생명과학과 한진희 교수와 한국뇌연구원 뇌신경망연구부 박형주 박사 공동연구팀이 본능적 공포 반응을 조절하는 신경회로를 발견하고 신경회로가 작동하는 원리를 밝혔다. 이번 연구는 지난 7월 16일 <네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)> 온라인판에 게재됐다.

 본능적 공포, 기존 연구나 정보 부족

공포는 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 첫 번째는 학습된 공포로, 경험을 통해 후천적으로 획득된다. 두 번째는 본능적 공포로 생명체가 태어날 때부터 가지는 기질이다. 높은 곳에 올라갔을 때 느끼는 공포나 쥐가 천적에게서 느끼는 공포 등이 이에 해당된다. 

기존에는 학습된 공포에 관여하는 뇌의 영역과 시냅스 수준의 상세한 회로 원리 같은 학습된 공포에 관한 연구가 다수 진행되었지만, 본능적 공포를 조절하는 뇌 부위 등 본능적 공포에 대해서 알려진 바는 많지 않다.

동결 반응으로 공포 조절 부위 밝혀

 전측 대상회 피질(Anterior Cingulate Cortex)은 전두엽의 가운데에 위치하며 감정과 의사결정을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 하지만 학습된 공포 반응에서는 전측 대상회 피질이 관여하지 않는다는 기존 연구 결과가 있어 이제까지 공포 반응의 조절 부위로 주목받지 못했다. 그럼에도 연구팀은 전측 대상회 피질의 기능으로 미루어 보아, 이 부분이 공포 반응에서 중요한 역할을 할 것이라 예상했다.

 연구팀은 광유전학 기술을 이용해 생쥐의 뇌세포를 관측했다. 생쥐에게 포식자의 자극을 감지했을 때, 생쥐는 본능적 공포에 의해 동결 반응*을 보인다. 연구팀은 생쥐의 천적인 여우의 소변 냄새에 생쥐들을 노출시킨 후, 빛을 이용해 전측 대상회 피질의 반응을 억제하거나 활성화하며 생쥐의 반응을 관찰했다. 그 결과, 전측 대상회 피질의 뉴런을 억제했을 때 생쥐의 동결 반응이 더 강하게 나타나는 반면, 뉴런을 활성화했을 때는 동결 반응이 약하게 나타났다. 이를 통해, 전측 대상회 피질이 본능적 공포 조절에 관여한다는 사실을 알아냈다. 

다른 자극으로 신경회로 기능 검증해

 연구팀은 전측 대상회 피질의 신경 세포 연결망을 조사하여 배외측 편도체핵**(Basolateral Nucleus of Amygdala, BLA)으로 연결되는 전두엽-편도체 뇌 신경회로를 발견했으며, 본능적 공포 반응에서 이 회로의 역할을 밝혔다. 생쥐의 전측 대상회 피질-배외측 편도체핵 연결망을 억제시키자 여우 소변 냄새에 대한 동결 반응이 증가했고, 이 회로를 자극시키자 동결 반응이 감소했다.

 이후 생쥐의 또 다른 천적인 코요테와 들쥐를 이용해 시각적 자극으로 인한 공포에 대한 실험을 진행했을 때도 같은 결과를 얻을 수 있었다. 이를 통해 전측 대상회 피질-배외측 편도체핵 연결망 역시 전측 대상회 피질과 같은 본능적 공포를 조절하는 기능을 하는 것을 규명했다. 

공포 조절 장애의 치료 가능성 제시

 공황장애나 외상 후 스트레스 장애(Post-Traumatic Stress Disorder, PTSD)와 같은 질병은 극도의 스트레스 등의 자극을 받았을 때 발병할 수 있으며, 공포 반응에 연관된 뇌 회로의 이상으로 인해 발병한다고 알려졌다. 이번 연구는 추후 공포 반응의 기능 이상으로 발생하는 질병의 치료에 기반이 될 것으로 기대된다.

 한 교수는 “생쥐를 이용한 연구를 통해 포식자의 냄새에 대하한 본능적 공포 반응을 조절하는 새로운 전두엽-편도체 뇌신경회로를 발견했다”며, “이러한 공포 반응에 대한 유전적 정보를 가진 뇌 속 핵심 신경회로를 발견했다는 학술적 가치가 있다”고 전했다.

동결 반응*

공포 반응의 일종으로 온몸이 경직되며 움직이지 않는 반응.

배외측 편도체핵**

해마 등의 측두엽에서 오는 대부분의 감각 정보를 처리하며 공포 반응의 출력을 담당하는 편도체핵.