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커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 572(2023) 이 기사 인용

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실험실 쥐는 포유류 중추신경계 생리학의 토대에 대한 엄청난 통찰력을 제공했습니다. 최근 몇 년 동안 살아있는 뇌의 국소 활동 네트워크를 연구하기 위해 두개골 창과 결합된 머리 고정 준비를 사용하여 생체 내에서 단일 뉴런, 신경교 및 혈관 세포를 이미지화하는 것이 가능해졌습니다. 이러한 접근법은 중추신경계의 자연스러운 행동에 대한 통찰력을 제공하는 전신 마취를 사용하지 않고도 성공했습니다. 그러나 끊임없이 움직이는 눈에 대해서는 아직 동일한 기술이 개발되지 않았습니다. 여기서 우리는 깨어 행동하는 쥐의 단일 세포 수준에서 고해상도 적응 광학 망막 이미징을 가능하게 하는 새로운 머리 고정 준비를 특성화합니다. 우리는 마취로 인해 간과되는 정상 눈의 세 가지 새로운 기능적 특성을 밝힙니다. 1) 깨어 있는 상태에서만 나타나는 마우스의 고주파수, 저진폭 안구 운동 2) 마우스 망막의 단세포 혈류는 마취 하에 감소하고 3) 케타민/자일라진 마취에 반응하여 마우스 망막이 두꺼워집니다. 여기에서는 마우스의 정상적인 망막 생리학을 연구하기 위해 마취 없이 망막 생리학을 연구할 수 있는 깨어 있는 행동 준비의 주요 이점을 보여줍니다.

실험실 마우스는 크기, 접근성, 서열화된 유전자 카탈로그 및 인간 질병의 측면을 모델링하는 능력으로 인해 생물 의학 연구에 없어서는 안될 모델입니다. 특히, 크기와 눈에 띄게 중심와(fovea)가 없다는 점을 제외하면 여러 면에서 인간의 눈과 유사한 포유류 눈의 해부학과 기능에 대한 연구가 가능해졌습니다1. 마우스에서 고해상도 망막 이미징을 달성하려면 일반적으로 준비를 안정화하고 세포 수준의 기능 평가를 거의 불가능하게 만드는 안구 운동을 억제하기 위해 마취가 필요합니다2. 일부 접근법은 손 구속으로 마우스 망막 이미징이 가능하다는 것을 입증했지만3,4 이 접근법의 유틸리티는 단일 스냅샷 사진 목적을 위한 것이며 기능적 측정에 필수적인 안정적인 광학 축을 제공하지 않습니다.

전신 마취를 시행하면 생체 내 제제가 안정화되고 안구 운동이 완화됩니다. 그러나 이는 또한 정상적인 생리적 기능을 변경하여 생체 내 측정, 특히 중추 신경계(CNS) 기능의 해석을 제한할 수도 있습니다. 이를 위해 행동 및 생리학적 신경과학자들은 전기생리학 및 생체 내 현미경7을 위해 뇌를 안정화하여 마취의 필요성을 없애기 위해 머리 고정 장치를 개발했습니다. 특히, 연구에 따르면 깨어 있는 상태와 마취된 상태의 다양한 주요 신경생리학적 차이가 보고되었습니다8,9. 시력 연구를 위한 마취의 또 다른 결과는 시각 시스템에 시공간 대비를 제공하는 자연스러운 안구 운동을 제거한다는 것입니다. 자연적인 안구 운동의 억제는 쥐의 외측 슬상핵, 상구 및 시각 피질 연구에 대한 신경절 세포 출력의 시공간 역학을 근본적으로 변경합니다. 깨어 있는 상태에서의 운동이 시각 피질의 생리적 반응을 실질적으로 변화시킨다는 보고도 있지만11 메커니즘은 완전히 이해되지 않았습니다. 따라서 눈의 움직임을 그대로 두면 마우스의 안구 운동 동작, 특히 생물학적 눈의 움직임이 기본적인 시각 생리학에 어떻게 영향을 미치고 구동할 수 있는지에 대한 이해를 더욱 발전시킬 수 있습니다.

눈의 움직임을 보존하고 마취의 혼란을 제거하는 이점 외에도 깨어 있는 마우스를 이미징하면 몇 가지 추가 측면에서 망막 이미징에 도움이 될 수도 있습니다. 첫째, 깨어 있는 동물을 이미징하면 장기간의 마취로 인한 광학적 불투명화를 방지할 수 있으며, 이는 마취된 마우스의 안구 이미징에 엄청난 어려움이 있었습니다. 둘째, 깨어 있는 마우스를 이미징할 때 체온 조절이 필요하지 않으며, 이는 항상성 생리학에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 그리고 마지막으로 깨어 있는 마우스는 콘택트 렌즈나 윤활제 없이 눈을 깜박이고 지속적으로 눈물막을 새로 고침으로써 정상적인 눈의 선명도를 유지합니다. 이는 행동이나 자연적인 광학 조건을 혼란스럽게 할 수 있습니다14.