국내 연구진이 같은 경로로 전달된 통증과 가려움이라는 두 자극을 뇌가 어떻게 구분해내는지 밝혔다.

기초과학연구원(IBS) 인지·사회성 연구단 강봉균 단장과 경북대 치대 고형곤 교수 공동 연구팀은 뇌의 '전측 대상회피질'(ACC)에서 일어나는 통증과 가려움의 정보 처리 과정을 규명했다고 5일 밝혔다.

통증과 가려움 자극은 말초 신경에서 뇌의 시상, 뇌간을 거쳐 전측 대상회피질로 이어지는 동일한 경로를 통해 전달되는 것으로 알려져 있다. 이 때문에 가려움도 통증의 한 가지 형태로 여겨진다. 

같은 경로로 전달되는 두 신호를 뇌가 어떻게 구별해 서로 다른 생리적·행동적 반응을 유도하는지는 알려지지 않았다. 뇌 전두엽에 위치한 전측 대상회피질은 신체적인 고통에 반응하고 통증 정보를 처리하는 영역으로, 고차원 인지 기능과 관련이 있는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 전측 대상회피질 내 뉴런(신경세포)이 통증과 가려움 자극에 대해 어떤 방식으로 활성화되는지 관찰하기 위해 실험용 생쥐에 통증을 유발하는 포르말린과 가려움을 유발하는 히스타민을 동시에 주입했다. 이어 뉴런이 활성화되면 즉각적으로 발현되는 유전자를 관찰할 수 있는 '조기조절유전자 관찰 기술'과 칼슘 농도를 측정해 신경세포 활성화 여부를 파악할 수 있는 '칼슘 이미징 기술'을 이용, 뉴런의 활성을 관찰했다. 

관찰 결과 두 감각이 서로 다른 독립적인 뉴런 집단을 통해 처리되는 모습을 확인했다.

2018년 개발한 시냅스(신경세포 간 연접부위) 분석기술을 이용, 배내측 시상(mediodorsal thalamus)에 있는 뉴런이 축삭돌기를 뻗어 전측 대상회피질에 있는 뉴런과 자극(통증과 가려움) 별로 서로 다른 시냅스를 만드는 모습을 확인했다. 

나아가 화학·유전학 기법을 이용해 각각 통증 특이적 뉴런과 가려움 특이적 뉴런을 선택적으로 억제한 뒤 생쥐의 행동 변화를 분석한 결과, 각각 그에 따른 행동(통증은 핥는 행동, 가려움은 긁는 행동)이 줄어드는 것으로 나타났다.

강봉균 IBS 단장은 "감각이 어떻게 구별되는지 시냅스 수준에서 처음으로 입증했다"며 "뇌의 핵심 영역인 전측 대상회피질을 비롯해 인간의 인지 기능을 이해하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' (Nature Communications) 지난 4일 자 온라인판에 실렸다.