자연재해·사고·폭력 등 위협적 상황은 피해자의 뇌에 공포 기억을 남긴다. 또 과도하거나, 왜곡된 공포 기억은 외상 후 스트레스, 불안장애, 우울증 등 정신질환으로 이어질 수 있다. 이러한 공포 기억 형성에 특화된 뇌 회로의 메커니즘이 국내 연구팀의 연구를 통해 세계 최초로 규명했다. 이를 통해 맞춤형 트라우마 치료법 개발이 가능해질 것으로 기대된다.
KAIST는 생명과학과 한진희 교수 연구팀이 생쥐 모델을 이용한 실험에서 공포 기억의 형성을 조절하는 핵심 뇌 회로 'pIC-PBN'를 규명했다고 15일 밝혔다.
pIC-PBN 회로는 후측 대뇌섬엽(posterior insular cortex·이하 pIC)에서 외측 팔곁핵(parabrachial nucleus·이하 PBN)으로 이어지는 하향 신경 경로로 심리적 고통 정보를 전달하는 전용 회로라는 것이 새롭게 밝혀졌다.
기존에는 PBN이 척수에서 통각 정보를 전달받는 통각 상행 경로의 일부로만 알려졌다. 하지만 연구팀은 비통각적 위협 자극으로도 PBN이 공포 학습에 필수적 기능을 한다는 새로운 사실을 확인했다.
이번 연구는 실험을 통해 '정서적 고통'과 '신체적 고통'이 서로 다른 뇌 신경회로에 의해 처리된다는 사실을 세계 최초로 입증한 사례로 평가된다.
특히 정서적 고통을 전달하는 데 특화된 신경 회로(pIC-PBN)를 명확하게 제시함으로써 신경과학 분야에서 학술적 의의를 갖는다고 연구팀은 강조했다.
앞서 연구팀은 심리적 위협을 처리하는 뇌 회로를 확인하기 위해 전기 자극이 아닌 시각적 위협 자극을 사용하는 새로운 공포 조건화 실험 모델을 개발했다.
생쥐는 포식자가 위에서 빠르게 접근하는 상황에서 본능적으로 공포 반응을 보인다. 연구팀은 이를 활용해 천장 화면에 빠르게 커지는 그림자를 제시함으로써 생쥐가 포식자에게 공격당하는 듯한 위협을 경험하게 했다. 이를 통해 통각 없이 심리적 위협만으로 공포 기억이 형성될 수 있음이 입증됐다.
연구팀은 새로운 행동 실험 모델과 함께 신경세포의 활성을 정밀하게 조절하는 화학유전학 및 광유전학 기법으로 PBN이 시각적 위협만으로도 공포 기억이 형성된다는 사실도 규명했다. 또 PBN으로 정보를 전달하는 상위 뇌 영역을 분석, 부정적 정서와 고통 처리에 중요한 역할을 하는 pIC가 PBN과 직접 연결돼 있음을 밝혔다.
연구 결과 pIC?PBN 회로를 인위적으로 억제하면 시각적 위협에 따른 공포 기억 형성이 현저히 감소하지만, 선천적인 공포 반응이나 통각 기반의 공포 학습에는 영향을 주지 않는다는 점도 이번 연구를 통해 규명했다.
반대로 이 회로를 인위적으로 활성화하는 것만으로도 공포 기억이 유도돼 pIC?PBN 회로가 심리적 위협 정보를 처리하고 학습을 유도하는 핵심 경로가 되는 것이 확인됐다.
한진희 교수는 "이번 연구는 외상 후 스트레스·공황장애·불안장애 등 정서적 고통이 주된 증상인 정신질환의 발병 메커니즘을 이해하고, 맞춤형 치료법을 개발하는 데 중요한 이정표가 될 것"이라고 말했다.
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한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 뇌 과학 원천기술개발사업과 뇌 기능 규명 조절 기술 개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 생명과학과 한준호 박사(제1 저자)와 서보인 박사과정(제2 저자)의 연구 결과 논문은 지난 9일 국제 학술지 사이언스 어드밴시스 온라인판에 게재됐다.
대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr
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