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[기사] 김성연 교수 연구진, '추우면 이불덮고 더우면 외투벗고…'체온유지 행동' 뇌신경회로 찾았다'
  • Writer유전공학연구소
  • 날짜2021-11-03 10:20:05
  • Pageview682

기사원문: https://www.mk.co.kr/news/it/view/2021/11/1040091/
2021.11.03 04:05:02 매일경제 송경은 기자
 

김성연 서울대 화학부·유전공학연구소 교수 연구진

피부가 인지한 온도감각정보
전뇌 외측 시상하부로 전달
가치판단 하는 뉴런 활성화돼
체온유지 행동하도록 만들어

무의식 자율신경 연구 많지만
행동반응 관련된 연구는 처음
국제학술지 `뉴런` 게재 쾌거

우울증 등 동기부여 문제 관련
신경질환 연구 적용 가능성도


쌀쌀한 새벽에 뒤척이다 춥게 느껴지면 자다가도 이불을 찾아 덮기 마련이다. 이처럼 체온을 일정하게 유지할 수 있도록 추울 때는 따뜻함을 찾고 더울 때는 시원함을 찾도록 명령하는 뇌신경회로가 처음으로 밝혀졌다. 생리적 욕구로 인한 본능적인 행동 반응을 과학적으로 이해하는 데 중요한 전기를 마련한 것으로 평가된다.

김성연 서울대 화학부·유전공학연구소 교수 연구진은 최근 전뇌 외측 시상하부에서 'Vgat' 유전자를 발현하는 억제성 뉴런들이 체온 유지 행동에 핵심적인 역할을 한다는 사실을 처음으로 발견했다. 서울대 정시은·이명선·김동윤 박사과정 연구원이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '뉴런' 10월 22일자 온라인판에 게재됐다.

춥거나 더운 외부의 온도 자극 정보가 뇌의 어떤 영역에 입력되고, 구체적으로 어떤 뇌신경세포(뉴런)가 활성화돼 체온 유지 행동을 유도하는지 등 관련 신경회로를 밝힌 것은 이번이 처음이다.
 

체온 유지는 단세포 생물에서부터 사람에 이르기까지 생명 유지에 가장 중요한 조건 중 하나다. 특히 사람의 경우 체온이 섭씨 37도에서 단 몇 도만 벗어나도 건강에 위협을 받고, 이상 체온 상태가 장시간 지속될 경우 치명적일 수도 있다. 따라서 주변의 온도가 낮아지거나 높아질 경우 뇌는 이를 즉각 감지하고 체온 유지를 위한 반응을 일으킨다.

김 교수는 "추울 때 몸이 부르르 떨리거나 더울 때 땀이 나는 등 우리 몸의 무의식적인 자율신경 반응이 어떻게 일어나는지는 비교적 잘 알려졌던 반면 외투를 입거나 따뜻한 곳으로 가는 것 같은 행동적인 반응이 어떻게 일어나는지는 그동안 거의 연구된 바 없었다"며 "이번 연구 결과는 나아가 동기 부여가 잘못된 중독이나 동기 부여 수준이 일반인에 비해 떨어지는 우울증 등 동기 부여와 관련된 신경질환을 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대한다"고 설명했다.

일단 외부 온도에 변화가 생기면 피부의 온도 감각 수용체에서 온도 자극이 전기 신호로 바뀌고, 감각 신경 말단에서 이런 온도 감각 정보를 담은 전기 신호가 척수신경을 통해 뇌로 전달된다. 온도 감각 수용체를 발견한 데이비드 줄리어스 미국 샌프란시스코 캘리포니아대 생리학과 교수는 올해 노벨 생리의학상을 수상한 바 있다.

김 교수 연구진은 이 같은 외부 온도 자극 정보가 후뇌 부완핵을 통해 전뇌 외측 시상하부로 전달된다는 것을 발견했다. 만약 체온 유지 행동이 필요할 정도의 불쾌한 온도 자극이 생겼을 경우에는 외측 시상하부의 Vgat 유전자를 발현하는 억제성 뉴런들이 활성화하는 것으로 나타났다. 이는 사람이 옷을 여미거나 따뜻한 난로를 찾는 등 체온을 유지하려는 행동적 반응으로 이어졌다.

연구진은 체온 유지 행동이 동기 부여된 행동이라는 점에 착안해 가치 판단과 동기 부여에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 외측 시상하부에 주목했다. 특히 외측 시상하부에서 Vgat 뉴런들은 먹는 행동, 사냥 행동, 사회적 행동 같은 다양한 동기 부여된 행동을 일으키거나 조절하는 데 관여하는 것으로 앞서 밝혀진 바 있다. 체온 유지 행동 역시 외측 시상하부의 Vgat 뉴런들이 중요한 역할을 할 것이라는 가설을 세운 뒤 이를 실험으로 검증한 것이다.


연구진은 화학적인 방법으로 특정 뉴런 집단의 신경 활성을 조작하는 화학유전학 기술을 이용해 실험 쥐에서 외측 시상하부의 Vgat 뉴런의 활성을 억제했다. 그 결과 추운 곳에서 따뜻한 램프를 켜는 행동을 비롯해 춥거나 더운 곳을 피해 적절한 온도를 찾아가는 행동과 추위를 피해 둥지를 짓는 행동, 더운 환경에서 몸을 늘어뜨려 열을 식히는 행동과 같은 여러 체온 유지 행동이 감소하는 것으로 나타났다. 김 교수는 "이는 외측 시상하부의 Vgat 뉴런들이 다양한 체온 유지 행동에 필수적인 역할을 한다는 뜻"이라고 설명했다.

이어 연구진은 이광자현미경 기술을 이용해 외측 시상하부 Vgat 뉴런들의 활성이 어떤 정보를 담고 있는지 밝혔다. Vgat 뉴런들은 더운 환경에서 주어지는 열기 같은 불쾌한 온도 자극이 주어질 경우에는 활성화했고, 반대로 추운 환경에서 주어지는 열감 같은 기분 좋은 온도 자극에 대해서는 억제됐다.  
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