전전두엽 기능 저하 아닌 ‘회로 조절 불균형’ 때문
PV 신경세포가 중독 행동 조절하는 원리 규명
마약 중독은 의지력 문제 아닌 신경 회로 현상
향후 마약 중독 정밀 타깃 치료 가능성 제시

(왼쪽부터) UCSD 생명과학과 정민주 박사, UCSD 생명과학과 임병국 교수, KAIST 뇌인지과학과 백세범 석좌교수. KAIST 제공

연구이미지(ai 생성 이미지). KAIST 제공

마약 중독은 약물을 끊은 뒤 오랜 시간이 지나도 사소한 자극에 다시 갈망이 되살아나 재발 위험이 매우 높다. 그동안 이러한 현상은 충동을 조절하는 전전두엽 피질(PFC)의 기능 저하 때문으로 여겨졌다.

하지만 최근 국내외 공동 연구진은 중독 재발의 원인이 단순한 뇌 기능 저하가 아니라 특정 신경세포 회로의 불균형이라는 사실을 밝혀냈다.

한국과학기술원(KAIST)은 뇌의 전전두엽 내 특정 억제성 신경세포가 마약인 코카인 중독 행동을 조절하는 사실을 규명했다고 9일 밝혔다.

KAIST 뇌인지과학과 백세범 석좌교수와 미국 캘리포니아주립샌디에이고대학(UCSD) 임병국 교수 연구팀은 파발부민(PV) 신경세포가 뇌의 흥분 신호를 조절하는 일종의 '브레이크 게이트' 역할을 하고, 금단 이후 나타나는 마약 탐색 행동을 결정짓는 중요한 요소임을 확인했다.

우리 뇌의 전전두엽 피질(PFC)은 흥분 신호와 억제 신호가 균형을 이뤄야 충동을 억제하는 '브레이크' 기능을 수행할 수 있다. 연구팀은 만성 약물 노출이 이러한 균형을 어떻게 무너뜨리는지 확인하기 위해 쥐를 대상으로 코카인 투여 실험을 진행했다.

그림. 코카인 탐색 행동 과정에서 전전두엽 억제성 신경세포의 개별 활성, 집단 활성 패턴, 그리고 행동 조절 효과를 단계별로 비교한 그림. KAIST 제공

실험 결과, PFC 내 억제성 신경세포의 약 60∼70%를 차지하는 PV 세포는 쥐가 코카인을 찾으려 할 때 활발하게 작동했다. 하지만 더 이상 약물을 찾지 않도록 훈련하는 '소거 훈련'을 진행하자 이 세포의 활동은 눈에 띄게 줄어들었다. 이는 PV 세포의 활동 양상이 중독에 의해 고정되는 것이 아니라 소거 과정을 통해 다시 조절될 수 있음을 보여준다.

연구팀은 신경 활동을 인위적으로 조절해 PV 세포의 활동을 억제하자 쥐의 코카인 탐색 행동이 많이 감소하는 것을 확인했다. 반대로 이 세포를 활성화하면 소거 과정 이후에도 약물을 다시 찾는 행동이 지속됐다.

이러한 효과는 설탕물과 같은 일반적인 보상에는 나타나지 않았으며, 마약 중독 행동에서만 특이하게 관찰됐다. 이는 같은 억제성 신경세포인 소마토스타틴(SOM) 세포에서는 나타나지 않는 현상으로, PV 세포가 마약 중독 행동을 선택적으로 조절한다는 점을 보여준다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 마약 중독 재발은 전전두엽 전체의 기능 저하 때문이 아니라 PV 세포가 전전두엽과 보상 회로를 잇는 신경 경로의 조절 여부에 따라 결정되는 현상이라는 것을 밝혀냈다.

백세범 석좌교수는 "이번 연구는 약물 중독이 특정 신경세포와 하위 신경 회로의 조절 균형이 붕괴하면서 나타나는 회로 수준의 문제임을 보여준다"며 "PV 세포가 중독 행동의 게이트 역할을 한다는 발견은 향후 정밀 표적 치료 전략 개발의 중요한 단서가 될 것"이라고 말했다.

송현수 기자 songh@busan.com