세포 비율이 약 1:예를 들어,피질에서 1,그러나 한 1988 년 연구는 시상에서 17 대 1 의 신경 세포 비율을 발견했는데,뇌의 중간 근처에있는 호두 크기의 다양한 손잡이 쌍이었습니다. 더 복잡한 것,신경 세포 비율에 신경 교세포는 종에서 종에 다르다. 따라서 쥐의 뇌조직의 한 덩어리에 있는 신경아교세포와 신경세포의 수를 세는 것은 쥐의 뇌 전체의 비율을 정확하게 추정하지 못하며,인간 두뇌의 비교 가능한 영역에서의 비율과 반드시 일치하지도 않습니다. 1950 년대 이후의 수많은 세포 계산 연구는 영장류 피질의 신경교 대 신경 비율이 0.5:1 에서 2:1 사이라고 결론지었습니다. 우리가 말할 수있는 한,이 연구들 중 어느 것도 피질이나 뇌 전체에 대해 10:1 아교 대 뉴런 비율을 추정하지 못했습니다.

10:1 아교 대 뉴런 비율을 직접적으로 뒷받침하는 증거가 없다면,어떻게 그렇게 많은 교과서에서 끝났습니까? 그리고 그 개념은 처음부터 어디에서 왔습니까? “그것은 원래의 소스를 찾는 것은 불가능하다,”대학 의료 센터 함부르크-에펜 도르프의 클로스 힐게 타그는 말한다,그는 오랫동안 영속 신화라고 생각의 기초를 헛되이 검색 한 사람. 그의 동료 중 한 명인 휴그 베리는 10:1 비율이 학술회의 발표에서 잘못 기억 된 세부 사항으로 시작되었다는 것을 막연하게 기억합니다. 그렇다면 사람들이 반 직관적 인 통계를 사실로 채택한 것은 이번이 처음이 아닙니다.

뇌의 아교 대 뉴런 비율에 대한 관련 증거를 검토하는 뇌 구조 및 기능 칼럼에서,보스턴 대학의 힐제타그와 헬렌 바르바스는 브라질 리우데자네이루 연방대학의 신경생리학자 수자나헤르쿨라노-호젤의 연구를 강조한다. 그녀는 전체 두뇌에 있는 모든 세포를 세기를 위한 유일하고,빠른 방법을 개발했다.

헤르쿨라노-호젤의 기술은 온전한 뇌를 핵의 수프로 변형시킨다. 그녀의 방법 뒤에 아이디어는 각 뇌 세포는 정확히 하나의 핵을 포함한다는 것입니다;따라서,뇌의 핵의 총 수는 뇌 세포의 총 수와 일치합니다. 첫째,헤르쿨라노-호젤은 뇌 전체를 소뇌와 대뇌 피질과 같은 관심 영역으로 슬라이스하고 모든 조직을 일종의 유리 박격포와 유봉으로 손으로 갈아줍니다. 식염수 세제에 있는 조직을 녹이는 것은 신경 및 신경교교교 둘 다의 핵이 자유롭게 뜨는 해결책을 창조합니다. 형광 단백질로 핵 내부의 유전자에 태그를 붙이면 모든 핵이 자외선(자외선)빛 아래에서 파란색으로 빛납니다. 헤르쿨라노-호젤은 이 빛나는 핵의 밀도를 측정하고 그 수에 용액의 부피를 곱하여 그 뇌 영역의 총 세포 수와 일치해야하는 핵의 총 수를 결정합니다. 다음으로,그녀는 대부분의 신경 핵에 단백질에 결합 항 노이라는 항체를 추가,하지만 어떤 신경교 핵에 결합하지 않습니다. 또 다른 형광 항체는 안티 노인에 부착되어 뉴런의 핵이 자외선 아래에서 녹색으로 빛납니다. 뉴런과 아교에서 핵을 균등하게 분배하기 위해 용액을 격렬하게 흔들어 놓은 후,헤르쿨라노-후젤은 수프의 여러 샘플을 채취하고 현미경으로 각 샘플의 형광 녹색 핵을 세고 용액의 총 뉴런 핵 수를 계산합니다.이 핵은 뇌 영역의 총 뉴런 수와 같아야합니다. 총 핵 수에서 그 수를 빼면 뇌의 그 부분이 얼마나 많은 신경 교세포가 포함되어 있는지 알 수 있습니다.

헤르쿨라노-후젤과 그녀의 동료들은 이 기술을 사용하여 사망한 4 명의 남성의 뇌를 분석하고 2009 년에 그 결과를 발표했다. 특히,그들은 인간의 뇌에 약 170,680,000,000 개의 세포가 포함되어 있음을 발견,86,100,000,000 은 신경 세포이고 84,600,000,000 은 신경 교세포이다. 그들의 연구는 또한 뉴런에 대한 신경 교세포의 비율이 하나의 일반적인 뇌 영역에서 다음 영역으로 극적으로 다르다는 것을 시사합니다. 대뇌 피질의 60,840,000,000 세포는 16 동안,아교입니다.340 억 개의 세포가 뉴런으로,이 넓은 영역에 약 3.76 대 1 의 신경 세포 비율을 제공합니다. 이것은 소뇌의 반전입니다.진화적으로 오래된 뇌의 부분이죠.뇌간을 가로지르는 부분이죠. 헤르쿨라노-후젤의 연구에 따르면 소뇌에는 690 억 3 천만 개의 뉴런과 16.04 개의 신경교 세포 만 포함되어 있으며,이는이 지역의 모든 신경교에 대해 약 4.3 개의 뉴런이 있음을 의미합니다.

더욱 확대하여,그녀의 연구는 피질의 회색 물질에서 61 억 8 천만 개의 뉴런과 86 억 8 천만 개의 아교,백질에서는 12 억 9 천만 개의 뉴런 및 198 억 8 천만 개의 아교를 계산했습니다. 회색 물질은 주로 신경 교세포에 의해 피복되지 않은 뉴런(신경 교세포에 의해 피복되지 않은 뉴런)의 수초화되지 않은 부분으로 구성되는 반면,백질은 절연 희소 돌기 아교 세포에 싸인 축삭으로 구성됩니다. 이 결과는 대뇌 피질의 회색 물질 만 샘플링 한 많은 초기 계산 연구가 대략 1:1 또는 약간 높은 신경 교세포 대 뉴런 비율을 발견 한 이유를 설명 할 수 있습니다. 전반적으로 대뇌 피질(회색 및 흰색 물질 모두 포함)은 뉴런보다 훨씬 더 많은 아교 교체를 포함하지만 가장 바깥 쪽 회색 층은 더 균형을 이룹니다. 그리고 소뇌의 믿을 수 없는 밀도의 뉴런은 뇌 전체에 걸쳐 신경아교세포와 뉴런 배급량의 균형을 맞춥니다.

헤르쿨라노-후젤이 2005 년 그녀의 혁신적인 기술을 처음 발표했을 때,주된 반대는 세포가 뇌 조직의 조각으로 계산되는보다 전형적인 입체 방법과 직접 비교하지 않았다는 것이었다. 그러나 전체 뇌를 가진 그녀의 결과가 이전의 입체 연구에서 다른 뇌 영역의 수와 일치했을 때,헤르쿨라노-후젤은 대부분의 비평가들이 물러났다고 말한다. 일부 연구자들은 뇌를 분쇄하고 용해시키는 것이 상당한 수의 핵을 파괴한다는 우려로 남아 있습니다. 그러나 헤르 쿨라노는 그녀가 사용하는 식염수 세제(트리톤 엑스-100)는 세포막과 같은 지방 조직을 파괴하지만 단백질이 풍부한 핵막을 보존한다고 설명합니다. 또한,그녀는 말한다,분쇄하기 전에 포름 알데히드에 뇌 조직을 고정하는 것은 그들이 특히 어려운 휴식하고,단백질 사이의 결합을 강화한다. 다른 연구자들은 단일 연구 그룹 밖에서 널리 사용되지 않은 방법을 신뢰하는 것을 주저한다고 말합니다. 그러나 지금까지 미국,유럽 및 아시아의 적어도 7 개의 다른 연구팀이 헤르쿨라노-호젤의 방법을 이용했습니다.

교과서 재 작성?

스탠포드 대학의 신경 생물 학자 벤 바레스는 자신이 그 문제를 조사 할 때까지 널리 앵무새 10:1 아교 대 신경 세포 비율을 믿지 않았다고 말한다. 그는 신경교세포가 인간의 뇌에서 적어도 80%를 차지한다고 확신합니다. 여기에 그의 주요 추론이 있습니다.

인간의 뇌는 유한 수의 세포를 포함하고 있으며,각각의 세포는 동일한 양의 유전자(약 6.5 피코 그램)를 보유하고있다. 발달중인 인간의 뇌는 임신 첫 삼 분기 내에 대부분의 뉴런을 생산하지만,글 리아는 출생 후 몇 년이 될 때까지 성장을 끝내지 않습니다. 바레스는 20 주 된 인간 뇌의 총 유전자 양과 유아의 뇌의 총 유전자 양을 비교함으로써 아교 대 뉴런 비율을 알아낼 수 있다고 추론했다. 바레스는 1973 년에 발표된 연구에서 10 주에서 7 년까지의 139 개의 인간 두뇌에서 유전자 수치를 분석했다. 포레브린(소뇌를 포함하지 않음)에는 약 0 이 포함되어 있습니다.20 주에 25 밀리몰의 유전자와 2 세까지 약 2 밀리몰의 유전자에 정점을 찍었습니다. 이 숫자를 바탕으로—그리고 혈관 세포의 유전자에 대한 회계—바레스는 아교 교세포의 수가 증가함에 따라 총 전뇌 유전자의 증가를 설명하고 따라서 아교 교세포가 인간의 뇌에서 적어도 80%를 구성한다고 결론 지었다.

바레스는 자신의 미공개 계산에 확신을 가지고 있으며 신경 과학의 원리 최신판에서 신경 교세포가 신경 세포보다 훨씬 많다고 쓰려고하지만,신경 교세포 대 뉴런 비율의 질문에 단호하게 대답 할 수있는 엄격한 연구를 수행 한 사람은 아무도 없다고 주장한다. 바레스는 연구자들이 뉴런과 신경 교교 모두에 대해 거의 모든 알려진 마커로 인간의 두뇌 전체를 얼룩지게하는 연구를 계획한다—가능한 한 다른 세포 유형의 많은 캡처 확인-두뇌를 슬라이스하고 꼼꼼하게 각 섹션의 세포를 계산하기 전에. 그는 필요한 모든 도구를 사용할 수 있다고 말한다. 이 프로젝트에 자금을 모든 계산을위한 시간을 찾는 문제입니다.

누가 신경 쓰나요?

과학자들이 뇌에 얼마나 많은 신경아교와 뉴런이 포함되어 있는지 정확히 알아 내고 모든 사람들이 숫자에 동의한다고 가정 해 봅시다. 왜 중요합니까?

일부 과학자들은 아교 대 뉴런 비율이 뇌에 대해 질문 할 수있는 가장 중요한 질문 중 하나라고 생각합니다. 대신 과학자들은 뇌 세포가 어떻게 행동하는지에 초점을 맞추어야한다고 주장한다. 다른 과학자들은 노화와 많은 신경 질환이 뇌 세포의 손실을 포함한다고 지적합니다. 어떤 뇌 세포가 죽고 어떤 세포가 생존하는지 정확히 이해하면 새로운 치료법 개발에 박차를 가할 수 있습니다. 일부 생물 학자와 신경 과학자들은 또한 신경교 대 신경 세포 비율이 진화 과정에서 변화했는지,예를 들어 뇌가 큰 동물(또는 신체 크기가 큰 뇌)이 비정상적으로 높거나 낮은 신경교 수를 가지고 있는지 여부에 관심이 있습니다. 2007 년 연구에서 과학자들은 밍크 고래 뇌 5 개를 썰어 컴퓨터의 도움으로 세포를 세고 982 억 개의 신경 교체로 둘러싸인 128 억 개의 뉴런을 발견했습니다. 그러나이 연구는 헤르쿨라노-호젤의 연구에 따르면 대부분의 포유류 뇌 뉴런을 포함하는 소뇌를 포함하지 않았다.

많은 연구자들은 글 리아가 너무 많기 때문에 부분적으로 더 많은 관심을 가질 자격이 있다고 주장했다. 그러나 유병률은 중요성에 해당하지 않습니다. 과학자들은 글 리아 연구를 정당화하기 위해 더 이상 주장 된 10:1 비율에 의존 할 필요가 없습니다. 신경교 세포는 구조적 다양성,기능적 다양성 및 자신의 전기 자극을 방전 할 수 없더라도 발사 뉴런의 동작을 변경할 수 있다는 사실 때문에 매력적이고 중요합니다. 그들은 초기 뇌 발달을 안내하고 평생 동안 동료 뇌 세포를 건강하게 유지합니다. 글 리아는 단순한 구조 필러,하지만—그들의 이름의 기원(접착제에 대 한 그리스어)에서 알 수 있듯이—그들은 함께 것 들을 유지 하는 데 도움이. 에 관계없이 신경 세포 비율에 대한 진정한 아교,과학자들은 이미 아교가 기능적으로 뇌의 다른 절반임을 보여주었습니다.

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