나이 들수록 왜 학습 의욕을 상실할까?

과학기술

나이 들수록 왜 학습 의욕을 상실할까?
[금요 포커스] 비용-보상 결정 학습과 관련된 뇌 회로 발견

2020.10.30 07:49 이성규 객원기자

대부분의 사람들은 나이가 들어갈수록 열정과 의욕을 상실한다. 육신의 힘이 쇠약해지고 사물에 대한 호기심도 점차 없어지기 때문이다. 이렇게 의욕과 관심이 사라지면 새로운 것을 배우기는 더욱 어렵다.

하지만 나이에 굴하지 않고 노익장을 과시하는 사람들도 많다. 철학자 소크라테스는 70세 때에도 광장에 나가 젊은이들과 토론을 하고 새로운 악기를 배우기 시작했다고 한다. 첼로의 거장 카잘스는 93세에도 매일 3시간씩 연습을 했으며, 84세 때 세상을 떠난 괴테는 죽기 1년 전에 대표작 ‘파우스트’ 2부를 완성했다.

대부분의 사람들은 나이가 들수록 학습에 대한 의욕을 상실한다. ©게티이미지뱅크

과연 무엇이 이렇게 극명한 차이를 만드는 걸까. 미국 매사추세츠공과대학(MIT)의 신경과학자들은 쥐를 대상으로 한 연구에서 이런 종류의 동기 유지에 중요한 뇌 회로를 확인했다. 이 회로는 특정 행동에 의해 발생하는 비용과 보상을 평가해야 하는 결정을 내리는 방법을 배우는 데 특히 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.

그 비밀은 선조체에 분포하는 스트리오솜(striosome, 선조소체)라고 불리는 세포 군집체에 숨어 있었다. 선조체는 기저핵의 일부로서 습관 형성이나 자발적인 움직임의 제어, 그리고 감정 및 중독과 관련된 뇌 중추의 집합체다.

이번 연구를 진행한 MIT의 앤 그레이비엘 교수팀은 여러 해 전에 스트리오솜을 발견했지만 그 기능에 대해서는 밝히지 못하고 있었다. 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 촬영하기 어려울 만큼 작고, 뇌 속 깊숙이 존재하기 때문이다.

선조체에 분포하는 스트리오솜 발견

하지만 연구진은 스트리오솜이 ‘접근-회피 갈등’으로 알려진 의사결정 유형에서 중요한 역할을 한다는 사실을 알아냈다. 이러한 결정에는 긍정적 요소와 부정적 요소가 모두 있는 옵션이 주어졌을 때 좋은 것을 나쁜 것과 함께 받아들일 것인지 아니면 둘 다 피할 것인지를 선택하는 것이 포함된다.

예를 들면 월급을 훨씬 더 많이 주는 대신 가족과 친구들로부터 멀리 떨어진 곳에 근무할 것인지를 선택하는 일이 여기에 해당된다. 이 같은 결정은 종종 큰 불안감을 야기한다.

또한 연구진은 스트리오솜이 뇌에서 도파민을 생성하는 흑질 세포와 연결되어 있음을 발견했다. 이로 인해 연구진은 스트리오솜이 피질로부터 오는 감정적인 정보들을 흡수하고 통합해 어떻게 행동할 것인가에 대해 결정을 내리는 ‘문지기’ 역할을 하고 있다는 가설을 세울 수 있었다.

실제로 연구진은 2017년에 쥐를 대상으로 진행한 연구에서 스트레스가 이 회로와 이런 종류의 감정적 의사 결정에 큰 영향을 미친다는 사실을 발견했다. 스트레스를 받은 쥐들은 위험한 대신 이익도 많은 옵션을 선택할 가능성이 훨씬 높았던 것. 하지만 이 회로를 조작함으로써 그런 효과를 차단할 수 있다는 사실을 알아낸 것이다.

연구진은 쥐들이 긍정적인 결과와 부정적인 결과 중 하나를 선택하는 방법을 배울 때 스트리오솜에서 무슨 일이 일어나는지 연구하기로 했다. 즉 두 개의 다른 음색을 만든 후 쥐들에게 하나는 설탕물(긍정적 결과)이 나올 때, 그리고 다른 하나는 밝은 빛(부정적 결과)이 나올 때 각각의 음색을 들려준 것.

그 결과 쥐들은 특정 음색을 들을 때 혀를 더 핥으면 설탕물이 더 많이 나오게 되고, 다른 음색을 들을 때 혀를 덜 핥으면 빛이 그리 밝아지지 않게 된다는 사실을 점차 학습했다.

나이 들면 스트리오솜 활동이 감소해

연구진은 쥐들이 이 과제들을 학습하는 과정에서 선조체의 다른 부분보다 스트리오솜이 더 높은 활동을 보였으며, 이런 활동이 쥐들의 행동 반응과 상관관계가 있다는 사실을 밝혀냈다. 이는 특정 결과에 주관적 가치를 부여하는 데 스트리오솜이 중요한 역할을 하고 있음을 의미한다.

또한 연구진은 전두엽 피질의 신호를 전달하는 뉴런이 스트리오솜에 영향을 주어 쥐가 고비용 혹은 고보상 옵션을 선택할 때 나타나는 강력한 신호를 생성하는 데 도움이 된다는 사실을 발견했다.

선조체에 분포하는 스트리오솜이 특정 행동에 의해 발생하는 비용과 보상을 평가해야 하는 결정을 내리는 방법을 배우는 데 중요한 역할을 한다는 연구 결과가 발표됐다. © Cell

그 후 연구진은 인간으로 치면 대략 60대 정도의 나이로 볼 수 있는 13~21개월의 쥐들을 대상으로 이런 유형의 비용-보상 시험을 실시한 결과, 쥐들의 학습 참여가 감소한다는 사실을 알아냈다. 나이 든 쥐들의 스트리오솜 활동이 어린 쥐들에 비해 감소하기 때문이다.

연구진은 유전적으로 표적화된 약물을 사용해 스트리오솜의 활동을 증진시킨 결과, 나이 든 쥐들도 과제 수행에 더 많이 참여하게 된다는 사실을 발견했다. 반대로 스트리오솜 활동을 억제시킬 경우 쥐들의 과제 수행 참여가 감소했다. 이 연구 결과는 국제 학술지 ‘셀(Cell)’ 최신호에 발표됐다.

연구진은 현재 이 회로를 자극할 수 있는 약물 치료법을 연구 중인 것으로 알려졌다. 논문의 저자 중 한 명으로 참여한 텍사스대학의 알렉산더 프리드먼 교수는 다음과 같은 말로 자신들의 연구 성과를 요약했다. “생존하기 위해서는 무엇이든 간에 끊임없이 배워야 한다.”

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