Animals keep surveillance during sleep and wakeup in response to external stimuli. While the thalamus has been known to relay sensory information to the cortex, but this function for surveillance is mostly unknown. Here, we report that mediodorsal (MD) thalamic neurons show a higher sensitivity to sound-induced wakeup episode from non-rapid eye movement (NREM) compared to natural waking. Inhibition of MD neurons or the glutamatergic brainstem-MD inputs efficiently prevents sound-induced wakeup from NREM sleep. These results explain how brains respond to potential dangers using specialized thalamic pathways during sleep. Also we made a behavioral model of vigilance fluctuation through head nodding.
수면 중 외부 위협을 감지하고 깨어나는 것은 동물의 중요한 방어기제이다. 시상핵 신경은 각성상태에서 외부 감각자극을 대뇌 피질로 전달하는 기능을 하지만 이러한 시상핵-피질 감각전달 신경은 non-REM (Rapid eye movement) 수면 상태에서 약화된다. 본 논문은 중앙-등쪽 시상핵 (Mediodorsal thalamus) 신경의 수면 중 외부자극에 의한 각성상태를 유도할 수 있음을 규명하였다. 이들 신경은 기존의 감각시상핵 신경들과 달리 뇌간의 흥분성 신경으로부터 소리자극을 받아 각성상태를 유도한다. 광유전학적 기법으로 뇌간-시상 회로를 자극하였을 때, 쥐는 억제하였을 때 외부 소리자극에 의해서도 쥐가 깨어나지 않음을 관측하였다. 본 연구 결과는 각성을 위한 시상핵 신경의 기능이 수면 시 분화되어 있어 외부 자극에 효과적으로 반응할 수 있음을 보여 준다. 또한 외부의 잠재적 위험에 대한 방어기제인 졸음 행동의 모델을 확립하고 신경회로 기전을 연구한 결과들을 논의하고자 한다.
