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유아기 뇌를 만들어 청각을 회복시키는 방법

Can Hearing Be Restored by Making the Brain More Childlike?

생쥐를 이용한 실험을 통해, 과학자들이 소리 처리 능력이 발현되는 생애 최초의 중요한 시기를 되돌리고 있다. 늙은 개에게 새로운 기술을 가르칠 수 없다. 그렇지 않은가? 교과서를 통해 유아기 초기에 소리를 비롯한 다른 입력 신호를 처리하는 방법을 신경회로가 형성할 수 있는 짧은 기회가 있음을 알고 있다. 이 결정적인 시기에 적절한 자극이 없으면 뇌 발달에 돌이킬 수 없는 영구적인 부정적인 효과를 일으킨다.

하지만 새로운 연구에서 성인 쥐의 청각 시스템을 유아기 초기와 비슷한 미성숙 상태로 되돌리면 새로운 소리를 배우는 능력을 개선할 수 있음을 발견했다. 6월 29일 자 사이언스지에 게재된 이 연구는 신경질환 환자의 뇌 기능 회복 가능성과 성인의 언어 및 악기 학습능력을 향상할 수 있는 방법을 제시하고 있다.

쥐의 경우 뇌의 주름진 외부 표면인 피질이 소리 처리에 매우 민감한 시점이 결정적인 기간이 된다. 가소성이 있는 이 상태가 뇌 회로의 특정 연결을 강화하여 청각 반응을 미세 조정하고 서로 다른 음색을 구분할 수 있는 능력을 향상해 준다. 인간의 경우 이 결정적인 시기에 언어습득을 시작할 수 있는 것과 비교할 수 있지만 가소성은 나이가 들어감에 따라 급속도로 저하되어 이런 능력을 배우는 것이 더 어려워진다.

2011년 세인트 주드 어린이 연구 병원의 제이 브런던과 연구진은 청각 피질과 시상 회로를 연결하는 것이 동시에 일어나는 시점이 결정적인 시기라고 발표했다. 시상은 감각기관과 대응되는 피질영역 사이에 정보를 중계하는 역할을 한다. 이 발달 시기를 조절하는 것은 아데노신으로 결정적인 시기가 지나면 농도가 상승한다. 이로 인해 감각 세포와 피질 간의 통신이 차단된다.

최근 연구에서 아데노신을 차단하여 청각 피질의 가소성을 회복시킬 수 있는지를 알아보았다. 한 실험에서는 건강한 어른 생쥐의 청각 피질이 순수한 음색에 어떻게 반응하는지를 보기 위해 미세전극을 이용했다. 반응을 비교하기 위해 유전적으로 아데노신이 결합하는 세포 표면 수용체가 결핍된 생쥐와 비교했다. 그 결과 아데노신 수용체가 결핍된 생쥐의 경우 정상적인 쥐보다 더 넓은 영역의 주파수에 반응하는 것으로 밝혀졌다.

아데노신 신호를 차단하는 것은 성인의 가소성을 확장시켜 언어 학습을 더 효율적으로 만들어 줄 수 있다. 언어를 배우는 것은 2~3세 아이들에게는 매우 쉬운 일이지만 어른들에게는 어려운 일이다. 하지만 시상에서 아데노신의 생산이나 신호를 차단하면 더 빨리 정보를 습득하고 더 오래 유지하는 것은 물론이고 억양을 사라지게 만들 수도 있을 것이다. 이 연구에 대한 반론도 제기되고 있다. 아데노신 신호를 방해하는 것은 시상의 뉴런 흥분도를 변화시키는데, 이로 인해 그 원인이 아데노신 억제를 통한 가소성 변화인지 시상의 다른 세포 경로의 활성도 변화로 인한 것인지 명확하지 않다는 것이다.

하지만 브런던과 연구진은 연구 결과를 지지하면서 아데노신을 증가시키면 시상 내의 신경전달물질인 글루타메이트 방출을 감소시켜 청각 피질의 신경세포 활성도를 줄인다고 말했다. 아데노신 신호를 줄이는 것은 성인에서 피질 가소성을 회복시키는데 충분하지만 청소년기에 아데노신 수용체의 활성은 그 효과를 충분히 방지할 수 있다고 말했으며, 다른 프로세스가 청각 피질 가소성이나 청각적 인지를 변화시킬 수도 있지만 아직 보고된 바 없어 연구에서 제외했다고 덧붙였다.

왜 나이가 들면 새로운 언어를 습득하는 것이 어려운지를 과학적으로 설명해주고 있으며, 아데노신 신호를 조절함으로써 뇌 가소성을 높여 성인도 쉽게 언어 및 음감을 개발할 수 있음을 보여주고 있다.

[KOSEN 동향] 유아기 뇌를 만들어 청각을 회복시키는 방법