이용석,김상정 교수 연구팀, 소뇌가 공포기억을 조절하는 신경회로 규명

[한국대학신문 이정환 기자] 공포와 불안은 내·외부 위협자극에 의해 유발되는 감정이며, 인간을 포함한 동물의 생존을 위해 필요한 필수적인 감정이다. 공포와 불안에 대한 뇌과학적 연구는 오랫동안 진행돼 왔으며, 편도체(amygdala)가 공포-불안 정서 반응의 중심 영역으로 알려져 있다. 그러나 최근의 연구 결과들은 편도체 뿐만 아니라 뇌의 많은 영역이 공포-불안 정서 반응에 필요하다는 것을 제시하고 있다.

소뇌는 균형 잡기, 걷기와 같은 운동 조절 능력에 필수적인 뇌 영역으로 인식되어 왔으나, 공포 학습, 보상 학습, 사회적 행동과 같은 비운동성 기능에도 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 그러나 소뇌가 어느 뇌 영역과 어떻게 상호작용하고 어떠한 원리로 비운동성 기능을 수행하는 지에 대해서는 명확히 규명된 바가 없다.


왼쪽부터 황경두 서울대 박사과정생, 이용석 교수, 김상정 교수.
서울대 연구진은 소뇌가 공포 조건화 학습과 기억 재생을 위해 어떤 뇌 영역과 상호작용해 어떤 원리로 기능을 수행하는지 규명하고자 연구를 진행했다. 황경두 서울대 의대 박사과정생이 제1저자, 이용석 서울대 의대 교수와 김상정 서울대 의대 교수가 교신 저자로 참여했다. 

연구진은 전기생리학(electrophysiology), 광유전학(optogenetics), 면역조직화학(immunohistochemistry), 파이버포토메트리(fiber photometry) 기술 등을 종합적으로 이용해 연구를 진행했다. 본 연구는 소뇌 핵-외측 팔곁핵 신경회로가 공포 학습과 기억에 필수적인 역할을 담당하며, 이는 소뇌 핵-팔곁핵 사이의 시냅스 강화가 동반돼 나타나는 현상임을 규명했다.


공포 조건화 학습을 위한 소뇌 핵-외측 팔곁핵 신경회로의 구성 및 시냅스 가소성 관찰 및 기능적 역할 규명.
소뇌 핵-외측 팔곁핵 신경회로는 글루타메이트를 신경전달물질로 매개하는 단일시냅스로 구성되어 있으며, 조건 자극을 포함하는 공포 조건화 학습에 의해 시냅스 강화가 나타난다. 외측 팔곁핵에 투사하는 소뇌 핵 신경세포에 공포 조건화 학습 또는 기억 인출 동안 광유전학적 억제를 시행했을 때 공포 기억이 감소하는 것을 관찰하였고, 공포 조건화 학습을 시행한 생쥐의 외측 팔곁핵 투사 소뇌 핵을 활성화했을 때 공포 반응이 유도되는 것을 관찰했다.
광유전학적 방법을 통해 공포 조건화를 위한 학습과 기억 인출 각 단계에서 외측 팔곁핵으로 투사하는 소뇌 핵 신경세포를 억제해 소뇌 핵의 신경세포 활성이 필요한 시점을 확인했다. 또한 공포 학습 후에는 소뇌 핵 신경세포를 활성화하는 것 만으로 공포 반응을 유도할 수 있음을 확인했다.

살아있는 동물에서의 신경세포 활성을 관찰할 수 있는 파이버포토메트리 기술을 이용해 소뇌 핵에 연결된 외측 팔곁핵 신경세포가 공포 조건화 학습 및 공포 기억 인출 동안 어떤 활성을 나타내는지 관찰했다.

연구결과 전기생리학과 광유전학적 방법을 결합한 실험 접근을 통해 소뇌 핵-외측 팔곁핵 신경회로 시냅스가 단일시냅스와 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트의 전달을 매개하고 있음을 확인하고, 해당 시냅스가 청각 조건 자극을 이용한 공포 조건화를 학습한 생쥐에서 강화돼 있음을 확인했다.

신경세포의 활성을 조절하는 광유전학적 방법을 통해 소뇌 핵-외측 팔곁핵 신경회로가 공포 조건화 학습과 기억 인출에 필요하다는 것을 확인했으며, 공포 조건화 학습에 의해 강화된 소뇌 핵-외측 팔곁핵 신경회로의 활성화는 그 자체로 공포 반응을 유도할 수 있음을 확인했다.

이번 연구 결과는 3월 22일 〈Cell Reports〉지에 온라인으로 발표됐으며 한국연구재단 뇌기능 규명 및 조절기술 개발사업, 선도연구센터(MRC), 개인기초연구사업(중견연구)의 지원을 받았다.

 

출처 : 한국대학신문 - 409개 대학을 연결하는 '힘'(https://news.unn.net)