[뉴 프런티어] 뇌신경회로 시냅스 연구로 인지능력 ↑… 50~60대 '두뇌 회춘' 시대 앞당긴다

연세대학교 의과대학 생리학연구실

학습능력 획기적으로 높이는 '스마트 약물' 이론적 토대 제공

고령화로 치매환자 계속 늘어 새로운 의약품 개발도 역점

‘공부에도 때가 있다’는 말이 있다. 두뇌 회전이 빠를 때 공부하는 것이 가장 효율적이기 때문에 어려서부터 공부를 열심히 해야 한다는 어른들의 말씀이다. 과연 과학적으로 근거가 있는 말일까. 결론부터 말하면 그렇다. 사람은 나이가 들수록 시냅스 가소성이 감소한다. 가소성 감소는 감각 대뇌피질의 신호 처리 능력을 현저히 떨어뜨려 감각 기억 및 학습과 같은 인지 능력 저하로 이어진다. 감각 대뇌피질에서 관찰되는 활성-의존성 시냅스 가소성은 초기 대뇌 발달 단계 중 임계기간이라고 불리는 특정한 기간에만 활발히 일어나고, 이후 급격히 감소한다.

연세대 의과대학 생리학연구실(책임교수 정승수·사진)은 시냅스 가소성을 재활성화하면 인지 능력 저하를 예방할 수 있을 것이라는 점에 주목했다. 연구팀은 성인기의 감각 대뇌피질에 존재하는 뇌신경회로의 시냅스 가소성 재활성 기전 연구를 통해 학습·인지 능력을 개선할 수 있는 기전 규명에 나섰다.

△학습·인지 능력 저하를 예방·치료하고, 성인기에도 청소년기와 같은 학습·인지 능력을 유지할 수 있는 이론적 근거 제시 △신경 가소성을 재활성화하고, 획기적으로 학습 능력을 증가시킬 수 있는 ‘스마트 약물’ 개발의 이론적 초석 제공 △발달장애, 노화, 퇴행성 뇌질환 등의 인지 기능 및 집중력 저하 억제방법 제시 △노인성 치매 및 자폐증과 같은 인지 기능 장애를 측정·분석할 수 있는 비침습적 뇌영상 분석 기법 구축 등을 이뤄내는 것이 최종 목표다.

연구팀은 임계기간 이후의 성체 쥐 대뇌에서 말초 신경 손상 시 발생하는 신경 가소성 기전을 규명했고, 뇌신경 회로에 대한 새로운 연구 방법론을 제시했다. 또 아모레퍼시픽과의 공동연구를 통해 녹차 추출물에 의한 폐경기 인지 기능 저하 완화 기전을 규명하는 등의 성과를 거뒀다. 과제들을 성공적으로 수행하면 뇌의 치료 기전을 규명해 새로운 차원의 스마트 약물이나 치매 치료제를 개발하고, 이를 통해 질병 치료나 재활에 들어가는 막대한 사회적 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

감각 대뇌 피질에서 시냅스 가소성 재활성에 관한 연구는 전 세계적으로 활발하게 진행 중이다. 미국에서는 국립보건원(NIH) 존스홉킨스의과대학 같은 연구기관들이 관련 연구에 몰두하고 있다. 산업계에서도 스마트 약물 연구개발이 한창이다. 하지만 안타깝게도 국내에선 관심이 미진한 상태다. 연구팀은 오랜 기간 미국 NIH와 공동 연구를 해왔고, 해당 분야 세계적 석학과의 연구 협업을 통해 우수한 성과를 거두고 있다. 최근에는 쥐의 수염으로부터 감각 정보를 받는 뇌의 한 부분인 1차 체감각피질을 이용해 말초 신경 손상 시에 나타나는 성인기 시상-피질 시냅스 가소성 재개방에 대한 생리학적 기전을 규명했다.

연구팀은 한쪽 말초 감각 신경이 손상됐을 경우 ‘Glun2B-NMDA’ 수용체가 반대쪽 손상되지 않은 시상-피질 시냅스에서 증가함에 따라 경험 의존성 장기 가소성(Experience-dependent Long-term Plasticity)이 일어나 시냅스 세기가 증가하는 것을 발견했다. 즉, 성인기 대뇌피질 신경회로에서도 특정한 조작을 통해 청소년기와 유사한 기전으로 가소성을 재활성화할 수 있음을 증명해낸 것이다. 이번 연구 결과는 지난 6월 생명과학분야 권위지인 셀(Cell)의 자매지인 셀리포트(Cell Reports)에 발표되면서 학계의 이목을 끌었다. 두뇌 회춘(brain rejuvenation)에 대한 가능성을 제시했다는 평가다.

정승수 교수는 급속한 고령화에 따른 치매 인구 증가가 심각한 사회 문제로 대두되는 지금, 두뇌 회춘 기술 연구가 필수적이라고 강조했다. 정 교수는 “두뇌 회춘 분야 시장 선점 기회를 놓칠까 우려스럽다”며 국가와 기업, 연구자들의 관심을 당부했다. 그는 “연구의 범위를 다각화해 후속 연구를 이어가는 데 매진할 것”이라고 말했다.

김지원 기자 jiame@hankyung.com