정보에 뒤섞인 소음을 걸러내는 신경회로 발견

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-18

혹시 다음 번에 사람이 많은 방에 들어거가나 모임에 참석할 경우, 또는 자녀들과 공원에 갈 때는 주변을 둘러보기 바란다. 얼마나 많은 사람들이 휴대전화에 대고 지껄이고 있는가? 이처럼 집중을 방해하는 요소들은 우리 생활의 모든 면에 도사리고 있다. 페이스북 상태 업데이트, 문자, 이메일 통지 등... 이 모든 것들이 당신의 집중력을 순간적으로 앗아간다. 그런데 당신이 휴대전화에서 흘러나오는 목소리에 집중하려고 노력하는 동안, 당신의 뇌는 끊임없이 (다양한 소리 중에서) 어느 소리에 집중해야 할지를 판단하게 된다. 즉, 뇌는 지속적으로 `필요한 정보`에서 `불필요한 소음`을 걸러내고 있는 것이다. 과학자들은 지난 수십 년 동안 `뇌가 집중력을 유지하는 방법`에 대해 다양한 가설을 제시해 왔지만, 그것을 증명하기가 어려웠다. 이제 콜드스프링하버연구소(CSHL)의 연구진은 마우스의 뇌에서 신경회로 하나를 찾아냈다. 연구진에 의하면, 이 신경회로는 집중력과 감각정보 처리를 제어하는 역할을 한다고 한다. 이는 뇌가 소음을 걸러내는 메커니즘에 대한 통찰력을 제공함으로써, 조현병(schizophrenia)과 같이 인간을 황폐화시키는 정신장애를 치료하는데 기여할 것으로 보인다. (조현병 환자들은 - 최소한 부분적으로 - 현저한 집중력부족 증상을 보이는 것이 특징이다.) 피질(cortex)은 대부분의 인지기능이 수행되는 뇌의 영역이다. 정보가 처리되어 해석되는 곳도 피질이고, 의사결정이 이루어지는 곳도 피질이다. 그러나 감각정보가 피질로 들어가려면, 먼저 시상(thalamus)이라는 관문을 통과해야만 한다. 시상은 공(球) 모양의 뉴런다발로, 시상망상핵(TRN: thalamic reticular nucleus)이라는 얇은 막으로 코팅되어 있다. 일찍이 1984년 노벨상 수상자인 프랜시스 크릭은 "TRN은 시상의 문지기로서, `어떤 정보를 통과시켜 피질로 보낼 것인지(분석할 가치가 있는지)`를 결정한다"는 가설을 내놓은 바 있다. 과학자들은 크릭의 가설에 흥미를 느꼈지만, 기술적 한계 때문에 검증을 할 수가 없었다. TRN은 독특한 해부학적 구조(사과껍질과 유사함)를 갖고 있어서, 이것만을 특이적으로 겨냥하기가 어려웠던 것이다. 그럼에도 불구하고 크릭의 가설이 옳다는 증거는 계속 축적되어 왔다. TRN이 오작동하면 조현병을 초래할 수 있으며, TRN의 활성은 감각탐지 및 집중력과 밀접한 상관관계가 있다는 연구결과도 발표되었다. 마침내 보 리 박사가 이끄는 CSHL의 연구진은 크릭의 가설을 30년 만에 입증하는 쾌거를 이뤘다. 연구진은 마우스를 대상으로 한 실험에서, TRN이 시상과 피질 간의 신호전달을 조절한다는 증거를 찾아냈다. 연구진에 의하면, TRN, 시상, 피질이라는 3개의 구조체가 하나의 회로를 형성하여, 집중력과 감각정보 처리를 제어하는 역할을 수행한다고 한다. 연구진은 새로운 바이러스 기술과 (CSHL의 조시 황 박사가 개발한) 마우스 모델을 이용하여, TRN을 정확히 겨냥하는 방법을 찾아냈다. 그들은 TRN에 특이적으로 발현되는 ErbB4라는 단백질을 불활성화시켜 봤다. [ErbB4는 TRN에서 대량으로 발견되는데, 선행연구에서는 "ErbB4에 돌연변이가 발생할 경우, 조현병을 비롯한 기타 집중력결핍 장애가 발생한다"고 보고한 바 있다.] ErbB4가 불활성화되자, 마우스의 집중력은 크게 향상된 것으로 나타났다. "ErbB4가 없으면, 피질과 TRN 간의 연결이 훨씬 더 강해진다. 이는 TRN이 시상의 관문을 지키는 문지기라는 것을 의미한다. 우리는 크릭이 오래 전에 제시했던 가설을 뒷받침하는 메커니즘을 발견했다"고 연구진은 말했다. 이번 연구의 의의는 집중력의 신경학적 근거에 대한 통찰력을 제공했을 뿐만 아니라, 집중력결핍장애나 보다 넓은 범위의 집중력 문제(조현병 포함)의 잠재적 치료표적를 제시했다는 데 있다. 연구진의 다음 과제는 `ErbB4의 상실이 피질과 TRN의 연결성을 강화시키는 과정`을 밝혀내는 것이다. 그럴 경우 미래에 보다 많은 약물표적을 찾아내는데 도움이 될 것으로 보인다. ※ 원문정보: Sandra Ahrens, Santiago Jaramillo, Kai Yu, Sanchari Ghosh, Ga-Ram Hwang, Raehum Paik, Cary Lai, Miao He, Z Josh Huang, Bo Li. "ErbB4 regulation of a thalamic reticular nucleus circuit for sensory selection." Nature Neuroscience, 2014; DOI: 10.1038/nn.3897 TRN.JPG http://www.sciencedaily.com/releases/2014/12/141215114240.htm