"아프다"하면 통증 더 큰 이유 찾았다

IBS, fMRI 기반 뇌 통증 정보 통합 매커니즘 규명
높은 층위영역서 여러 정보를 통합해 통증 경험 작용

유승범 IBS 뇌과학 이미징 연구단 참여교수

우충완 IBS 뇌과학 이미징 연구단 부단장

기초과학연구원은 fMRI를 기반으로 통증 정보가 뇌의 특정 영역에서 처리되는 것이 아니라 통증 정도에 대한 뇌의 기대치와 실제 자극의 세기가 통합돼 통증 경험으로 나타난다는 사실을 밝혀냈다. 그림은 뇌의 활성화 정도를 표상하는 공간과 그 안에서 일어나는 통증 정보의 보존과 통합 과정. IBS 제공

통증 요인들이 어떻게 통합돼 우리가 통증을 느끼는지에 대한 메커니즘이 밝혀졌다. 앞으로 만성통증 치료를 위한 새로운 전략 개발하는 데 중요한 과학적 단서로 쓰일 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS)은 우충완 뇌과학 이미징 연구단 부단장(성균관대 교수)과 유승범 참여교수(성균관대 교수) 공동 연구팀이 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 측정한 뇌 활동 데이터를 기반으로 뇌가 통증 정도에 대한 기대치와 실제 자극의 세기를 어떻게 통합하는지에 대한 메커니즘을 규명했다고 23일 밝혔다.

통증은 외부 자극에 대한 단순한 신체적 반응이 아니라, 생물학적·심리학적 요인들이 복합적으로 작용해 나타난다. 통증의 강도는 외부에서 주어지는 자극의 세기뿐 아니라, 자극이 얼마나 아플 것인가에 대한 기대치에도 영향을 받는다. 기존 연구는 통증 요인들이 뇌의 어느 영역을 활성화하는지에 집중했지만, 이 요인들이 어떻게 하나의 통증 경험으로 통합되는지는 알려지지 않았다.

연구팀은 피험자들에게 앞으로 주어지는 열 자극(통증 자극)이 얼마나 아플지 예측하게 한 뒤, 피험자의 팔에 열 자극기기를 부착해 다른 강도의 자극을 전달하며 fMRI로 뇌 신호를 측정했다. 그 결과, 같은 자극의 세기에도 통증이 클 거라고 예상한 피험자가 그렇지 않은 피험자보다 더 아프다고 보고했다. 통증에 대한 기대치와 자극의 세기가 통합돼 통증을 느낀다는 것을 보여준 결과다.

연구팀은 이어 통증 정보가 뇌에서 어떻게 통합되는지를 살피기 위해 뇌를 피질계층별로 나눠 fMRI 데이터를 분석한 결과, 당초 가설과 달리 모든 피질계층의 뇌 영역에서 예측과 자극 정보를 모두 보존하고 있음을 확인했다. 연구팀의 당초 가설은 감각·운동 영역과 같은 낮은 층위의 영역에서는 두 정보 중 하나만 보존돼 통합이 이뤄지지 않지만, 연합 영역과 같은 높은 층위의 영역에서는 모두 온전히 보존과 통합된 것이었다.

다만 통증 정보의 통합은 오직 높은 층위의 영역에서만 이뤄졌다. 특히 피질계층 영역별로 각 통증 정보를 보존하는 하위공간이 존재했고, 높은 층위의 영역에서는 각 하위 공간에서 나오는 정보 패턴들의 합과 실제로 피험자들이 보고한 통증의 양상이 일치했다. 통증 정보가 높은 층위 영역에서 통합돼 통증 경험을 형성함을 밝혀낸 것이다.

우충완 부연구단장은 "이번 발견은 통증의 신경과학적 이해를 확장하는 중요한 기틀로 활용될 것"이라며 "뇌 활성화 패턴의 기하학적 정보를 이용해 각기 다른 정보의 통합 메커니즘을 밝힌 혁신적 연구라는 데 의미가 있다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(지난달 12일자)' 온라인에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr