자폐아가 일상의 작은 자극에도 괴로운 이유 찾았다

자폐스펙트럼장애(ASD) 환자가 일상의 작은 자극에도 비정상적으로 과민하게 반응하는 이유가 대뇌피질의에서 발생하는 과도한 신경전달이라는 사실이 밝혀졌다. Rost-9D/게티이미지뱅크 제공.

자폐스펙트럼장애(ASD) 환자가 일상의 작은 자극에도 비정상적으로 과민하게 반응하는 이유가 대뇌피질에서 발생하는 시냅스 전달이 과도하게 이뤄지기 때문이라는 사실이 규명됐다.

기초과학연구원(IBS)은 김은준 시냅스뇌질환연구단 단장 겸 KAIST 생명과학과 석좌교수와 김성기 뇌과학 이미징 연구단 단장, 성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 교수 공동 연구팀이 자폐 모델 생쥐를 이용해 자폐스펙트럼장애 환자에서 나타나는 감각 과민이 대뇌피질의 특정 부위에서 발생하는 과도한 시냅스 전달과 네트워크 연결성의 증가가 주요 원인임을 찾았다고 8일 밝혔다. 

ASD는 36명당 1명꼴로 나타나는 뇌 발달 장애다. 사회적 상호작용 및 의사소통 결여, 반복 행동 등을 보인다. ASD의 또 다른 주요 증상은 감각 이상이 있다. 감각이 과민하거나 둔감해지는데 감각 과민의 경우 일상에서 느끼는 소리, 빛, 촉각 등에 과도하게 반응하게 만들어 환자에게 스트레스를 주고 삶의 질을 현저히 떨어뜨린다. 환자의 약 90%에서 관찰될 정도로 흔하지만 지금껏 감각 과민의 원인과 메커니즘은 명확히 알려지지 않았다.

연구진은 먼저 시냅스 유전자의 하나인 ‘Grin2b’ 유전자가 결손된 자폐모델 생쥐에서 감각 과민이 나타나는 것을 확인했다. Grin2b 결손은 자폐스펙트럼장애뿐만 아니라 발달 지연, 강박 장애 등 다양한 뇌질환과 관련이 있다고 알려져 있다.

다음으로 감각 자극에 비정상적으로 과민하게 반응하는 뇌 영역을 확인하기 위해 이 쥐의 뇌를 'c-fos 이미징 분석'으로 살펴봤다. c-fos 이미징 분석은 유전자 조작을 통해 뇌세포가 활성화될 때 발현되는 c-fos 단백질과 형광 단백질을 결합시켜 뇌 활동을 추적하는 기술로 특정 자극에 대한 뇌의 반응을 시각화할 수 있다. 추가로 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 뇌 신경 활동을 실시간으로 모니터링해 뇌 영역간 연결성을 분석했다. 

그 결과 여러 뇌 영역 중 특히 고차원 인지 기능과 관련 있는 '전측 대상회피질'이 과도하게 활성화하는 것을 발견했다. 이로 인해 신경세포에서 흥분성 신경 전달 물질이 증가하고 전측 대상회피질과 다른 뇌 영역 간에 연결성이 과도하게 이뤄졌다. 

연구팀이 전측 대상회피질 신경세포가 과하게 활성되는 것을 화학유전학적 방법으로 억제하자 전측 대상회피질의 과활성화는 물론 감각 과민도 정상화됐다. 이는 전측 대상회피질의 과활성화가 자폐스펙트럼장애에서 나타나는 감각 과민의 주요 원인임을 보여준다. 

연구를 이끈 김 단장은 “이번 연구는 그동안 인지, 사회성 등 고위 뇌 기능과 관련이 깊다고 알려졌던 대뇌 전측 대상회피질의 과도한 활성과 연결성이 자폐스펙트럼장애에 나타나는 감각 과민의 원임임을 증명한 새로운 연구”라며 “전측 대상회피질 신경세포의 활성 억제가 Grin2b 유전자 결손과 관련된 감각 과민 치료의 한 방법이 될 수 있다”라고 말했다. 

[이채린 기자 rini113@donga.com]