이 연구는 미세화 쌍광자 영상 기술 등의 연구 방법을 이용하여 장기 시뮬레이션 무중력이 생쥐의 운동 기능을 점차 떨어뜨리고 뒷다리 운동 피질 L2/3 층 뉴런 활동의 지속적인 변화를 동반한다는 것을 발견했다.이러한 뉴런은"활성화형","억제형","무응답형"의 세 종류로 나눌 수 있는데, 그들은 시뮬레이션 무중력 환경에서 고도의 이질적 응답 특징을 나타내며, 활성화형 뉴런은 주동과 수동 운동에서의 활동은 모두 시간에 따라 증강되지만, 수동 운동과 관련된 활성화 뉴런의 비율은 감소하고, 능동 운동과 관련된 비율은 변하지 않는다.특히 2주간의 회복을 거쳐 쥐의 운동행위는 정상으로 회복되였다. 비록 일부 뉴런활동의 회복에 일정한 지연이 존재하지만 같은 류형의 뉴런의 비례와 활동수준도 대부분 기선상태로 회복되였다 (그림 1).

이 연구에서 연구자들은 우선 무중력 시뮬레이션을 통해 서로 다른 시간의 생쥐에 대해 행동학적 테스트를 실시했다.그 결과 시뮬레이션 무중력 시간이 길어지면서 쥐의 운동 능력이 점진적으로 쇠퇴하는 것으로 나타났다.무단결석 능동운동 실험에서 무중력 28일을 시뮬레이션한 생쥐의 능동운동 행위는 14일에 비해 더 낮아졌는데, 이는 근육 위축 외에 무중력으로 인한 신경계 (특히 뒷다리 운동피질) 의 기능 변화를 시뮬레이션하는 것이 이러한 운동 능력의 점근성 변화에도 마찬가지로 매우 중요하다는 것을 나타낸다 (그림 2).

다음으로 연구진은 장기간 무중력 환경을 시뮬레이션한 후 뒷다리 운동 피질의 뉴런 활동이 세 가지 다른 응답 패턴을 보였는데, 그 중 22.9% 의 뉴런 활동이 현저하게 감소했고, 18% 의 뉴런 활동이 현저하게 높아졌으며, 나머지 59.1% 의 뉴런 활동은 현저한 변화가 없었다 (그림 3, 동영상 1).상술한 결과는 단세포 수준에서 시뮬레이션 무중력으로 인해 뉴런 활동이 지속적인 장애를 보이는 상태를 확인했으며, 이 발견은 시뮬레이션 무중력 환경이 신경 기능에 미치는 영향을 깊이 이해하는 데 중요한 근거를 제공합니다.

쌍광자 영상을 사용하여 뒷다리 운동 피질 뉴런에 대해 단세포 수준의 칼슘 활동을 분석한 결과, 연구진은 능동 운동 (광활한 실험) 과 수동 운동 (방망이 돌리기 실험) 의 행동학 패러다임에서 뒷다리 운동 뉴런은"활성화형","억제형","무응답형"의 세 종류로 나눌 수 있으며, 모의 무중력에서 이 세 종류의 뉴런의 칼슘 활동 특징과 비례가 고도의 이질적 변화를 나타낸다는 것을 발견했다.구체적으로 말하자면, 고속 능동 운동 행위를 유지할 때 28일 동안 무중력을 잃은 생쥐의 뒷다리 운동 피질에서 활성형 뉴런의 활동이 14일에 비해 현저하게 강화되었는데, 이는 모의 무중력 시간이 길어짐에 따라 고속 운동 행위를 유지하려면 더 많은 뉴런의 활성화가 필요하다는 것을 의미한다 (그림 4).그러나 방망이 돌리기 실험의 수동 운동 행위 중 14일과 28일에 모의하여 재조합되지 않은 방망이가 떨어지는 시간은 차이가 없지만, 방망이에서 수동 운동을 유지하는 뒷다리 운동의 피질 뉴런 활동 및 비율은 모두 현저한 변화가 발생하여 모의무중력이 이 지역 뉴런 활동의 지속적인 변화를 초래한다는 것을 실증하였다.