통증·가려움이 뇌 속에서 어떻게 처리되는지를 우리 연구진이 밝혀냈다.
통증·가려움은 다양한 질환에 동반되는데, 맞춤형 치료 전략 개발은 물론 감각 경험 신경 메커니즘을 보다 깊이 이해할 수 있는 단서 제공이 기대된다.
기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 강봉균 인지 및 사회성 연구단장팀이 고형곤 경북대 치대 교수팀과 뇌 전측대상회피질(ACC)에서 발생하는 통증·가려움 정보 처리 과정을 규명하고, 특정 감각을 선택적으로 조절할 수 있음을 밝혔다고 5일 전했다.
통증과 가려움은 서로 다른 생리·행동 반응을 유도하지만, 동일한 경로로 전달된다고 알려져 있다. 말초 자극으로부터 척수와 시상, 뇌간을 거쳐 전측대상회피질로 이어진다. 하지만 이 신호를 우리 뇌에서 어떻게 구별·처리하는지는 밝혀지지 않았다.
전측대상회피질은 기본 감각 처리부터 기억 저장이나 고차원적 감정 처리까지 수행하는 중요한 뇌 영역이다.
연구진은 이 전측대상회피질 내 특정 뉴런이 자극 유형에 따라 선택적으로 반응하며, 통증·가려움이 별개 신경회로를 통해 처리된다는 사실을 실험적으로 입증했다.
연구진은 먼저 실험용 생쥐를 이용해 전측대상회피질 내 뉴런이 통증과 가려움 자극에 대해 어떤 방식으로 활성화되는지 확인했다. 생쥐 발에 포르말린을 주입해 통증을, 피부에 히스타민을 주입해 가려움을 유도한 뒤 자극으로 활성화된 뉴런을 형광 단백질로 시각화해 뉴런의 활성 패턴을 비교·분석했다.
그 결과 두 유형 뉴런 집단을 확인했다. 자극 종류에 관계없이 활성화되는 뉴런 집단과 통증 혹은 가려움 중 특정 자극에만 선택적으로 반응하는 뉴런 집단이다.
이후 강봉균 단장이 2018년 개발한 시냅스 분석 기술 '듀얼-이그라스프'를 활용해 통증 또는 가려움 자극에만 특이적으로 반응하는 뉴런이 배내측시상(전측대상회피질과 연결되어 감각 정보 처리와 정서적 반응을 조절하는 시상 핵)으로부터 자극별로 선택적인 시냅스 입력을 받는다는 사실을 확인했다.
이는 통증과 가려움 입력 경로가 애초에 다르며, 독립적인 뉴런 집단으로 처리됨을 의미한다.
나아가 자극에 반응하는 뉴런을 선택적으로 억제한 생쥐 행동 변화를 분석한 결과, 통증 특이적 뉴런을 억제했을 때 통증으로 인해 나타나는 발을 핥거나 움켜쥐는 행동이 감소했으며, 가려움 특이적 뉴런을 억제했을 때는 몸을 긁는 행동이 줄어드는 것을 확인했다.
통증이나 가려움을 선택적으로 감소시키는 정밀 치료법 개발 가능성을 시사한다.
강봉균 단장은 “이번 연구로 감각이 어떻게 독립적으로 신경회로를 통해 구별되는지 시냅스 수준에서 최초로 입증했다”며 “뇌 핵심 영역인 전측대상회피질을 비롯해 인간 인지 기능을 이해하는 데 큰 진전을 이룰 토대가 될 것”이라고 밝혔다.
고형곤 교수는 “병리적 상황에서 통증과 가려움을 처리하는 신경회로 변화와 상호작용 연구로 확장할 계획”이라고 전했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 4일 온라인 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
