삼성서울병원 이정희 교수팀, fMRI로 동물 사육환경 따른 뇌 감각기능 변화 규명
사회적 고립 때 뇌 감각처리 네트워크 손상…감각 자극·사회적 상호작용 시 기능 개선
[메디칼업저버 박선혜 기자] 청소년 및 청년기에 경험하는 생활환경이 뇌의 통합적 감각 기능과 신경 네트워크 형성에 영향을 미치는 것으로 조사됐다.
특히 사회적 고립을 겪으면 뇌의 감각처리 네트워크에 손상을 초래하는 것으로 나타났다. 반대로 다양한 감각 자극과 활발한 사회적 상호작용이 있으면 뇌 기능이 향상되는 것으로 확인됐다.
성균관의대 삼성서울병원 영상의학과 이정희 교수, 생리의학교실 정성권 교수, 유태이 연구원과 한국뇌연구원 및 대구경북첨단의료복합단지 이태관 책임연구원, 김길수 교수 연구팀은 기능적 자기공명영상(fMRI)을 활용해 동물모델의 사육환경에 따른 뇌 감각기능 변화를 확인했다.
연구팀은 생후 4주부터 11주까지 수컷 생쥐를 두 그룹으로 나눠 △터널, 회전 바퀴, 둥지 등 물리적 자극과 사회적 교류가 풍부한 환경 △외부 자극 없이 단독 사육되는 사회적 고립 환경에서 각각 사육했다.
이후 앞발, 수염, 시각, 후각 등 다양한 감각 자극을 순차적으로 가하면서 fMRI를 촬영해, 각 자극이 뇌 전체에 미치는 영향과 감각통합 반응을 정량적·공간적으로 분석했다.
연구 결과, 풍부한 환경에서 자란 생쥐는 고차원적인 시각 및 촉각 처리 능력이 향상됐고 뇌의 기능적 네트워크 분리도가 유지됐다. 또 감각-운동 통합 기능이 강화됐다.
반면, 사회적 고립 환경에 사육된 생쥐에서는 뇌 전체에서 기능적 연결성 저하 및 네트워크 혼재가 관찰됐고 네트워크 분리도가 감소했다. 게다가 후각 영역에서는 비정상적인 과활성과 함께 후각 인식 기능 저하가 동반됐다.
아울러 연구팀은 휴지기 뇌 연결성 분석, 행동 실험, c-Fos 단백질 발현 분석 등을 종합적으로 수행한 결과, 감각 자극이 국소 및 전뇌 수준의 신경 네트워크에 미치는 영향과 환경 변화에 따른 뇌 발달의 재구성 과정도 규명할 수 있었다.
연구책임자인 삼성서울병원 이정희 교수는 "다중감각 자극에 대한 뇌의 감각통합 반응을 fMRI를 통해 분석한 세계 최초 사례다. 향후 우울증, 불안, 자폐 스펙트럼 장애 등 다양한 정신건강 질환의 치료 방향을 새롭게 제시할 수 있을 것"이라며 "청소년기의 사회적 고립이 뇌에 미치는 위험성과 함께 감각 기반 중재법 및 후각 시스템을 활용한 새로운 바이오마커 가능성을 제시했다. 향후 정신질환 예방 및 치료 전략에 중요한 실마리를 제공할 수 있을 것"이라고 전망했다.
한국뇌연구원 이태관 책임연구원은 "감각 자극과 사회적 상호작용은 뇌 발달에 있어 선택이 아닌 필수 요소"라며 "이번 연구는 결정적 발달 시기에 노출된 환경이 감각 기능은 물론 전반적인 뇌 연결성과 네트워크 통합 기능에 어떤 영향을 미치는지 보여준다"고 밝혔다.
성균관의대 정성권 교수는 "환경은 다양한 감각 자극과 사회적 교류가 공존하는 복합적 체계"라며 "이러한 환경이 뇌 발달을 결정짓는 핵심 요소임을 이번 연구가 실증적으로 보여줬다"고 말했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업 지원을 받아 수행됐고 Nature Communications 최근호에 실렸다.