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행복감을 주는 화합물과 뇌 속 별 세포가 결합하는 과정에서 기억 형성 어떤 곳에 가면 유독 설레거나 기분이 좋아지는 경험을 할 때가 있다. 아련한 기억에 남은 추억의 장소일 때 특히 그렇다. 뇌가 그 장소와 관련된 선호하는 기억을 떠올리기 때문이다. 국내 연구팀이 그 구체적 과정을 처음으로 밝히는 데 성공했다. 공포와 같은 부정적 감각에 비해 상대적으로 연구가 덜 이뤄진 행복감을 느끼는 이유를 밝히는 길을 열었다는 평가다.

이창준 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단장과 배용철 경북대 치대 교수, 남민호 한국과학기술연구원(KIST) 연구원팀은 행복감을 유발하는 화합물인 ‘오피오이드’가 뇌세포의 일종인 ‘별세포’와 결합하는 과정에서 특정 장소를 좋아하는 기억이 형성된다는 사실을 밝혀 국제학술지 ‘셀 리포트’ 31일자에 발표했다.

흔히 신경 신호를 전달하는 ‘신경세포(뉴런)’가 뇌세포의 전부라고 알려져 있다. 하지만 실제 뇌는 신경세포 외에 다양한 세포로 구성돼 있다. 그 가운데 하나인 별세포는 뇌에서 가장 많은 수를 차지하는 별 모양의 세포로, 신경세포의 기능이 잘 유지되도록 돕는 역할을 한다. 최근에는 별세포에 다른 추가 기능이 많다는 사실이 속속 밝혀지고 있다.

이 단장은 2018년, 장소에 대한 기억을 담당하는 뇌 영역인 해마의 별세포에 엔도르핀이나 모르핀 등 행복감을 유발하는 오피오이드와 결합하는 일종의 ‘안테나’인 수용체가 있다는 사실을 밝혔다. 이 단장팀은 이 수용체와 오피오이드가 결합하는 과정이 행복한 경험을 했던 장소에 가면 기분이 좋아지는 현상의 원인이라는 사실을 구체적인 과정과 함께 처음 밝혔다.

연구팀은 쥐 실험을 통해 이 과정을 확인했다. 방을 2개 준비한 뒤 쥐가 어느 방을 더 좋아하는지 확인했다. 그 뒤 쥐가 좋아하지 않는 방에 있을 때 모르핀을 주사하고 다시 방의 선호도를 조사했다. 그 결과 원래는 좋아하지 않던 방을 주사 이후 더 좋아하도록 기억이 바뀌었다는 사실을 확인했다.

신경세포(뉴런, 보라색)과 그 주위 별세포(노란색)를 묘사한 그림이다. 별세포가 가진 특정 오피오이드 수용체(뮤오피오이드 수용체, 오렌지색)가 장소 선호 기억을 형성하고 오래 기억하는 데 관여한다는 사실이 밝혀졌다. 사진제공 IBS 연구팀은 또 이렇게 생긴 장소 선호 기억이 오래 유지되는 이유도 밝혔다. 별세포에서 뮤 오피오이드 수용체가 생기지 않도록 유전자를 바꾼 뒤 관찰한 결과 별세포의 오피오이드 수용체가 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트 분비를 촉진한다는 사실을 확인했다. 글루타메이트는 해마 시냅스 신경세포 사이의 신호 전달을 강화해 장기 기억을 강화했고, 이것이 오랜 시간이 지나서도 특정 장소를 선호하게 만드는 것이다.

논문 제1저자인 남 연구원은 “뇌에서 베타-엔돌핀 호르몬이 분비되거나 강력한 마약성 진통체인 모르핀을 투약하는 경우, 행복한 감정을 느낌과 동시에 장소에 대한 정보를 받아들여 특정 장소 선호 기억을 형성하게 된다”고 설명했다.

이번 연구는 공포 등 부정적 감정을 없애는 연구에 비해 상대적으로 적은 행복감 연구를 확장하는 데 단서가 될 전망이다. 또 중독 연구에도 도움이 될 것으로 보인다. 이 단장은 “행복한 감정과 좋아하는 감정뿐만 아니라 사랑이란 감정이 생기는 이유를 알아가는 데까지 연구를 확장해 나갈 계획”이라며 “오피오이드 수용체가 모르핀 중독과 관련돼 있을 가능성도 있는 만큼, 모르핀 중독 과정을 밝히고 치료법을 개발하는 데에도 기여할 것”이라고 말했다.

연구에 참여한 인지 및 사회성 연구단 인지 교세포과학 그룹. 사진제공 IBS

[윤신영 기자 ashilla@donga.com]

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