“어른의 뇌도 스스로 리모델링한다”⋯ 성인기 ‘감각 검문소’ 업그레이드 원리 세계 첫 규명

(왼쪽부터) 연세대 정은지 교수·이동수 박사, DGIST 고재원 교수, 충남대 한경아 교수./ DGIST 제공

청소년기를 지나면 뇌의 감각 회로는 더 이상 변하지 않는다는 통념이 깨졌다. 성인기에도 뇌가 스스로 회로를 재구성해 감각 인지의 정밀도를 높인다는 연구 결과가 나왔다.

DGIST 뇌과학과 고재원 교수팀과 연세대학교 생명공학과 정은지 교수팀은 공동연구를 통해 성인기에도 뇌의 ‘감각 검문소’가 능동적으로 재편되며, 이 과정이 고해상도 감각 인지에 필수적이라는 사실을 세계 최초로 규명했다. 이번 연구는 세계적 권위의 뇌과학 학술지 Neuron에 2월 18일 온라인 게재됐다.

그동안 신경과학계에서는 감각 회로가 아동기의 ‘결정적 시기(critical period)’를 거치며 완성되고, 이후에는 구조적으로 고정된다는 견해가 지배적이었다. 그러나 연구팀은 생쥐 모델의 발달 단계를 정밀 분석한 결과, 청소년기에서 성인기로 넘어가는 과정에서도 특정 회로 재구성이 일어난다는 사실을 확인했다.

연구의 초점은 시상부에 위치한 시상망상핵(TRN, thalamic reticular nucleus)이었다. TRN은 외부 자극이 대뇌 피질로 전달되기 전 이를 조절하는 일종의 ‘감각 관문’으로, 수많은 자극 가운데 중요한 정보만을 선별하는 역할을 한다.

연구 결과, 성인기에 접어들면서 TRN으로 유입되는 특정 흥분성 신호가 감소했고, 그에 따라 미세한 촉감 차이를 구별하는 능력은 오히려 향상됐다. 

이는 단순한 경험 축적의 결과가 아니라, 성인 뇌가 감각 정보 처리 효율을 높이기 위해 회로를 능동적으로 재조정하는 성숙 과정이라는 게 연구팀의 설명이다. 즉, 불필요한 감각 신호를 더 정교하게 걸러내고 중요한 정보는 더욱 선명하게 남기는 방향으로 ‘업그레이드’가 이뤄진다는 것이다.

연구팀은 이러한 회로 재설계의 핵심 분자로 시냅스 접착단백질 ‘LRRTM3’를 지목했다. TRN에 특이적으로 풍부한 LRRTM3는 신경세포 간 연결을 정밀하게 조율해 성인형 고해상도 감각 인지 모드로의 전환을 돕는 역할을 한다. 

실제로 TRN에서 LRRTM3 유전자를 제거한 생쥐는 성인기에 나타나야 할 회로 정교화가 충분히 이뤄지지 않았고, 미세 촉감 구별 능력도 현저히 저하됐다.

이는 성인기의 감각 능력 향상이 단순한 학습 효과가 아니라, 분자 수준의 조절에 기반한 회로 재구성과 직결돼 있음을 보여주는 결과다.

이번 연구는 자폐 스펙트럼 장애, 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD), 조현병 등 감각 정보 처리 이상이 동반되는 신경정신질환 연구에도 새로운 관점을 제시한다. 감각 인지 장애를 개인의 행동 특성 문제가 아닌, 성인기에도 조절 가능한 TRN 회로 성숙 메커니즘의 문제로 이해할 수 있는 과학적 토대를 마련했다는 평가다.

또 성인기 이후에도 뇌 가소성이 유지된다는 점을 구체적으로 입증함으로써, 향후 감각·인지 기능 회복을 목표로 한 치료 표적 발굴과 회로 기반 신경조절 전략, 디지털 치료 및 재활 기술 개발에도 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 고령화 사회에서 감각과 인지 기능 저하는 삶의 질과 직결되는 만큼, 이번 성과는 성인 이후 기능 회복 가능성을 넓혔다는 점에서 파급력이 크다.

이번 연구는 DGIST 고재원 교수팀과 연세대 정은지 교수팀이 각자의 전문성을 결합해 이룬 학제 간 공동연구 성과다. 이동수 박사(연세대)와 한경아 충남대 교수(전 DGIST 연구교수)가 공동 제1저자로 참여했다. 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 리더연구사업과 삼성미래기술육성사업, 중견연구사업, 세종펠로우십의 지원을 받아 수행됐다.

/김락현기자 [e-mail]