기초연, 통증과 쾌락의 뇌 속 ‘교차점’ 발견

기능적 자기공명영상으로 통증·쾌락 반응 뇌 영역 확인

통증과 쾌락의 감정 정보 예측에 중요한 뇌 영역들 ⓒ기초과학연구원

기초과학연구원(IBS)은 기능적 자기공명영상(MRI)으로 통증·쾌락에 모두 반영하는 뇌 영역을 확인했다고 14일 밝혔다.

기초연에 따르면 우충완 뇌과학 이미징 부연구단장(성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 교수) 연구팀은 최명환 서울대 교수 연구팀, 토어 웨이거 미국 다트머스대 교수 연구팀과 공동으로 통증과 쾌락의 감정 정보가 뇌에서 어떻게 공통으로 표상되는지 밝혔다.

통증과 쾌락은 부정적·긍정적인 감정의 대표로, 서로 무관해 보이지만 연결돼 있다. 예시로 통증은 쾌락의 수준을 감소시키는 반면 쾌락은 통증의 수준을 감소시킨다. 이러한 상호작용이 일어나는 뇌 영역 후보로 통증과 쾌락에 모두 반응하는 영역이 여럿 제안돼왔다.

다만 기존 연구는 주로 쥐와 같은 소동물 대상으로 이뤄졌으며, 특히 사람을 대상으로 통증과 쾌락을 모두 유발한 연구는 드물었다.

이에 연구팀은 한 개인 내에서 통증과 쾌락이 처리되는 뇌 영역을 확인하고자, MRI 기기 안에서 참가자에게 캡사이신 용액(통증 자극)과 초콜릿 용액(쾌락 자극)을 지속적으로 전달할 수 있는 실험 기기를 개발했다.

참가자가 MRI 기기 안에서 통증과 쾌락을 경험하는 동안 기능적 자기공명영상(functional MRI, fMRI)으로 뇌의 활동 패턴을 기록했다.

동시에 참가자는 각 경험에 대한 불쾌함·유쾌함의 정도를 점수로 계속 보고했다. 자극이 전달되면 참가자의 감정 점수는 높아져 일정 수준을 유지했다가, 자극 전달이 끝나면 서서히 낮아지는 형태를 보였다.

연구팀은 참가자 58명의 영상 데이터에 기계학습 알고리즘을 적용해 뇌의 어떤 영역이 통증과 쾌락에 반응하는지 확인했다. 유의미한 반응을 보이는 뇌 영역 중 두 가지 경험에 모두 반응하는 뇌 속 공통 영역을 찾아냈다.

통증과 쾌락에 모두 반응하는 공통 영역은 뇌섬엽, 편도체, 전전두엽 피질 등 여러 개이며, 이곳에서 통증과 쾌락의 감정 정보를 공통으로 표상한다는 점을 확인했다.

연구결과는 국제학술지 ‘미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)’ 온라인판에 6월 11일 실렸다.

우충완 부연구단장은 “통증과 쾌락에 관한 개별 연구는 있었지만, 한 개인 내에서 통증과 쾌락을 모두 유발해 비교한 연구는 거의 이루어지지 않았다”며 “통증과 쾌락 간 상호작용을 통해 만성통증 환자에게 나타나는 우울 증상의 뇌 기전을 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.