하다 보면 익숙해지는 운동 동작, 도파민이 뇌 정리해주기 때문이라고?

IBS 혈관연구단, 운동 학습 원리 밝혀
불필요한 시냅스 정리하고 핵심만 남겨

수영처럼 복잡한 동작의 운동을 학습할 때, 뇌에서 별아교세포가 불필요한 시냅스를 제거한다는 연구 결과가 발표됐다. [사진=펙셀스]

처음에는 어색하기만 한 운동 동작도 반복하다 보면 익숙해진다. 비틀거리며 타던 자전거도, 손발이 따로 놀던 수영도 연습을 계속하면 마치 한 동작처럼 자연스럽게 이뤄진다. 흔히 ‘몸이 기억한다’고 말하는 이 과정에서 뇌에는 어떤 변화가 생기는지를 국내 연구진이 규명했다.

정원석 기초과학연구원(IBS) 혈관 연구단 부연구단장은 사람이 운동을 배울 때 특정 뇌세포가 불필요한 시냅스(신경세포 간의 연결)를 제거하고 필요한 회로만을 남긴다는 연구 결과를 지난 23일 발표했다. 복잡한 운동 동작을 처음 배울 때는 뇌에 여러 신경회로가 만들어지지만, 나중에 익숙해지면 그 중 일부 핵심 회로만 남는다는 것이다.

연구에 따르면, 뇌의 회로를 정리하는 건 별아교세포였다. 별아교세포는 뇌에 가장 많이 존재하는 별 모양의 교세포다. 주로 신경세포를 보호하는 역할을 수행하고, 신경세포 간의 연결을 조절한다.

연구진이 반복적으로 운동하는 생쥐의 뇌를 정밀 분석한 결과, 운동을 할수록 별아교세포는 특정 시냅스를 먹어 치우는 빈도가 증가했다. 이를 통해 불필요한 동작에 해당하는 시냅스는 줄어들고, 사람은 군더더기 없는 동작을 수행할 수 있게 된다.

어떤 시냅스가 핵심인지를 판별하는 건 도파민의 역할이었다. 세포가 도파민을 어떻게 수용하는지에 따라 시냅스는 강화될 수도 제거될 수도 있다. D1형 수용체 단백질을 가지고 있는 경우, 도파민이 증가하면 시냅스는 강화되고 해당 동작은 뇌에 깊이 각인된다. 반면 D2형 단백질을 가지고 있으면 도파민이 증가할 때 별아교세포가 시냅스를 제거한다.

운동을 할수록 D1형 수용체를 가진 시냅스만 남도록 뇌 회로가 다시 쓰이고, 우리 몸은 핵심 동작만을 기억하게 되는 것이다.

운동을 많이 할수록 빨리 몸에 익는 이유 역시 밝혀졌다. 연구진이 대뇌 운동 피질의 신경 활동을 인위적으로 증가시키자 별아교세포는 더 많은 시냅스를 제거했다. 우리가 운동을 많이 할수록 대뇌 운동 피질의 활동은 증가한다. 운동이 뇌 회로 정리를 가속화한다는 뜻이다.

이번 연구 결과는 운동 기능 장애와 신경정신 질환을 치료하는 새로운 가능성을 열어준 것으로 평가된다. 사람이 어떻게 운동 동작을 학습하는지를 알았으니, 향후 운동 기능을 회복하는 방법으로 이어질 수 있기 때문이다. 파킨슨병, 중독 질환 같은 도파민 관련 질환의 원리를 이해하는 데도 중요한 단서를 제공한다.

정원석 부연구단장은 “학습이 단순히 새로운 시냅스를 만들 뿐 아니라, 필요 없는 연결을 제거하고 회로를 정교하게 재배선하는 과정까지 포함한다는 걸 알아냈다”며 “그 과정과 역할을 체계적으로 규명했다는 점에서 의의가 크다”고 설명했다.

정원석 기초과학연구원(IBS) 혈관연구단 부연구단장, 최영진 IBS 혈관연구단 학생, 김재익 UNIST 생명과학과 교수, 이영은 UNIST 대학원생. [사진=IBS]