청소년 및 청년기 생활환경이 뇌(腦) 감각 기능과 신경 네트워크 형성에 중대한 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다.

특히 사회적 고립은 뇌 감각처리 네트워크를 심각하게 손상시키는 반면, 다양한 감각 자극과 활발한 사회적 상호작용은 뇌 기능을 향상시키는 것으로 확인됐다.

이정희 성균관대학교 의과대학 삼성서울병원 영상의학과 교수·정성권 생리학교실 교수·유태이 한국뇌연구원 연구원, 이태관 대구경북첨단의료복합단지 책임연구원·김길수 교수 연구팀은 이 같은 연구 성과를 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 최신호에 발표했다.

연구팀은 생후 4주부터 11주까지 수컷 생쥐를 ▲터널·회전 바퀴·둥지 등 물리적 자극과 사회적 교류가 풍부한 환경(Environmental Enrichment) ▲외부 자극 없이 단독 사육되는 사회적 고립 환경(Social Isolation) 등 두 그룹으로 나눠 사육했다.

이후 앞발, 수염, 시각, 후각 등 다양한 감각 자극을 가하면서 기능적 자기공명영상(fMRI)을 촬영해 자극별 뇌 활성 지도(activation map)와 감각통합(cross-modal) 반응을 정량·공간적으로 분석했다.

그 결과, 풍부한 환경에서 자란 생쥐는 고차원적인 시각·촉각 처리 능력이 향상되고 뇌의 기능적 네트워크 분리도가 유지됐으며, 감각-운동 통합(sensorimotor integration) 기능이 향상됐다.

반면, 사회적 고립 환경에서는 뇌 전체 기능적 연결성이 저하되고 네트워크 분리도가 감소했으며 후각 영역에서는 비정상적 과활성과 함께 후각 인식 능력 저하가 관찰됐다.

연구팀은 이와 함께 휴지기 뇌 연결성 분석(resting-state fMRI), 행동 실험, c-Fos 단백질 발현 분석 등을 통해 감각 자극이 국소 및 전뇌 수준의 신경 네트워크에 미치는 영향과 환경 변화에 따른 뇌 발달 재구성 과정을 규명했다.

이정희 교수는 “환경이 뇌 기능에 미치는 영향을 다중감각 자극 fMRI로 실증적으로 입증한 것은 세계 최초”라며 “학문적 가치가 크다”고 평가했다.

이태관 책임연구원은 “감각 자극과 사회적 상호작용은 뇌 발달에서 선택이 아닌 필수 요소”라며 “결정적 발달 시기 환경 노출이 감각 기능뿐 아니라 전반적인 뇌 연결성과 네트워크 통합 기능에 미치는 영향을 명확히 보여준 연구”라고 밝혔다.