공간 지연과제 수행 중 전전두피질 집단신경신호의 정보 디코딩
Decoding of Neural Population Signals in Prefrontal Cortex during Spatial Delayed Response Task
초록/요약
전전두피질은 모든 감각 피질(cortical sensory system)과 운동 시스템(motor system) 그리고, 많은 피질하 구조(subcortical structures)로부터 연결이 잘 발달되어 있고, 이를 통해서 외부환경의 많은 감각적 정보를 표상할 뿐 아니라, 운동의 준비과정 즉, 다음 반응에 관한 정보를 나타낸다는 것이 확인 되어 왔다(Miller 2001). 실험적으로 전전두피질에서 신경세포의 활성(activity)이 그 정보가 필요할 때까지 유지되는 현상이 확인되었는데(Fuster and Alexander 1971). 이런 신경세포를 지연세포(delay cell)라 한다. 지연세포들은 작업 기억을 유지시켜주는 역할을 한다고 생각되어져 왔다(Fuster and Alexander 1971, Miller et al., 1996). 하지만 지연세포가 작업 기억과정을 매개하는 과정에서 어떤 정보를 표상하는지는 잘 알려져 있지 않다. 그래서 본 연구에서는 양쪽을 3번씩 도는 새로운 공간지연과제를 8자형 미로에서 수행하면서 쥐의 내측전전두피질에서 집단신경신호(neuronal population signals)를 측정했다. 지연기간을 기준으로 과거선택행동(previous - goal)과 미래선택행동(future - goal)의 조합이 일치하지 않도록 하고, 지연기간 동안 후향기억(retrospective memory)과 전향기억(prospective memory)이 표상되는지를 디코딩해 보았다. 결과적으로 과거 선택행동(previous - goal)에 관한 정보는 지연기간 초반에 유지되다가 지연기간 후반으로 갈수록 감소하는 경향을 보였고, 미래선택행동(future - goal)에 관한 정보는 지연기간 후반에 크게 증가하는 경향을 보여줬다. 본 연구결과 전전두피질의 신경 집단이 작업 기억을 잘 표상하고 있고, 이것이 후향기억에서 전향기억으로 전환된다는 것을 확인 할 수 있었다.
more초록/요약
The prefrontal cortex (PFC) is a collection of interconnected neocortical areas that sends and receives projections from virtually all cortical sensory systems, motor systems, and many subcortical structures. Its wide-ranging inputs and intrinsic connections provide a substrate suitable for synthesizing and representing diverse forms of information needed to guide performance in complex tasks. Sustained neural activity within the PFC was first reported by Fuster (1971) and Kubota and Niki (1971), and has subsequently been reported in a large number of studies. These have demonstrated that neuron within the PFC remain active during the delay period between a transiently presented cue and the later execution of a contingent response. These neurons within the PFC are called "delay cells". Delay cells provide a window though which the neural basis of working memory can be studied. But the precise neural mechanism underlying maintenance of working memory is not clear. In the present study, I recorded from multiple single neurons in rat medial PFC during a spatial delayed response task which requires working memory. I separately examined from retrospective and prospective memory function of the medial PFC by decoding of neuronal population signals during delay period. Medial PFC neural activity increasingly allowed correct decoding of retrospective memory in early delay period and prospective memory in the late delay period. These results suggest that the content of working memory dynamically changes from retrospective and prospective memory during the delay period.
more목차
Ⅰ. 서론............................................................................................................................ 1
Ⅱ. 행동과제 및 분석방법 ........................................................................................ 4
A. 행동과제 .............................................................................................................. 4
1. 실험동물 .................................................................................................... 4
2. 학습 ............................................................................................................ 4
3. 시술 ............................................................................................................ 6
B. 신경활성도 측정 및 기록 ............................................................................... 8
C. 분석 방법 ............................................................................................................. 8
1. Single Unit의 분류 ................................................................................ 8
2. 이표본 위치문제 ...................................................................................... 9
3. 목표선택의 디코딩 ................................................................................. 9
Ⅲ. 결과 ....................................................................................................................... 12
1. 행동 실험 ................................................................................................. 12
2. 집단신경발화 신호기록 ......................................................................... 12
3. 평균 발화율 측정 ................................................................................... 12
4. 윌콕슨 순위합 검정 ............................................................................... 15
5. 지연기간동안의 발화 양상 ................................................................... 16
6. 8자 모양 미로에서 발화율을 색깔코드로 표기............................... 18
7. 목표선택의 디코딩 ................................................................................ 20
Ⅳ. 논의 ........................................................................................................................ 24
Ⅴ. 참고문헌 ............................................................................................................... 28
Abstract ....................................................................................................................... 33
