[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 정상적인 공포, 불안 반응은 인간과 동물의 생존을 위해 필수적인 기능이다. 국내 연구진이 생쥐 실험을 통해 포식자의 냄새 자극에 대한 본능적 공포 반응을 결정하는 뇌신경회로를 처음으로 발견했다. 

7일 KAIST(총장 신성철)에 따르면 이 대학 생명과학과 한진희 교수팀은 한국뇌연구원(KBRI) 뇌신경망연구부 박형주 박사와의 공동 연구를 통해 동물에게서 공포에 대한 선천적인 행동 반응을 발생하게 만드는 뇌신경회로를 발견하고 동시에 작동 원리를 밝혀냈다. 

이번 연구는 공포에 대한 선천적인 반응이 뇌 속에 어떤 식으로 코딩됐는지를 보여준다. 따라서 공황장애, 외상 후 스트레스 장애 등의 불안 및 공포 뇌질환 치료 기술에 활용될 것으로 기대된다. 

ACC 영역의 활성 조절에 의한 본능적 공포 반응 증폭 및 감소 2018.08.07 [자료=KAIST]

연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 7월 16일자 온라인판에 게재됐다. 

골목의 모퉁이를 돌아설 때 갑자기 튀어나온 자동차 때문에 깜짝 놀라며 얼어붙는 듯이 몸이 저절로 멈춘 경험은 한 번쯤은 겪어봤을 것이다. 이는 ‘동결(freezing)’이라 불리는 대표적 공포 반응이다. 

이와 관련해 뇌신경학자들은 공포 반응을 조절하는 신경회로의 이면에 주목한다.

극도의 스트레스나 지속적인 생존의 위협에 노출된 사람들에게서 공포 반응을 조절하던 두뇌 회로가 고장난 듯 기능 이상을 보이는 현상이 존재하기 때문이다. 뇌신경회로가 올바르게 작용하는 원리를 이해해야만 질환의 효율적인 치료가 가능한 이유다. 

한 교수팀은 전측대상회 피질(ACC, anterior cingulate cortex)이라는 전두엽의 기능에 주목했다.

연구팀은 빛을 이용해 실시간으로 뉴런의 활성을 조절하는 광유전학 기술을 생쥐의 전측대상회 피질에 적용했다. 생쥐들을 포식자인 여우의 냄새에 노출시킨 상태에서 전측대상회 피질 영역을 억제, 자극해 반응 변화를 살폈다. 

전측대상회 피질 영역의 뉴런을 억제하자 여우 냄새에 대한 동결 공포 반응이 크게 증폭됐고, 반대로 전측대상회 피질 영역을 자극했을 때는 공포 반응이 감소했다. 또한 전측대상회 피질 자극은 트라우마 기억에 대한 학습된 공포 반응도 강하게 억제하는 효과를 보였다. 

또 연구팀은 전측대상회 피질 영역 내에서 편도체로 연결을 맺은 일부 뉴런들의 성질을 규명했다. 

연구팀은 다양한 신경망 추적(neuronal tracer) 기법을 활용해 전측대상회 피질의 하위 연결망을 탐색했다. 그 중 공포 반응의 출력에 중요한 뇌구조로 잘 알려진 배외측 편도체핵(BLA, basolateral nucleus of amygdala)에서 전측대상회 피질의 주요 연결망을 관찰했다. 

연구팀은 나아가 전측대상회 피질-배외측 편도체핵 하위 연결망이 전측대상회 피질과 동일한 선천적 공포 조절 기능을 수행함을 규명했다. 이 하부 회로를 억제시키자 여우 냄새에 대한 공포 반응이 증가됐고, 같은 회로를 자극시키자 공포 반응이 감소했다. 

또한 코요테, 들쥐를 사용한 보강 실험을 통해 전측대상회 피질-배외측 편도체핵 회로의 선천적 공포 행동 조절 기능을 명확히 규명했다. 

KAIST 생명과학과 한진희 교수(왼쪽), 1저자인 장진호 박사(오른쪽) 2018.08.07 [사진=KAIST]

한 교수는 “선천적 위협 자극에 대한 공포 행동반응을 코딩하고 있는 뇌 속 핵심 신경회로를 발견했다는 점에서 매우 중요한 학술적 의미가 있다”며 “향후 전측대상회 피질 신경회로를 표적으로 하는 외상 후 스트레스 장애 치료기술 개발의 근거가 될 것”이라고 말했다. 

kimys@newspim.com