인간 대뇌피질의 세포 구조와 기능을 밝히는 것은 인지 능력과 질병에 대한 감수성을 이해하는 데 중요하다.
대뇌는 수준 높은 인지 기능을 담당하고 있으며, 생물학적으로 아주 복잡한 장기이다. 사람의 뇌에는 160만개의 뉴런과 610만개의 성상세포와 같은 뉴런 이외의 세포로 이루어져 있다.
인간의 뇌는 실험용으로 가장 많이 사용되는 동물인 마우스의 뇌에 비해 1,000배 이상 더 크고 세포수도 그 만큼 많다.
대뇌피질의 기본 구조와 발달과정은 포유동물 사이에서 잘 보존되어 있지만 포유동물의 진화에 따라 대뇌피질 층이 확장되었고, 사람의 특정 세포들은 마우스에 비해 더 분화되어 있으며, 뉴런의 구조와 기능이 관련된 유전자의 전사를 포함하는 전사 조절도 마우스와 사람 사이에 큰 차이가 있다.
그런데 이와 같은 차이에 더하여 시애틀의 Allen 뇌과학연구소의 신경 생물학자들은 그동안 형태학적으로나 단일 유전자 검사에서 서로 유사하다고 생각한 마우스와 인간의 특정 뉴런들이 유전적으로 큰 차이가 있다는 것을 밝혔다(Hodge, 2019, Nature).
연구자들은 인간의 대뇌 피질의 중간 측두엽에서 세포 유형에 대한 포괄적인 연구를 수행하기 위해 ‘단일 핵 RNA 시퀀싱 분석법’을 사용하였다.
이 방법으로 뇌의 모양과 위치가 아닌 뉴런의 신경 전달물질 수용체와 뇌의 다른 중요한 요소에 대하여 DNA가 어떻게 만드는지, 즉 유전자가 발현되는 방법으로 뉴런을 분류했다.
연구자들은 인간 대뇌의 가장 바깥층에서 15,928개의 뉴런을 분석하여 대부분 산재되어 있는 흥분성 및 억제성 뉴런을 발견했고, 같은 방법으로 마우스 대뇌 피질을 분석해 본 결과 인간의 세포 유형의 특징과 유사한 뉴런들이 마우스에서도 잘 보존되어 있는 것을 알게 되었다.
그런데 상호 매치가 되는 유사한 뉴런들이 유전자 발현이나 형태학적으로 큰 차이를 보여주고 있었다. 특히 세로토닌 수용체에서 많은 차이를 보였으며, 이러한 결과는 포유동물에 있어서 뇌의 구조가 잘 보존되어 있음에도 불구하고 전 임상 연구에서 마우스를 이용한 결과가 사람에 적용되지 않는 실패의 원인을 설명하는데 도움이 될 것이라고 주장하고 있다.
연구자들은 실험에서 이러한 인간과 마우스간의 뉴런의 차이를 극복하기 위해서 비인간 영장류를 이용하거나 인간 대뇌를 직접 연구하는 것이 필요하다고 강조하고 있다.
