신경활동 기록; 전기적 신호 – Recording Neural Activity; Electrical Activity

축삭(axon)들은 활동전위를 만들고, 축삭말단(terminal button)에서는 시냅스 후 뉴런의 막에서 시냅스 후 전위(postsynaptic potential)를 이끌어 냅니다. 이런 전기적 활동을 기록해서 특정 지역의 전기적 신호의 변화를 살펴본다면, 그 지역이 다양한 기능을 하는지 알아내는 데에 쓸 수 있습니다. 예를 들어서 전기적 신호는 자극이 있을 때, 결정을 해야할 때(decision making), 그리고 운동 활동(motor activity)을 하고 있을 때 만들어 질 수 있습니다. 전기적 신호는 긴 시간동안 기록하거나(chronically), 짧은 시간동안만 기록하는(acutely)방법이 있습니다. 긴 시간에 따라 기록할 때는, 동물이 수술에서 회복된 다음에 오랜 기간에 거쳐 기록을 하게 되고, 짧은 시간동안만 기록할 때에는 동물이 마취되어 있을 때 기록하게 됩니다. 이 경우 동물을 마취시키기 때문에 감각 경로(sensory pathway)에 대한 연구나 행동에 대한 연구가(behavioral observation) 제한됩니다.

전기적 신호를 기록할 때는 미소전극(Microelectrode)을 사용하거나 대전극(macroelectrode)을 사용합니다.

미소전극을 이용한 기록 – Recording with Microelectrodes

미소전극(microelectrode)은 매우 가는 철사로 만들어져 있습니다. 끝은 매우 정교하고 날카로워서 뉴런 한 개의 전기적 활동을 기록할 수 있을 정도입니다. 이런 기술을 단일 단위 기록(single unit recording)이라고 합니다. 여기서 단위란 뉴런을 말합니다. 마취되지 않은 동물의 한 뉴런의 활동을 오랜 시간동안 관찰하려고 할 때 미소전극 하나로는 손상될 우려가 있기 때문에, 여러 미소전극이 정렬된 미소전극칩(microelectrode array)을 사용해서 여러 뉴런의 전기적 활동을 동시에 기록합니다. 이런 미소전극에 쓰이는 철사들은 끝 부분을 제외하고는 절연되어 있습니다.
미소전극

전극을 수술을 통해서 동물의 뇌에 심은 다음에, 전극에 작은 소켓을 연결하고, 소켓을  치과 치료용 플라스틱을 사용해서 동물의 두개골에 붙입니다. 동물이 회복되면, 플러그를 꽂을 수 있습니다. 실험동물들은 머리 위에 있는 소켓에 관심을 전혀 기울이지 않기 때문에 매우 정상적인 활동을 보여줍니다.

이런 전극에 의해서 감지되는 전기적 신호는 매우 작아서, 신호를 증폭시켜야 합니다. 그리고 이렇게 증폭된 신호는 오실로스코프(oscilloscope)를 통해 컴퓨터에 저장되고, 후에 분석합니다.

대전극을 이용한 기록 – Recording with Macroelectrode

미소전극을 이용하여 뉴런들의 활동을 기록하며 특정 부위의 신경 활동을 관찰하는 것도 좋지만, 가끔씩은 전체적인 관점에서 특정 부위의 신경 활동을 관찰하는 것도 도움이 됩니다. 이를 위해서 대전극(macroelectrode)을 사용합니다. 대전극은 뉴런 하나하나의 활동을 감지하지는 않습니다. 대신, 전극 주위의 수천-수백만개의 시냅스 후 전위를 측정할 수 있습니다. 이런 전극은 끝이 날카롭지 않은 철사의 형태를 띠고 있습니다. 혹은 둥근 디스크 모양으로 두피에 붙이는 것 만으로 전기 신호를 전달할 수 있습니다. 특히, 두피에서 측정된 기록은 매우 많은 수의 뉴런의 활동을 기록해 줍니다.

EEGrecording

뇌에 직접 대전극을 심는 경우는 드문데,  발작이 자주 일어나는 경우에 그 근원을 알기 위해서 입니다. 그 지역이 발견되면, 그곳을 제거해서 발작을 줄이는 수술을 합니다.
주로 사람에게는 뇌 수술을 거치지 않고 두피에 붙여서 전기적 신호를 측정하는 방법을 사용합니다.  그리고 이렇게 측정된 신호는 polygraph를 통해 나타내어집니다. 폴리그래프는 긴 종이에 여러 펜이 위 아래로 움직이며 전기적 신호를 나타내는 장치입니다. 요즘에는 종이보다 컴퓨터상에 나타내는 방법이 주가 되고 있습니다. 이 방법의 예시로는 EEG(Electroencephalogram)를 들 수 있습니다. 전기적 신호를 두피에서 받아서 기록하는 방법으로, 간질(epilepsy)의 진단이나 수면에 대한 연구 등에 자주 쓰입니다.

 

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