한국뇌과학연구원 뇌과학 동향브리핑

“기쁨을 유도하는 행동과 관련된 신경네트워크가 놀랍게도 두려움과 관련된 뇌 영역(편도체)에 있다”

우리 뇌 내부 깊숙한 곳에 있는 편도체는 오랫동안 두려움과 불안 등의 불쾌한 사건에 대한 반응과 관련이 있다고 알려져 왔다. 

그러나 미국 MIT 신경과학 연구팀은 기존의 알려진 것과 다르게 편도체에서 보상과 관련된 회로를 새로 발견했다. 보상 회로는 행동에 따른 긍정적인 감정, 특히 즐거움 등을 강화하여 해당 행동을 다시 하도록 하는 역할을 한다. 연구팀은 두려운 사건에 대한 반응을 제어하는 회로도 역시 발견했지만, 편도체 중심에 있는 대다수의 뉴런들은 보상회로에 포함되어 있다고 보고했다.

생명신경과학(Biology and Neuroscience) 교수이자 RIKEN-MIT센터의 책임자인 스스무 토네가와(Susumu Tonegawa) 박사는  "이 분야의 많은 사람들이 생각해왔던 것과 다르게, 긍정적인 행동을 촉진하는 부분이 많다는 것에 굉장히 놀랐다." 라고 말했다.

연구진은 중앙 편도체 뉴런의 유전적 프로파일을 분석하여 유전적 마커와 해부학적 위치에 따라 7개의 개체군으로 나누었다. 연구팀은 ChR2 바이러스를 이용하여 빛을 통해 뉴런의 활동을 조절할 수 있는 광유전학 기술(optogenetics)을 사용했다. 이를 통해 각 개체군의 기능을 조사하였다.

연구진은 편도체에 광유전학기술을 적용한 쥐들을 이용하여 실험을 진행하였다. 첫 번째 실험으로 인위적 뉴런 활동이 없는 어두운 환경에서 뉴런 활동을 자극하는 밝은 환경으로 변화시킬 때 쥐들의 행동변화를 관찰하였다. 실험결과, 1개의 뉴런 개체군을 자극하는 빛에 반응하여 쥐들이 행동을 멈추는 동결반응이 관찰되었다. 다른 개체군을 자극하는 빛에는 쥐들이 반응하지 않았다. 이는 7개의 개체군 중에서 1개의 군만이 공포와 관련된 기억 행동에 기초하고 있다는 것을 의미한다.

두 번째 실험은 쥐들이 광유전학적 활동을 일으키는 자극과 그렇지 않은 자극과의 선호도를 측정하는 실험으로 쥐들에게 뉴런을 자극시키는 자극 단자와 그렇지 않은 단자를 코로 동작할 수 있게 하였다. 실험결과 쥐들은 5개 군의 뉴런 개체군을 활동시키는 자극에 뚜렷한 선호도를 보이는 것으로 나타났다. 이는 위의 뉴런 개체군이 보상 회로에 포함되어 있다는 것을 의미한다. 나머지 한 뉴런 집단은 공포 또는 보상관련 행동에 관여하지 않았다. 이러한 발견은 편도체가 주로 공포와 관련된 행동에 관여한다는 의견에 반대된다.

논문의 저자 조수아 김(Joshua Kim) 연구원은 "기존연구에서 사람들은 중앙 편도체를 두려움과 관련된 구조로 일반화했다. 그들은 불안과 두려움과 관련된 반응에 관련되어 있다고 생각했다. 그러나 구조 전체가 주로 식욕을 자극하는 행동에 참여하는 것처럼 보인다." 라고 견해를 밝혔다.

연구팀은 편도체의 발견되지 않은 일부 세포가 부정적인 행동을 제어할 가능성을 배제할 수 없다고 밝혔다. "그러나 우리가 지금까지 확인한 세포는 편도체 중심의 90% 이상을 차지한다. 부정적인 행동을 위한 다른 세포가 있다면 그것은 작은 부분"이라고 토네가와는 말했다.

워싱턴 대학의 생화학 교수 리처드 팔미터(Richard Palmiter)는 해당 논문에 대해서 "지난 20 년 동안 대부분의 연구는 혐오반응에 대한 편도체의 역할에 초점을 맞추고 있었다. 토네가와 연구소는 과학자들이 편도체에 대해 생각하는 방식을 변화시킬 놀라운 논문을 작성했다." 라고 평했다. 해당 논문은 뉴론 저널 3월 22일자에 게재됐다.

정리. 강호중 한국뇌과학연구원 연구원

[자료출처]
http://news.mit.edu/2017/brain-circuit-pleasure-inducing-behavior-0322
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28334609