한국뇌연구원, 뇌 속 인지기능을 조절하는 대뇌피질 가장 아래 미지의 층을 규명

한국뇌연구원(원장 서판길)은 정서·인지질환 연구그룹 김주현 선임연구원과 존스홉킨스 의대 솔란지 브라운의 공동연구팀이 뇌 속 인지기능을 조절하는 대뇌피질 가장 아래 미지의 층을 규명했다고 2일 밝혔다.

우리 뇌에서 고차원적 인지 기능을 담당하는 대뇌피질은 태아 발생 단계에 형성된다. 이 과정에서 가장 먼저 만들어지는 신경세포가 'SPN(subplate neuron)'이다. SPN은 대뇌피질의 가장 아래에 자리잡아 새로운 신경세포를 생성하고 위쪽으로 이동시키며 대뇌피질 6개 층을 형성하는데 중요한 역할을 하지만, 발달 초기 이후에는 사라지는 것으로 오랫동안 알려져 있었다.

왼쪽부터 존스홉킨스 의대 김수정 연구원, 김주현 한국뇌연구원 선임연구원, 존스홉킨스 의대 솔란지 브라운 교수

그러나 최근 연구에 따르면 자폐증이나 정신분열증과 같은 정신질환 환자들의 경우, 대뇌피질 하부에 위치한 SPN으로 추정되는 세포들의 수와 분포가 정상인과 다르며, 이러한 차이가 신경망 불균형을 초래해 질환 발병및 진행에 영향을 줄 수 있다는 가설이 제기되어 왔다.

문제는 기존에 알려진 6개 층보다 더 아래에 존재하여 'layer 6b(L6b)' 또는 'layer 7'이라 불리는 이 지역을 정의하고 구분하는 방법이 명확히 정립되어 있지 않아 'L6b' 신경세포의 정체성 및 기능 규명이 어렵다는 것이었다.

공동연구팀은 'L6b' 신경세포를 다른 세포들과 명확히 구별할 수 있는 분자마커 표지법, 유전자변형 마우스를 활용하여 'L6b'의 구조와 기능을 밝히고 기존의 잘못된 통념들을 바로잡았다.

이번 연구를 통해 밝혀진 대뇌피질의 마지막 층 (L6b) 신경세포들의 상대적인 위치, 신경전달 방향, 그리고 대뇌피질의 다른 층에 있는 신경세포들과의 차이점 비교 (왼쪽 그림). 분자 마커인 CTGF를 통해서 이번 연구에서 규명한 L6b 신경세포들의 수와 분포를 성체 마우스(생후 3개월)의 뇌조직에서 확인함 (오른쪽 그림)

연구 결과, 'L6b' 신경세포는 출생 초기의 SPN이 성인 시기까지 계속 살아남은 세포였으며, 성인 뇌에서도 다른 신경세포들과 신호 연결망을 유지하고 있었다. 특히 이들은 대뇌피질 최하부에 위치하면서도 최상부까지 신호를 전달하여 피질 전체의 신경망에 영향을 주는 독특한 특성을 보였다.

이러한 성질은 대뇌 운동영역에서 감각영역에 이르기까지 일관되게 유지되었으며, 더 나아가 서로 다른 감각 정보를 처리하는 인접 영역에도 신호를 보내 공감각적 정보 처리에 기여함을 확인하였다.

논문 1저자인 김수정 박사는 “자폐증이나 정신분열 등 정신질환 환자의 사후 뇌조직에서SPN으로 추정되는 신경세포들의 수와 분포에 이상이 있다는 기존 연구결과들이 있다”면서, “뇌의 정상적인 기능 유지, 그리고 정신질환에서의 신경망 변화 등을 이해하는 데 이번에 밝혀진 L6b 신경세포의 구조와 기능이 중요한 도움이 될 수 있을 것”이라고 기대했다.

한편, 이번 연구는 국제학술지인 '셀 리포트(Cell Reports)' 최신호에 게재되었다.

대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com