숨 들이마시면서 말 못 하는 이유 찾았다

미국 매사추세츠공대(MIT) 연구팀

숨을 들이마실 때 목소리를 내는 신경세포가 억제된다. 게티이미지뱅크 제공

목소리를 내면서 손을 얼굴 앞에 갖다 대면 몸속 공기가 밖으로 나오는 것을 확인할 수 있다. 반대로 숨을 들이마시면서 목소리를 내려고 하면 잘 안된다. 최근 뇌신경과학자들이 이유를 찾았다. 

팬 왕 미국 매사추세츠공대(MIT) 맥거번 뇌과학 연구소 교수 연구팀은 쥐의 뇌간에서 호흡과 발성을 조절해 들숨 때는 발성을 멈추게 하는 뇌신경 회로를 찾았다고 국제학술지 '사이언스'에 7일(현지시간) 발표했다.

목소리를 내려면 목의 중앙 연골로 된 통로인 후두를 좁히고 폐에서 공기를 내보내 후두에 있는 근육인 성대를 진동시켜야 한다. 연구팀은 쥐 실험을 통해 뇌가 이 과정을 어떻게 조절하는지 탐구했다.

쥐도 사람과 비슷하게 성대 사이 구멍으로 공기를 내뿜어 초음파 영역의 소리를 발생시킨다. 쥐들은 이 초음파를 활용해 서로 의사소통한다. 연구팀은 쥐가 후두를 움직이는 과정이 운동 신경세포(뉴런)에 의해 제어된다는 사실을 토대로 이를 역추적했다. 그 결과 쥐가 소리를 내는 동안 후뇌에 있는 후의문핵(RAm)이라는 뉴런 그룹이 강하게 활성화됐다.

연구팀은 이 중에서도 쥐가 소리를 낼 때 특히 활성화되는 특정 뉴런을 억제하거나 자극하며 쥐를 관찰했다. 뉴런을 억제하자 쥐는 소리를 내지 못했고, 반대로 자극하자 쥐는 숨을 내쉬며 소리를 냈다. 자극이 2초 이상 지속되자 쥐는 소리를 멈추고 숨을 들이마셨다.

연구팀이 뉴런의 연결 구조를 추가로 확인한 결과 들숨을 조절하는 뇌간 일부와 또다른 뉴런이 목소리를 내는 뉴런을 직접 억제하는 신호를 보낸다는 사실이 밝혀졌다. 목소리 내는 뉴런을 억제하는 뉴런은 숨을 들이마실 때 호흡 리듬을 생성하며 이때 발성에 관여하는 운동 뉴런을 차단한다. 그러면 발성보다 들숨이 우선시되기 때문에 숨을 들이마시기 위해 말을 멈추는 것이다.

이번 연구의 제1 저자로 참여한 MIT 방문 학생인 박재홍 미국 듀크대 대학원생은 "인간의 발성 메커니즘이 쥐보다 복잡하지만 후두를 좁히고 공기를 내뱉는 기본 원리는 같다"고 설명했다. 연구팀은 호흡과 발성을 제어하는 이 뇌신경 회로가 음식물을 삼킬 때나 기침할 때 등 다른 행동에도 영향을 미치는지 연구할 계획이라고 밝혔다.

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]