뇌 손상 후 새로운 대체 신경회로 생성

뇌의 주요 학습센터가 손상되면, 복잡하고 새로운 신경회로(neural circuits)가 생겨서, 손실된 기능을 보정한다는 것이 연구를 수행한 UCLA와 호주 학자들의 말이다. 이 학자들은 그러한 대안적인 경로를 만드는데 관련되는 뇌의 영역들을 찾아냈으며, 이 영역들은 손상된 곳으로부터 종종 멀리 떨어진 곳에 위치한다. 판슬로(Michael Fanselow) 박사 등이 수행한 이번 연구결과는 학술지 Proceedings of the National Academy of Sciences의 인터넷판에 실렸다.

해마에 장애가 일어나면, 그 기능을 피질(prefrontal cortex) 부분들이 넘겨받는데, 해마는 학습과 기억의 형성에 있어 핵심 센터이다. 이 연구팀의 획기적인 발견은 신경회로의 가소성을 처음으로 실증한 것으로 알츠하이머 질환, 뇌졸중 및 뇌의 손상과 관련된 상태에 대한 새로운 치료법 개발에 도움이 될 수 있다. 이번 연구에서 쥐(rats)를 대상으로 해마가 손상된 후에도 새로운 것을 학습할 수 있다는 것이 확인되었다. 정상적인 쥐에 비해, 해마가 손상된 쥐는 더 많은 훈련이 필요했지만, 그럼에도 불구하고 경험을 통해 학습될 수 있다는 것은 놀라운 발견이다.

아마도 뇌는 경험(experience)을 통해 훈련되어야 할 것으로 생각한다는 것이 이번 논문의 선임저자인 판슬로 교수의 말이다. 이번 연구의 경우에는 생쥐에게 문제를 풀도록 했다고 한다. 실제로 해마(hippocampus)가 손상된 생쥐가 문제를 풀 수 있다는 것을 확인한 후, 판슬로 교수 연구실의 대학원생 제리코스키(Zelikowsky)가 호주로 가서 비셀 박사와 함께 뇌에서 변화에 대한 해부학적 구조(anatomy)를 분석했고, 전두엽 피질의 두 영역에서 상당한 기능적 변화가 확인되었다.

흥미롭게도, 선행연구들에서 알츠하이머 질환자의 뇌에서 이들 전두엽 피질 영역들이 빛이 나는(light up) 것이 확인되었는데, 이는 사람에서도 유사한 보정회로가 발달한다는 것을 시사한다고 한다. 그리고, 알츠하이머 환자의 뇌가 손상에 대해 이미 그러한 보정을 하고 있다면, 이번 발견은 그러한 보정을 확대하고 환자들의 삶을 개선하는 하는 치료법의 개발로 이어질 수 있다.

해마는 해마(seahorse) 모양의 구조를 가지고 뇌에서 기억을 형성하는 곳으로 정보의 가공, 저장과 회상(recalling)에 핵심적 역할을 한다. 해마는 뇌졸중이나 산소 부재에 의한 손상에 매우 취약하고, 알츠하이머 질환에 결정적으로 관련된다고 한다. 지금까지는 해마 내부에서 회복을 자극할 수 있는 방법을 밝히고자 했다. 그런데, 이번 연구에서 기능을 넘겨받는 다른 구조물들과 완전히 새로운 뇌 회로가 생기는 것이 확인된 것이다. 제리코스키에 따르면, 전두엽 피질의 일부분들(sub-regions)이 다른 방식으로 보정 즉, 변연계아래 피질(infralimbic cortex)에서는 활성이 침묵되고, 변연전 피질(prelimbic cortex)에서는 활성이 증가된다는 흥미로운 발견을 했다고 한다.

이런 종류의 가소성을 뇌졸중 또는 알츠하이머 질환자를 돕는데 이용하려면, 기능이 차별적으로 증가되고 침묵되는 방법을 행위적으로나 약물학적 측면에서 먼저 정확히 이해해야 한다고 한다. 모든 영역을 강화시키지 않는 것은 확실히 중요하다. 뇌는 서로 다른 군들(populations)의 뉴런들을 침묵시키고 활성화시킴으로써 움직인다. 기억을 하기 위해서는 중요한 것과 중요하지 않는 것이 가려져야 한다. 복잡한 행위에는 항상 서로 소통하는 많은 영역들이, 한 영역의 메시지는 또 다른 영역이 반응하는 방법에 영향을 미치는 방식으로, 관여하고, 이들 분자적 변화가 기억, 감정 그리고 행동을 만든다고 한다.

뇌는 밀접하게 상호 연결되어 있다. 즉, 어떤 한 뉴런은 또 다른 뉴런에 약 6개의 시냅스를 통해 연결될 수 있다. 그래서 뇌가 이용할 수 있는 많은 대안적 경로가 존재하지만, 이용을 강요당하지 않는다면, 보통은 대안적 경로들을 이용하지 않는다. 뇌가 그러한 경로의 사용 여부를 결정하는 방법이 밝혀지면, 필요한 경우, 특히, 뇌 손상이 일어난 경우, 대안적 경로들을 촉진시킬 수 있는 방법이 찾아질 수도 있다. 행위는 뇌에서 분자적 변화를 만든다. 그러므로 이끌어내고자 하는 분자적 변화를 안다면, 행동이나 약물 처방으로 그러한 변화가 일어나도록 돕는 시도가 가능할 것이다.

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-05/uoc--bri051513.php

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