정상망막과 변성망막에서 전압자극 파라미터 변화에 따른 망막신경절세포의 반응 비교

예장희,류상백,김경환,구용숙,Ye, Jang-Hee,Ryu, Sang-Baek,Kim, Kyung-Hwan,Goo, Yong-Sook 한국의학물리학회 2010 의학물리 Vol.21 No.2

색소성망막염(retinitis pigmentosa: RP)이나 연령관련 황반변성(age-related macular degeneration: AMD)과 같은 망막질환으로 인해 실명한 환자를 위해 인공시각장치가 개발되고 있다. 인공시각장치의 동작원리는 전기자극을 주어 신경세포의 활동도를 조절하는 것이므로 시각정보를 제대로 인코딩하기 위해 최적의 전기자극을 인가하는 것은 인공시각장치의 실용화를 위해 매우 중요한 요소이다. 그러므로 본 연구에서는 전압자극의 크기와 자극시간을 변화시켜 가면서 정상망막과 변성망막에 인가한 후 자극에 의해 유발된 망막신경절세포 반응을 분석하고 역치전하밀도를 비교함으로써 최적의 전기자극 조건을 찾아보고자 하였다. 이를 위하여 정상마우스와 rd1 마우스의 망막을 in vitro 상태로 분리한 후 망막의 신경절세포층이 전극을 향하여 부착되도록 한 후 망막신호를 기록하였다. rd1 마우스에서 얻은 변성망막의 망막신경절세포에서도 전압펄스를 인가시 정상망막의 망막신경절세포처럼 전압자극의 크기와 자극시간 변조에 대하여 반응하였다. 그러나 정상망막과 변성망막에서 망막신경절세포 반응의 시간적 패턴은 매우 달랐다: 정상망막의 망막신경절세포 반응은 전기자극 후 약 100 ms 내에서 1개의 피크만 나타나는 반면, 변성망막에서는 이보다 긴 400 ms 구간에서 약 10 Hz의 진동리듬을 가진 다수의 피크(~4개)들이 나타나는 것을 확인하였다. 또한 변성망막에서 망막신경절세포의 반응을 유발하기 위한 역치 전하밀도가 정상망막에서 보다 크게 상승하였다: 자극세기를 변화시켰을 때 정상망막의 역치 전하밀도는 $37.23{\sim}61.65\;{\mu}C/cm^2$, rd1 마우스에서는 $70.50{\sim}99.87\;{\mu}C/cm^2$로 2배가량 높은 것을 확인하였다. 자극시간을 변화시켰을 때 정상망막의 역치 전하밀도는 $22.69{\sim}37.57\;{\mu}C/cm^2$, rd1 마우스에서는 $120.5{\sim}170.6\;{\mu}C/cm^2$로 5배가량 높은 것을 확인하였다. Retinal prostheses are being developed to restore vision for the blind with retinal diseases such as retinitis pigmentosa (RP) or age-related macular degeneration (AMD). Since retinal prostheses depend upon electrical stimulation to control neural activity, optimal stimulation parameters for successful encoding of visual information are one of the most important requirements to enable visual perception. Therefore, in this paper, we focused on retinal ganglion cell (RGC) responses to different voltage stimulation parameters and compared threshold charge densities in normal and rd1 mice. For this purpose, we used in vitro preparation for the retina of normal and rd1 mice on micro-electrode arrays. When the neural network of rd1 mouse retinas is stimulated with voltage-controlled pulses, RGCs in degenerated retina also respond to voltage amplitude or voltage duration modulation as well in wild-type RGCs. But the temporal pattern of RGCs response is very different; in wild-type RGCs, single peak within 100 ms appears while in RGCs in degenerated retina multiple peaks (~4 peaks) with ~10 Hz rhythm within 400 ms appear. The thresholds for electrical activation of RGCs are overall more elevated in rd1 mouse retinas compared to wild-type mouse retinas: The thresholds for activation of RGCs in rd1 mouse retinas were on average two times higher ($70.50{\sim}99.87\;{\mu}C/cm^2$ vs. $37.23{\sim}61.65\;{\mu}C/cm^2$) in the experiment of voltage amplitude modulation and five times higher ($120.5{\sim}170.6\;{\mu}C/cm^2$ vs. $22.69{\sim}37.57\;{\mu}C/cm^2$) in the experiment of voltage duration modulation than those in wild-type mouse retinas. This is compatible with the findings from human studies that the currents required for evoking visual percepts in RP patients is much higher than those needed in healthy individuals. These results will be used as a guideline for optimal stimulation parameters for upcoming Korean-type retinal prosthesis.

다채널기록법을 이용한 토끼 망막 신경절세포의 특성 분석

조현숙,진계환,구용숙,Cho Hyun Sook,Jin Gye-Hwan,Goo Yong Sook 한국의학물리학회 2004 의학물리 Vol.15 No.4

망막의 신경절세포는 눈에 가해진 시각 정보를 흥분파의 형태로 변환하여 시신경을 통하여 대뇌의 시각피질까지 전달한다. 과거에 사용하여 왔던 방법은 단일 전극을 단일 뉴론의 세포내, 외에 삽입함으로써 특정 시간대에 특정 뉴론만을 기록하는 방법이었으므로 신경망 전체를 통하여 처리되어 나오는 정보를 알아보기에는 적합하지 않다. 다행히 최근에 다채널 전극을 사용하여 여러 신경세포에서 나오는 신호를 동시에 기록할 수 있는 다채널기록법(multichannel recording) 이 개발되었으므로 본 연구에서는 8행 ${\times}$ 8열의 다채널전극을 사용한 다채널기록법을 이용하여 망막신경절세포 군집의 흥분파를 기록, 분석함으로써 단일 신경세포가 아닌 망막 신경망을 거쳐 최종적으로 나오는 신호에 대해서 연구하였다. 전극에 부착된 망막 절편에 2초 동안 빛을 가하고 5초 동안 빛이 차단되는 자극을 반복적으로 인가한 후, PSTH 분석방법으로 망막 신경절세포를 ON 세포, OFF세포, ON/OFF세포의 세가지 유형으로 분류할 수 있었으며, ON 세포: 35.0$\pm$4.4%, OFF 세포: 30.4$\pm$1.9%, ON/OFF 세포: 34.6$\pm$5.3% (전체 망막절편수=8)로 분포되어 있음을 확인하였다. 또한 상호상관(Cross-Correlation) 분석방법을 통해서 인접한 세포들끼리 매우 짧은 시간대에(<1 ms) 동기화된 흥분을 발사함을 확인할 수 있었고, 동기화된 흥분은 6~8개의 세포로 구성된 세포 클러스터에서 일어남을 확인하였다. 즉 개개의 신경절세포들이 빛 자극을 처리함에 있어 독립적으로 작용한다는 기존의 가정과는 달리 인접한 세포끼리는 동기화된 흥분을 보이는 것을 확인하였으며, 이러한 방식은 시세포 수와 신경절세포 수의 불균형으로 인해 초래되는 병목현상을 완화할 수 있는 효과적인 기전으로 생각된다. Retinal ganglion cells transmit visual scene as an action potential to visual cortex through optic nerve. Conventional recording method using single intra- or extra-cellular electrode enables us to understand the response of specific neuron on specific time. Therefore, it is not possible to determine how the nerve impulses in the population of retinal ganglion cells collectively encode the visual stimulus with conventional recording. This requires recording the simultaneous electrical signals of many neurons. Recent advances in multi-electrode recording have brought us closer to understanding how visual information is encoded by population of retinal ganglion cells. We examined how ganglion cells act together to encode a visual scene with multi-electrode array (MEA). With light stimulation (on duration: 2 sec, off duration: 5 sec) generated on a color monitor driven by custom-made software, we isolated three functional types of ganglion cell activities; ON (35.0$\pm$4.4%), OFF (31.4$\pm$1.9%), and ON/OFF cells (34.6$\pm$5.3%) (Total number of retinal pieces = 8). We observed that nearby neurons often fire action potential near synchrony (< 1 ms). And this narrow correlation is seen among cells within a cluster which is made of 6~8 cells. As there are many more synchronized firing patterns than ganglion cells, such a distributed code might allow the retina to compress a large number of distinct visual messages into a small number of ganglion cells.

Comparison of Retinal Waveform between Normal and rd/rd Mouse

예장희,서제훈,구용숙,Ye, Jang-Hee,Seo, Je-Hoon,Goo, Yong-Sook Korean Society of Medical Physics 2008 의학물리 Vol.19 No.3

망막색소변성(retinitis pigmentosa: RP)과 연령관련 황반변성(age-related macular Degeneration: AMD)은 망막변성으로 인해 실명에 이르는 대표적인 질환이며 망막이식장치의 개발을 통해 치료될 수 있다고 간주되고 있다. 성공적인 망막이식장치 개발을 위하여 여러 가지 선결요소가 필요하지만 그 중 한 가지가 이식장치에 인가할 전기자극을 최적화하는 것이다. 변성망막의 전기적 특성은 정상 망막과 다르리라 예측되므로 우리는 장차 개발될 망막 이식장치에 인가할 전기자극 최적화를 위한 가이드라인을 제공하기 위해 정상 망막과 변성망막의 망막파형 차이에 관한 연구를 하였다. 망막을 분리한 후 망막절편을 신경절세포 층이 다채널전극의 표면을 향하게 하여 전극에 붙인다. In-vitro 상태에서 망막 신경절세포의 전기신호를 기록하기 위해 전극 직경: $30{\mu}m$, 전극간 거리: $200{\mu}m$, 전극 임피던스 1 kHz에서 50 $k{\Omega}$인 8행 8열의 다채널전극을 사용하였다. 생후 28일된 정상마우스(C57BL/6J 종)에서는 짧은 시간대(<2 ms)의 망막 스파이크만 기록되었다. rd/rd 마우스(C3H/HeJ 종)에서는 정상적인 스파이크뿐만 아니라 약 100 ms 의 시간대를 가지는 느린 파형이 같이 기록되었다. 우리는 rd/rd 마우스에서만 관찰되는 이 느린 파형의 기전을 알아보고자 여러 가지 시냅스억제제를 사용하였다. 이 느린 파형은 rd/rd 마우스에서 양극세포로부터 신경절세포로 들어오는 흥분성입력이 정상마우스보다 강화되었기 때문에 발생한 것으로 보인다. rd/rd 마우스에서 흥분성입력이 강화되는 여러 가능성 중에서 망막변성으로 인해 수평세포로부터 양극세포로 들어오는 억제성 입력이 소실됨으로 인해 결과적으로 양극세포로부터 신경절세포로 들어오는 흥분성입력이 강화되었을 가능성이 가장 높은 것으로 보인다. Retinal prosthesis is regarded as the most feasible method for the blind caused by retinal diseases such as retinitis pigmentosa or age-related macular degeneration. One of the prerequisites for the success of retinal prosthesis is the optimization of the electrical stimuli applied through the prosthesis. Since electrical characteristics of degenerate retina are expected to differ from those of normal retina, we investigated differences of the retinal waveforms in normal and degenerate retina to provide a guideline for the optimization of electrical stimulation for the upcoming prosthesis. After isolation of retina, retinal patch was attached with the ganglion cell side facing the surface of microelectrode arrays (MEA). $8{\times}8$ grid layout MEA (electrode diameter: $30{\mu}m$, electrode spacing: $200{\mu}m$, and impedance: 50 $k{\Omega}$ at 1 kHz) was used to record in-vitro retinal ganglion cell activity. In normal mice (C57BL/6J strain) of postnatal day 28, only short duration (<2 ms) retinal spikes were recorded. In rd/rd mice (C3H/HeJ strain), besides normal spikes, waveform with longer duration (~100 ms), the slow wave component was recorded. We attempted to understand the mechanism of this slow wave component in degenerate retina using various synaptic blockers. We suggest that stronger glutamatergic input from bipolar cell to the ganglion cell in rd/rd mouse than normal mouse contributes the most to this slow wave component. Out of many degenerative changes, we favor elimination of the inhibitory horizontal input to bipolar cells as a main contributor for a relatively stronger input from bipolar cell to ganglion cell in rd/rd mouse.

주성분분석을 이용한 토끼 망막 신경절세포의 활동전위 파형 분류

진계환,조현숙,이태수,구용숙 한국의학물리학회 2003 의학물리 Vol.14 No.4

주성분분석은 잘 알려진 데이터 분석 방법으로써 높은 차원의 데이터를 낮은 차원의 데이터로 표현하는데 효과적이어서 얼굴인식, 데이터 압축 등에 이용되고 있다. 주성분분석을 하게 되면 원 데이터의 공분산 행렬로부터 정규직교한 고유벡터와 해당하는 고유치를 얻게 되고 그 중 큰 값을 가지는 고유벡터 들을 선택하여 선형 변환함으로써 데이터의 차원을 줄일 수 있게 된다. 망막에 빛 자극이 인가되면 시세포 층에서 전기신호로 변환된 후 복잡한 신경회로를 거쳐 최종적으로 신경절세포 층에서 활동전위의 형태로 출력되게 된다. 본 연구에서는 다채널전극을 사용하여 여러 개 망막 신경절세포로부터 유래되는 활동전위를 기록한 후 개개의 신호를 구분하는 과정을 거치고, 이어서 그 신호를 만들어 내는 각 뉴론들끼리의 시간적, 공간적 흥분발사 패턴을 이해함으로써 궁극적으로 시각정보 인코딩 기전을 밝히려는 연구 목표하에 그 첫 단계로서 망막 신경절세포의 활동전위를 기록한 후 분류하는 과정을 성공적으로 수행하였기에 그 내용을 서술하고자 한다. 망막에서 기록되는 신경절세포 활동전위는 불규칙하고 확률적이기 때문에 주성분분석을 통하여 그 유형을 분류할 수 있었다. 토끼 눈으로부터 망막을 박리하여 망막조각을 얻은 후 신경절세포 층이 전극표면을 향하도록 전극에 부착하였다. 8${\times}$8의 microelectrode array (MEA)를 전극으로 사용하였고, 증폭기는 MEA 60 system을 사용하여 신경절세포 활동전위를 기록하였다. 활동전위 기록 후 파형 분류를 하였다. 잡음이 섞여있는 기록으로부터 신호를 검출하기 위하여, 잡음역치($\pm$3$\sigma$)를 설정하였다. 역치를 넘는 파형 만을 획득한 후 주성분분석을 통해 각 파형의 첫 번째 주성분, 두 번째 주성분을 계산하여 2차원 평면에 투사함으로써 몇 개의 의미있는 클러스터를 얻었다. 이 클러스터는 곧 각 신경절세포에서 유래되는 파형을 반영하므로 주성분분석을 통하여 망막 신경절세포의 활동전위를 각 세포별로 분류할 수 있음을 확인하였다. The Principal component analysis (PCA) is a well-known data analysis method that is useful in linear feature extraction and data compression. The PCA is a linear transformation that applies an orthogonal rotation to the original data, so as to maximize the retained variance. PCA is a classical technique for obtaining an optimal overall mapping of linearly dependent patterns of correlation between variables (e.g. neurons). PCA provides, in the mean-squared error sense, an optimal linear mapping of the signals which are spread across a group of variables. These signals are concentrated into the first few components, while the noise, i.e. variance which is uncorrelated across variables, is sequestered in the remaining components. PCA has been used extensively to resolve temporal patterns in neurophysiological recordings. Because the retinal signal is stochastic process, PCA can be used to identify the retinal spikes. With excised rabbit eye, retina was isolated. A piece of retina was attached with the ganglion cell side to the surface of the microelectrode array (MEA). The MEA consisted of glass plate with 60 substrate integrated and insulated golden connection lanes terminating in an 8${\times}$8 array (spacing 200 $\mu$m, electrode diameter 30 $\mu$m) in the center of the plate. The MEA 60 system was used for the recording of retinal ganglion cell activity. The action potentials of each channel were sorted by off­line analysis tool. Spikes were detected with a threshold criterion and sorted according to their principal component composition. The first (PC1) and second principal component values (PC2) were calculated using all the waveforms of the each channel and all n time points in the waveform, where several clusters could be separated clearly in two dimension. We verified that PCA-based waveform detection was effective as an initial approach for spike sorting method.

Matlab을 이용한 망막신경절세포 감수야 구성

예장희,진계환,구용숙,Ye, Jang-Hee,Jin, Gye-Hwan,Goo, Yong-Sook 한국의학물리학회 2006 의학물리 Vol.17 No.4

개개의 망막신경절세포는 자신이 담당하고 있는 망막의 특정부위에 빛자극이 가해지면 그 빛자극의 특징을 활동전위의 형태로 인코딩하게 된다. 이때 개개의 망막신경절세포가 담당하고 있는 망막의 특정부위를 감수야(receptive field)라 부른다. 그러므로 망막신경절세포의 전기적 특성을 파악하기 위해서는 감수야의 위치를 규정하는 작업이 반드시 필요하다. 그 이유는 감수야의 배열 상태를 알게 되면 신경절세포가 어떻게 시각자극을 인코딩하는지 그 메커니즘에 관한 통찰이 가능하기 때문이다. 본 논문에서는 무작위 바둑판 자극을 MEA의 개개 채널에 독립적으로 인가함과 동시에 여러 망막신경절세포의 흥분파를 기록하였다. 이후 오프라인에서 망막신경절세포의 파형을 추출하고 ON-cell, OFF-cell, ON/OFF-cell로 분류한 후 개개의 망막신경절세포의 감수야를 WATLAB을 이용하여 구현하여 보았다. 이런 방식으로 재구성된 ON-cell과 OFF-cell의 감수야의 예를 제시한다. A retinal ganglion cell's receptive field is defined as that region on the retinal surface In which a light stimulus will produce a response. A retinal ganglion cell peers out at a small patch of the visual scene through its receptive field and encodes local features with action potentials that pass through the optic nerve to higher centers. Therefore, defining the receptive field of a retinal ganglion cell is essential to understand the electrical characteristics of a ganglion cell. Distribution of receptive fields over retinal surface provides us an Insight how the retinal ganglion cell processes the visual scene. In this paper, we provide the details how to reconstruct the receptive field of a retinal ganglion cell. We recorded the ganglion cell's action potential with multielectrode array when the random checkerboard stimulus was applied. After classifying the retinal waveform Into ON-cell, OFF-cell, ON/OFF-cell, we reconstructed the receptive field of retinal ganglion cell with Matlab. Here, we show the receptive fields of ON-cell and OFF-cell.

Electrical Stimulation Parameters in Normal and Degenerate Rabbit Retina

진계환,구용숙,Jin, Gye-Hwan,Goo, Yong-Sook Korean Society of Medical Physics 2008 의학물리 Vol.19 No.1

망막색소변성(retinitis pigmentosa: RP)과 연령 관련 황반변성(age-related Macular Degeneration: AMD)은 망막변성으로 인해 실명에 이르는 대표적인 질환이며 망막이식장치의 개발을 통해 치료될 수 있다고 간주되고 있다. 최근에 국내에서도 망막이식장치 개발을 위한 연구팀이 조직되었다. 성공적인 망막이식장치 개발을 위하여 여러 가지 선결요소가 필요하지만 그 중 한 가지가 이식장치에 인가할 전기자극을 최적화하는 것이다. 변성망막의 전기적 특성은 정상 망막과 다르리라 예측되므로 우리는 장차 개발될 망막 이식장치에 인가할 전기자극 최적화를 위한 가이드라인을 제공하기 위해 정상 망막과 변성 망막의 전압자극 파라미터에 관한 실험을 하였다 망막을 분리한 후 망막절편을 신경절세포 층이 다채널전극의 표면을 향하게 하여 전극에 붙인다 in-vitro 상태에서 망막 신경절세포의 전기신호를 기록하기 위해 전극 직경: $30{\mu}m$, 전극간 거리: $200{\mu}s$, 전극 임피던스 1kHz 에서 $50k{\Omega}$인 8행 8열의 다채널전극을 사용하였다. 다채널전극의 60채널 중 두 채널을 자극전극과 접지로 사용하여 단극전기자극을 인가하였고 나머지 전극을 기록전극으로 사용하였다. 가한 전기자극은 전압자극으로 전하균형을 맞춘 이상성자극을 아노딕 사각파를 먼저 주고 캐쏘딕 사각파가 나중에 나오는 형태로 두 사각파간의 지체는 없도록 하였으며 동일한 자극을 2초 간격으로 50회 반복하여 인가하였다. 다양한 전기자극을 사용하였는 바 첫째는 사각파의 크기를 달리하였다 $(0.5{\sim}3V)$. 둘째는 사각파의 시간을 달리하였다 $(100{\sim}1,200{\mu}s)$. 전하밀도는 옴의 법칙과 쿨롱의 법칙을 이용하여 계산하였다. 전기자극으로 유발된 반응은 50회 자극에 대한 평균치를 얻은 후 자극 후 히스토그램(PSTH)을 그려 분석하였다. 전압자극의 크기를 $0.5{\mu}3V$로 달리하였을 때 믿을 만한 망막신경절세포가 유발되는 자극은 1.5V이었고 이때 계산된 전하밀도의 역치는 $2.123mC/cm^2$이었다. 전압의 크기를 2V로 고정하고 자극 지속시간을 $100{\sim}1,200{\mu}s$로 달리하였을 때 믿을 만한 망막신경절세포가 유발되는 자극의 역치는 $300{\mu}s$에서 관찰되었다. 이때 계산된 전하밀도의 역치는 $1.698mC/cm^2$이었다. L-(1)-2-amino-4-phosphonobutyric acid (APB)을 사용하여 ON-경로를 차단한 후에 전기자극을 인가하였을 때도 자극에 의해 망막신경절 세포의 반응이 유발되는 것을 확인하였다. APB-변성망막에서 전압의 크기를 2V로 고정하고 자극 지속시간을 $100{\sim}1,200{\mu}s$로 달리하였을 때 믿을 만한 망막신경절세포가 유발되는 자극의 역치는 $300{\mu}s$에서 관찰되었으며 이는 정상망막의 결과와 같았다. 추후 APB-변성망막을 가지고 좀더 실험이 진행되어야 정상망막과 변성망막의 전하밀도에 관한 명료한 비교가 가능할 것이다. Retinal prosthesis is regarded as the most feasible method for the blind caused by retinal diseases such as retinitis pigmentosa (RP) or age related macular degeneration (AMD). Recently Korean consortium launched for developing retinal prosthesis. One of the prerequisites for the success of retinal prosthesis is the optimization of the electrical stimuli applied through the prosthesis. Since electrical characteristics of degenerate retina are expected to differ from those of normal retina, we performed voltage stimulation experiment both in normal and degenerate retina to provide a guideline for the optimization of electrical stimulation for the upcoming prosthesis. After isolation of retina, retinal patch was attached with the ganglion cell side facing the surface of microelectrode arrays (MEA). $8{\times}8$ grid layout MEA (electrode diameter: $30{\mu}m$, electrode spacing: $200{\mu}m$, and impedance: $50k{\Omega}$ at 1 kHz) was used to record in-vitro retinal ganglion cell activity. Mono-polar electrical stimulation was applied through one of the 60 MEA channel, and the remaining channels were used for recording. The electrical stimulus was a constant voltage, charge-balanced biphasic, anodic-first square wave pulse without interphase delay, and 50 trains of pulse was applied with a period of 2 sec. Different electrical stimuli were applied. First, pulse amplitude was varied (voltage: $0.5{\sim}3.0V$). Second, pulse duration was varied $(100{\sim}1,200{\mu}s)$. Evoked responses were analyzed by PSTH from averaged data with 50 trials. Charge density was calculated with Ohm's and Coulomb's law. In normal retina, by varying the pulse amplitude from 0.5 to 3V with fixed duration of $500{\mu}s$, the threshold level for reliable ganglion cell response was found at 1.5V. The calculated threshold of charge density was $2.123mC/cm^2$. By varying the pulse duration from 100 to $1,200{\mu}s$ with fixed amplitude of 2V, the threshold level was found at $300{\mu}s$. The calculated threhold of charge density was $1.698mC/cm^2$. Even after the block of ON-pathway with L-(1)-2-amino-4-phosphonobutyric acid (APB), electrical stimulus evoked ganglion cell activities. In this APB-induced degenerate retina, by varying the pulse duration from 100 to $1200{\mu}s$ with fixed voltage of 2 V, the threshold level was found at $300{\mu}s$, which is the same with normal retina. More experiment with APB-induced degenerate retina is needed to make a clear comparison of threshold of charge density between normal and degenerate retina.

SD rat 망막신경절세포의 생후 성숙기간에 따른 빛 자극 반응 특성

예장희,구용숙,Ye, Jang-Hee,Goo, Yong-Sook 한국의학물리학회 2005 의학물리 Vol.16 No.4

한국형 인공시각장치 개발 목적으로 토끼망막을 사용하여 차후 개발될 인공시각장치에 인가하기 위한 적절한 전기자극 파라미터를 추출하는 실험을 수행하였다. 유전적 망막변성모델인 RD mouse (rd/rd (C3H/HeJ))를 망막질환모델로 사용하기 앞서 본 연구에서는 SD rat을 사용하여 설치류의 생후성숙기간 동안 변화하는 망막신경절세포의 빛 자극에 대한 변화 양상을 전반적으로 파악하는 control 실험을 하였다. 망막신경절세포의 흥분파는 8${\times}$8의 MEA (multi- electrode array)로 기록하였다. 개안 이전시기(pre-eye opening period)인 생후 15일까지는 망막신경절세포의 자발적 집단발사현상 (moving spontaneous bursts)이 옮겨 다니는 것을 발견하였다. 이 시기의 쥐들은 시각기능이 완성되지 않아 빛 자극에 의해 유발되는 흥분파를 보이지 않으며 오로지 이들의 촉각(tactile sense)에 의하여서만 이동하는 것을 관찰하였다. 그러나 생후 2주(post-eye opening period)가 지나면, 빛 자극에 의해 ON, OFF, ON/OFF 반응이 유발됨을 확인할 수 있었다. 전체적인 ON, OFF, 그리고 ON/OFF 망막신경절세포의 양상은 각각 $40\%,\;50\%,\;5\%$였으며, 이들 세포가 확인된 안구에서의 해부학적인 위치는 등쪽 관자방향(dorso-temporal)이 $50\%$, 배쪽 방향(ventral)이 $37.5\%$, 그리고 등쪽 코 방향(dorso-nasal)이 $12.5\%$로 나타났다. 설치류 망막을 대상으로 빛 자극에 의한 반응을 알아보는 실험을 할 때 생후 2${\~}$3주령이 가장 적합한 시기임을 확인하였다. 것이 바람직하다고 판단되었다.의한 발아촉진 효과는 종피의 탈색과 부식으로 인한 광흡수의 증대에서 기인되는 것으로 추측된다.3월 8일과 3월 15일 피복처리구의 그린업이 가장 효과적이었다. 한국잔디 및 한지형 잔디의 비닐 피복으로 인한 초봄 그린업 촉진시 유의할 점은 충분한 수분 유지를 위해 비닐 피복전에 관수를 하거나 비온 후에 비닐 피복하는 것이 좋으며, 비닐 제거시 잔디의 일소현상의 피해를 줄이기 위해 흐린날 비닐을 제거하는 것이 좋을 것으로 판단되었다.유발식이 급여로 $524\%$가 증가된 동맥경화지수는 질경이 에틸아세테이트 분획 병합투여로 대조군에 비하여 $40.2\%,\;51.2\%$가 감소됨으로써 동맥경화 발병 위험율이 대조군에 비하여 감소되었다. HDL-콜레스테롤 함량/총콜레스테롤 함량 비는 고콜레스테롤혈증 유발 식이 급여로 정상군보다 $73.9\%$가 감소됐으나 질경이 에틸아세테이트 분획 병합투여로 대조군에 비하여 유의한 증가를 나타냈다. 26두가 발정 반응($96.3\%$)을 나타내어 2.75${\~}$3.5의 경우가 2.50 이하의 경우에 비하여 높은 발정반응을 나타내었다.osterone과 0.40의 정의 상관이었고 근내지방도와 creatinine 농도간에는 -0.55의 비교적 높은 음의 상관계수가 추정되었으나 유의성은 인정되지 않았다. 6. 한우 비거세우의 도살시 혈청 성분 농도와 도체형질과의 상관에서 육량지수는 연령에 대해 보정한 HDLC 농도와 -0.71의 음의 상관이었으며, 도체율은 globulin과 0.70의 높은 정의 상관이었고, 등지방두께는 연령으로 보정된 HDLC와 0.69로 정의 상관관계를 보였다. 도체중은 triglyceride와 0.51의 정의 상관, 배최장근단면적은 testosterone과 -0.91, As part of Korean retinal prosthesis project, we have provided preliminary experimental results regarding voltage parameters for the stimulation of chemically degenerated rabbit retina. Since our APB-treated chemically degenerated retina is only ON-pathway blocked, now we switch our experiments to more appropriate retinal degeneration model, genetically degenerated retina model (RD mouse: rd/rd (C3H/HeJ)). Before studying with RD mouse, we started control experiments with normal SD rat to understand characteristics of retinal ganglion ceil activity with postnatal maturation in rodents. Ganglion cell activities were recorded with 8${\times}$8 multi-electrode array. Moving spontaneous bursts appeared until postnatal day of 15. During pre-eye opening period, no light evoked response appeared. After postnatal day of 2 weeks (post-eye opening period), ON-, OFF- and ON/OFF response appeared. The fractional distributions of ON, OFF, and ON/OFF ganglion cell is about $40\%,\;50\%$, and $5\%$. The percentage ($\%$) of light evoked response in each dorso-temporal, ventral, and dorso-nasal area of eye is about $50\%,\;37.5\%$ and $12.5\%$, respectively. We concluded that the optimal period for experiment in rodent is about postnatal day of 2${\~}$3 weeks.

시각신경 절단에 의한 조류망막내 미세아교세포의 변화에 대한 연구

전계선(Gye Sun Jeon),이 철(Cheol Lee),서제훈(Je Hoon Seo),강태천(Tae Cheon Kang),황덕호(Douk Ho Hwang),차중익(Choong Ik Cha),조사선(Sa Sun Cho) 대한해부학회 2000 Anatomy & Cell Biology Vol.33 No.3

신경조직이 손상을 받게되면 해당 신경세포의 퇴행성 변화와 함께 신경아교세포의 다양한 반응이 유발된다. 이중에서 도 astrocytic gliosis와 활동성미세아교세포 (activated microglia)의 출현이 잘 알려져 있으며 이와 같은 현상은 이들 세포와 체액성인자 (humoral factors) 등의 긴밀한 상호작용에 의하여 일어나는 것으로 알려져 있다. 망막은 중추신경계의 일부로서 세포학적 구성과 작용기전이 기본적으로 뇌와 동일하다. 특히 조류는 포유류와 달리 망 막내에 별아교세포 (astrocyte)가 존재하지 않으며 혈관이 분포하고 있지 않는 특이한 구조로 되어있으나 신경세포의 손상에 대한 미세아교세포의 반응양상이 아직 밝혀져 있지 않다. 따라서 이 연구에서는 성숙 메추리를 대상으로 안와 내로 접근하여 한쪽 시각신경을 절단한 후 시간의 경과에 따른 망막내 미세아교세포의 변화를 미세아교세포의 특이항체인 QH1 항체를 이용한 면역조직화학염색을 수행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 정상 망막에서는 미세아교세포가 긴돌기미세아교세포의 형태 (ramified form)로, 주로 속얼기층에 분포되어 있었고 일부 는 바깥얼기층에서도 관찰되었다. 또한 신경섬유층에서는 시신경유두 (optic head) 주변부에서만 관찰되었고 신경절세포층에서는 거의 관찰되지 않았다. 시각신경이 절단된 망막의 경우 미세아교세포의 형태가 점차 아메바형태 (amoeboid form)로 바뀌었고 세포의 분포는 주 로 신경섬유층 및 신경절세포층에 집중되었다. 이와같은 활성화된 미세아교세포는 시각신경절단 후 14일에 숫적 증가가 가장 뚜렷하였으나 수술 후 21일, 28일이 경과하면서 그 수는 점차 감소하기 시작하였다. 그러나 수술 후 2개월까지도 활성화된 미세아교세포가 남아 있었다. 이상의 연구결과는 신경세포 손상시에 일어나는 미세아교세포의 이주와 증식이 비혈관성 신경조직에서도 일어나는 것으로 보아 이 세포의 이주와 증식이 혈관분포와 무관함을 시사하는 것으로 사료된다. Retina, a part of CNS, has served valuable and accessible tissue for elucidating the cellular properties of neurons and glia due to its similarity to brain. Unlike mammalian counterpart, avian retina is devoid of vessels and astrocytes. However little is known about glial reaction to neuronal injuries in this species. Therefore, this study was performed to investigate the microglial responses in the quail retina following neuronal injuries. The retinae from normal and optic nerve transected adult quails were studied immunohistochemically with anti-QH1, a marker known to be specific for microglia. In the normal retina, QH1-labeled microglial cells displayed typical feature of ramified (resting) form and were localized mainly in the inner plexiform layer. After optic nerve transection (ONT) morphology of microglial cells changed from the ramified to the amoeboid form. This feature of microglial cells maintained throughout the post operational periods until 28 days after ONT. Particularly, at 14 and 21 days after ONT amoeboid microglia displayed cell bodies with stout and bushy processes, suggesting active phagocytosis. The distribution pattern of microglia also changed in accord to ganglion cell degeneration: they gradually moved to layers of ganglion cells and optic nerve fibers where ganglion cell bodies and axons were under degeneration. This change of microglial distribution was most prominent at 14 days of ONT. The result of this study is generally consistent with that reported in mammalian counterpart and this similarity between the avascular avian retina and the vascularized mammalian counterpart suggests that processes of microglial activation, such as migration and phagocytosis, can occur in the vessel-free CNS tissue.

사각신경 절단에 의한 조류망막내 미세아교세포의 변화에 대한 연구

전계선,이철,서제훈,황덕호,차중익,조사선,강태천 대한해부학회 2000 Anatomy & Cell Biology Vol.33 No.3

다채널전극으로 기록한 토끼 망막신경절세포의 활동전위 파형 구분

진계환,이태수,구용숙,Jin Gye Hwan,Lee Tae Soo,Goo Yang Sook 한국의학물리학회 2005 의학물리 Vol.16 No.3

망막에서 나오는 활동전위와 같이 복잡한 신경망을 거쳐 처리되는 전기신호를 분석하기 위해서는 기존의 단일 전극 기록법으로는 어렵다. 단일 전극을 통한 활동전위의 기록은 개개의 신경세포 특성을 알아내는 데에는 유용한 방법이나 신경세포 간의 시간적, 공간적인 관계는 알아낼 수 없다는 한계를 가지고 있으므로 이같은 한계를 극복하기 위하여 다채널 전극을 이용한 신경신호 기록방법이 최근에 개발되어 널리 이용되고 있다. 다채널전극 기록 방식인 MEA60 시스템은 세포 밖에 위치한 60개의 전극이 생체신호를 동시에 기록한다. 세포 fi에 위치한 각각의 전극이 포착한 신경 신호는 하나의 망막신경절세포 반응이라기보다는 여러 세포의 반응이 동시에 기록될 가능성이 높다. 그러므로 여러 세포의 반응이 함께 기록된 신호로부터 각각의 세포로부터 나오는 파형을 구분하는 작업이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 다채널 전극으로 기록한 망막 신경절세포 신호로부터 MATLAB을 이용하여 활동전위 파형을 검출하고 분류하는 과정을 구현하여 보았다. 이러한 분류과정은 추후 진행되는 신호분석방법인 자극 후 시간 히스토그램(poststimulus time histogram, PSTH), 자기상관관계(autocorrelogram), 상호상관관계(cross-correlogram)를 보기 위하여 반드시 거쳐야 하는 전처리(preprocess) 과정이다. 본 연구에서는 MATLAB을 이용한 파형 구분 프로토콜을 확립하였을 뿐만 아니라 이러한 프로토콜이 신경절 세포의 활동전위 파형을 검출하는 데 유용한 방법임을 입증하였다 Since the output of retina for visual stimulus is carried by neurons of very diverse functional properties, it is not adequate to use conventional single electrode for recording the retinal action potential. For this purpose, we used newly developed multichannel recording system for monitoring the simultaneous electrical activities of many neurons in a functioning piece of retina. Retinal action potentials are recorded with an extra-cellular planar array of 60 microelectrodes. In studying the collective activity of the ganglion cell population it is essential to recognize basic functional distinctions between individual neurons. Therefore, it is necessary to detect and to classify the action potential of each ganglion cell out of mixed signal. We programmed M-files with MATLAB for this sorting process. This processing is mandatory for further analysis, e.g. poststimulus time histogram (PSTH), auto-correlogram, and cross-correlogram. We established MATLAB based protocol for waveform classification and verified that this approach was effective as an initial spike sorting method.