재배선되는 생쥐의 뇌는 설계를 가리킨다.
(Mouse Brains Rewire Themselves)
by Randy J. Guliuzza, P.E., M.D.
당신은 어떤 것이 공학적으로 설계되었다는 것을 어떻게 알 수 있는가? 한 가지 방법은 특징적인 모습들을 설명하는데 사용되는 단어들을 연구하는 것이다. 미국 러시모어 산(Mt. Rushmore)의 암벽은 주변 암벽들과 다르게 미국 대통령들의 초상화와 비슷한 모습을 갖고 있다.
좋은 과학적 이론은 생물학적 현상을 설명할 수 있으며, 예측을 할 수 있어야한다. ICR은 다윈의 진화론과 대조되는, 변화하는 환경조건에 대해 생물이 적응할 수 있는 공학적 적응 (engineered adaptability) 메커니즘에 대해 이전에 논의했었다.[1] 다윈의 자연선택에 의한 진화론은 “지시되지 않은”, “시행착오적”, “점진적”인 적응 과정을 예측한다. 이에 비해 공학적 적응은 예측될 수 있는 변화하는 환경조건에 대한 “표적화 된” 반응과 함께, “제어된”, “신속한” 적응을 예측한다.
최근 생쥐(mice)들이 어두운 조건에 적응하는 방법에 관한 연구는 공학적 적응 이론을 지지하는 더 많은 증거를 제공하고 있었다. eNeuro 지에 발표된 연구 결과는 메릴랜드 대학의 패트릭 카놀드(Patrick O. Kanold)의 지도하에 크리스티나 솔라라나(Krystyna Solarana)가 수행했다.[2]
첫째, 연구자들은 생쥐를 두 그룹으로 나누고, 뇌의 청각 영역에 감각 전극을 연결했다. 한 그룹은 12시간의 일광과 12시간의 어둠을 번갈아 가며 7일 동안 노출시켰다. 두 번째 그룹은 같은 7일 동안 지속적으로 어두운 곳(dark exposure, DE)에 있도록 했다. 각 그룹의 개체군은 수컷과 암컷, 그리고 어린 쥐와 나이든 쥐로 구성되었다. 마지막으로 두 그룹을 일주일 내내 일정한 간격으로, 17개의 다른 청각 톤에 노출시키면서, 청각 피질의 뇌 활동을 측정했다.
단 일주일 후, 모든 DE 마우스에 대한 청각 피질의 뉴런은 다양한 톤에 대한 감도를 높이기 위해서, 다시 재배선 되었다. 카놀드 팀은 보고했다 :
우리의 결과는 생쥐에서 시각을 사용하지 못하는 짧은 기간 동안, 원래의 청각을 감지하는 뇌 피질의 여러 층에서 주파수(영역) 표현(frequency representation)이 변경될 뿐만 아니라, 뉴런의 반응을 유발하는 톤(tone)이 변경될 수 있음을 보여준다.
이것은 예상됐던 것이다. 그들은 또한 보고했다.
이러한 결과는 경험 의존 가소성(plasticity)이 초기 발달 창에 국한되지 않고, 2감각 통합 경험(cross-modal sensory experience)은 성체가 되어서도 네트워크 회로와 개체군 동력학을 변경할 수 있는 힘을 갖고 있음을 보여준다.[2]
메릴랜드 대학의 보도 자료는 이 결과를 보도하면서, 또 다른 흥미로운 관측을 설명하고 있었다. 즉 “어린 뇌는 자주 듣게 되는 소리에 따라, 듣는 데에 사용되는 특정 주파수에 대한 청각 피질의 영역을 배치하도록 스스로 연결된다”는 것이다. 덧붙여서
성체 생쥐에서, 어둠 속에서 일주일은 또한 다른 주파수로 공간 할당을 재분배했다. 그들이 조사한 청각 피질 영역에서, 연구자들은 높고 낮은 주파수에 민감한 뉴런의 비율이 증가하고, 중간 범위의 주파수에 민감한 뉴런의 비율이 감소하는 것을 관측했다.[3]
연구자들은 어린 그리고 성숙 생쥐에서 소리 주파수에 대한 감도가 달라지는 다른 원인을 확인하지 못했다.
따라서 단지 1주일 만에, 시각적 입력이 없는(어두움에 노출된) 생쥐는 청각 피질에서 뉴런 연결의 재배선을 통해서, 보상적 반응 유형을 일관되게 보여주었다. 이 선천적인 생리학적 적응 능력은 어린 생쥐에서는 다르게 발현됐지만, 성체 생쥐에서 여전히 활성적이었다.
연구자들은 연구 결과에 대한 특징적인 이름을 붙이지는 않았다. 그러나 이러한 메커니즘이 공학적 원리에 따라 작동되고 있다는 증거를 찾는다면, 결과를 특성화하는 일은 매우 유용할 것이다.
공학자들은 적응가능 시스템에 몇 가지 공통적 특성을 설계해왔는데, 그러한 특성들을 생쥐 연구에서 볼 수 있었다. 공학적 관점에서 볼 때, 백업 시스템, 복원성, 유연성 등은 설계적 특성이다. 성체 생쥐에서 소리 감도가 달라지는 것은 청각 시스템 자체가 적응 가능하며, 동적 학습(dynamic learning)이 가능한 유형임을 암시하는 것이다.[4]
또한 빛을 감지하는 센서의 데이터 신호가 내부적으로 처리된다는 증거가 있다. 암흑의 경우, 청각 피질을 다시 재배선하여 특정 방식으로 보상하도록 하는, 선천적 논리 메커니즘이 내장되어 있음을 가리킨다. 그래서 우리는 제어되고, 신속하며, 예측 가능하고, 표적화 된 반응을 갖고 있는, 설계된 특성의 적응 시스템을 보게 되는 것이다.
이러한 최근 발견은 ICR이 개발해온 생물학적 설계 이론을 뒷받침한다.[5] 이 이론은 생물학적 기능들은 공학 원리로 개발된 모델에 의해 정확하게 설명될 것이라고 가정한다. 또 다른 가설은 사람이 수행하는 공학적 행동을 연구하면, 생물학적 연구에 대한 정확한 예측을 할 수 있게 해주며, 연구자들에게 어떤 생물학적 현상의 정확한 특성을 알려줄 것이라는 것이다.
어두움에 노출된 생쥐의 반응은 연속환경추적(continuous environmental tracking, CET)이라는 ICR의 공학 기반 적응 모델과 적합하다. 이 모델은 생물체는 센서, 논리 메커니즘, 출력 반응을 갖고 있으며, 사람이 만든 추적 시스템과 유사한 추적 시스템을 사용하여, 환경 변화를 추적할 것으로 예측한다.[6] 생쥐는 눈에 광센서를 가지고 빛을 탐지하고, 논리 메커니즘을 사용해 반응한다. 그들의 청각회로에 대한 재배선은 표적화 된 보상성 반응(compensatory response)으로 적합하다.
ICR의 연구 노력 중 하나는 생물학에 대한 접근 방식과 생물학적 현상에 대한 이해를 근본적으로 바꾸는 것이다. 이를 위해, 분자 수준에서 전체 생태계에 이르기까지, 공학 원리에 비추어 생물학을 조사하기위한, 연구 프로그램을 공식화하는 이론적 체제를 사용한다.
초월적 엔지니어가 설계했기 때문에, 생물학은 공학 원리에 의해 가장 잘 이해되는 것이다.
References
1. Guliuzza, R. J. 2018. Engineered Adaptability: Adaptive Changes Are Purposeful, Not Random. Acts & Facts. 47 (6): 17-19; Guliuzza, R. J. 2018 Engineered Adaptability: Adaptive Solutions Are Targeted, Not Trial-and-Error. Acts & Facts. 47 (7): 17-19.
2. Solarana, K. et al. 2019. Temporary Visual Deprivation Causes Decorrelation of Spatiotemporal Population Responses in Adult Mouse Auditory Cortex. ENEURO 6(6).0269-19.2019.
3. Anonymous. 2019. A Week in the Dark Rewires Brain Cell Networks and Changes Hearing in Mice. Posted on cmns.umd.edu on December 4, 2019, accessed December 5, 2019.
4. Guliuzza, R. J. 2014. IBM’s Watson: Designed to Learn Like a Human. Posted on ICR.org on March 19, 2014, accessed December 10, 2019.
5. Guliuzza, R. J. 2019. Engineered Adaptability: Continuous Environmental Tracking Wrap-Up. Acts & Facts. 48 (8): 17-19.
6. Guliuzza, R. J. and P. B. Gaskill. 2018. Continuous environmental tracking: An engineering framework to understand adaptation and diversification. In Proceedings of the Eighth International Conference on Creationism, ed. J.H. Whitmore. Pittsburgh, Pennsylvania: Creation Science Fellowship, 158-184.
*Randy Guliuzza is ICR’s National Representative. He earned his M.D. from the University of Minnesota, his Master of Public Health from Harvard University, and served in the U.S. Air Force as 28th Bomb Wing Flight Surgeon and Chief of Aerospace Medicine. Dr. Guliuzza is also a registered Professional Engineer.
출처 : ICR, 2020. 1. 9.
주소 : https://www.icr.org/article/mice-brains-rewire-themselves/
번역 : 미디어위원회
재배선되는 생쥐의 뇌는 설계를 가리킨다.
(Mouse Brains Rewire Themselves)
by Randy J. Guliuzza, P.E., M.D.
당신은 어떤 것이 공학적으로 설계되었다는 것을 어떻게 알 수 있는가? 한 가지 방법은 특징적인 모습들을 설명하는데 사용되는 단어들을 연구하는 것이다. 미국 러시모어 산(Mt. Rushmore)의 암벽은 주변 암벽들과 다르게 미국 대통령들의 초상화와 비슷한 모습을 갖고 있다.
좋은 과학적 이론은 생물학적 현상을 설명할 수 있으며, 예측을 할 수 있어야한다. ICR은 다윈의 진화론과 대조되는, 변화하는 환경조건에 대해 생물이 적응할 수 있는 공학적 적응 (engineered adaptability) 메커니즘에 대해 이전에 논의했었다.[1] 다윈의 자연선택에 의한 진화론은 “지시되지 않은”, “시행착오적”, “점진적”인 적응 과정을 예측한다. 이에 비해 공학적 적응은 예측될 수 있는 변화하는 환경조건에 대한 “표적화 된” 반응과 함께, “제어된”, “신속한” 적응을 예측한다.
최근 생쥐(mice)들이 어두운 조건에 적응하는 방법에 관한 연구는 공학적 적응 이론을 지지하는 더 많은 증거를 제공하고 있었다. eNeuro 지에 발표된 연구 결과는 메릴랜드 대학의 패트릭 카놀드(Patrick O. Kanold)의 지도하에 크리스티나 솔라라나(Krystyna Solarana)가 수행했다.[2]
첫째, 연구자들은 생쥐를 두 그룹으로 나누고, 뇌의 청각 영역에 감각 전극을 연결했다. 한 그룹은 12시간의 일광과 12시간의 어둠을 번갈아 가며 7일 동안 노출시켰다. 두 번째 그룹은 같은 7일 동안 지속적으로 어두운 곳(dark exposure, DE)에 있도록 했다. 각 그룹의 개체군은 수컷과 암컷, 그리고 어린 쥐와 나이든 쥐로 구성되었다. 마지막으로 두 그룹을 일주일 내내 일정한 간격으로, 17개의 다른 청각 톤에 노출시키면서, 청각 피질의 뇌 활동을 측정했다.
단 일주일 후, 모든 DE 마우스에 대한 청각 피질의 뉴런은 다양한 톤에 대한 감도를 높이기 위해서, 다시 재배선 되었다. 카놀드 팀은 보고했다 :
이것은 예상됐던 것이다. 그들은 또한 보고했다.
메릴랜드 대학의 보도 자료는 이 결과를 보도하면서, 또 다른 흥미로운 관측을 설명하고 있었다. 즉 “어린 뇌는 자주 듣게 되는 소리에 따라, 듣는 데에 사용되는 특정 주파수에 대한 청각 피질의 영역을 배치하도록 스스로 연결된다”는 것이다. 덧붙여서
연구자들은 어린 그리고 성숙 생쥐에서 소리 주파수에 대한 감도가 달라지는 다른 원인을 확인하지 못했다.
따라서 단지 1주일 만에, 시각적 입력이 없는(어두움에 노출된) 생쥐는 청각 피질에서 뉴런 연결의 재배선을 통해서, 보상적 반응 유형을 일관되게 보여주었다. 이 선천적인 생리학적 적응 능력은 어린 생쥐에서는 다르게 발현됐지만, 성체 생쥐에서 여전히 활성적이었다.
연구자들은 연구 결과에 대한 특징적인 이름을 붙이지는 않았다. 그러나 이러한 메커니즘이 공학적 원리에 따라 작동되고 있다는 증거를 찾는다면, 결과를 특성화하는 일은 매우 유용할 것이다.
공학자들은 적응가능 시스템에 몇 가지 공통적 특성을 설계해왔는데, 그러한 특성들을 생쥐 연구에서 볼 수 있었다. 공학적 관점에서 볼 때, 백업 시스템, 복원성, 유연성 등은 설계적 특성이다. 성체 생쥐에서 소리 감도가 달라지는 것은 청각 시스템 자체가 적응 가능하며, 동적 학습(dynamic learning)이 가능한 유형임을 암시하는 것이다.[4]
또한 빛을 감지하는 센서의 데이터 신호가 내부적으로 처리된다는 증거가 있다. 암흑의 경우, 청각 피질을 다시 재배선하여 특정 방식으로 보상하도록 하는, 선천적 논리 메커니즘이 내장되어 있음을 가리킨다. 그래서 우리는 제어되고, 신속하며, 예측 가능하고, 표적화 된 반응을 갖고 있는, 설계된 특성의 적응 시스템을 보게 되는 것이다.
이러한 최근 발견은 ICR이 개발해온 생물학적 설계 이론을 뒷받침한다.[5] 이 이론은 생물학적 기능들은 공학 원리로 개발된 모델에 의해 정확하게 설명될 것이라고 가정한다. 또 다른 가설은 사람이 수행하는 공학적 행동을 연구하면, 생물학적 연구에 대한 정확한 예측을 할 수 있게 해주며, 연구자들에게 어떤 생물학적 현상의 정확한 특성을 알려줄 것이라는 것이다.
어두움에 노출된 생쥐의 반응은 연속환경추적(continuous environmental tracking, CET)이라는 ICR의 공학 기반 적응 모델과 적합하다. 이 모델은 생물체는 센서, 논리 메커니즘, 출력 반응을 갖고 있으며, 사람이 만든 추적 시스템과 유사한 추적 시스템을 사용하여, 환경 변화를 추적할 것으로 예측한다.[6] 생쥐는 눈에 광센서를 가지고 빛을 탐지하고, 논리 메커니즘을 사용해 반응한다. 그들의 청각회로에 대한 재배선은 표적화 된 보상성 반응(compensatory response)으로 적합하다.
ICR의 연구 노력 중 하나는 생물학에 대한 접근 방식과 생물학적 현상에 대한 이해를 근본적으로 바꾸는 것이다. 이를 위해, 분자 수준에서 전체 생태계에 이르기까지, 공학 원리에 비추어 생물학을 조사하기위한, 연구 프로그램을 공식화하는 이론적 체제를 사용한다.
초월적 엔지니어가 설계했기 때문에, 생물학은 공학 원리에 의해 가장 잘 이해되는 것이다.
References
1. Guliuzza, R. J. 2018. Engineered Adaptability: Adaptive Changes Are Purposeful, Not Random. Acts & Facts. 47 (6): 17-19; Guliuzza, R. J. 2018 Engineered Adaptability: Adaptive Solutions Are Targeted, Not Trial-and-Error. Acts & Facts. 47 (7): 17-19.
2. Solarana, K. et al. 2019. Temporary Visual Deprivation Causes Decorrelation of Spatiotemporal Population Responses in Adult Mouse Auditory Cortex. ENEURO 6(6).0269-19.2019.
3. Anonymous. 2019. A Week in the Dark Rewires Brain Cell Networks and Changes Hearing in Mice. Posted on cmns.umd.edu on December 4, 2019, accessed December 5, 2019.
4. Guliuzza, R. J. 2014. IBM’s Watson: Designed to Learn Like a Human. Posted on ICR.org on March 19, 2014, accessed December 10, 2019.
5. Guliuzza, R. J. 2019. Engineered Adaptability: Continuous Environmental Tracking Wrap-Up. Acts & Facts. 48 (8): 17-19.
6. Guliuzza, R. J. and P. B. Gaskill. 2018. Continuous environmental tracking: An engineering framework to understand adaptation and diversification. In Proceedings of the Eighth International Conference on Creationism, ed. J.H. Whitmore. Pittsburgh, Pennsylvania: Creation Science Fellowship, 158-184.
*Randy Guliuzza is ICR’s National Representative. He earned his M.D. from the University of Minnesota, his Master of Public Health from Harvard University, and served in the U.S. Air Force as 28th Bomb Wing Flight Surgeon and Chief of Aerospace Medicine. Dr. Guliuzza is also a registered Professional Engineer.
출처 : ICR, 2020. 1. 9.
주소 : https://www.icr.org/article/mice-brains-rewire-themselves/
번역 : 미디어위원회