DIGIST·미 UCLA 연구팀, 도파민 역할 새로 규명

"1초 이내선 다른 신경 신호가 뇌 지배 가능성"

행복감과 우울, 의사결정 등에 관여하는 것으로 알려진 도파민이 1초 이내에서는 신경활동에 큰 영향이 없다는 연구결과가 나왔다.

예를 들어 1초 이내에서는 도파민이 최소 5배 이상의 강력한 신호를 줘야 행복감 등 신호를 느끼게 된다는 논리다.

DGIST(총장 이건우)는 뇌과학과 이광 교수팀이 미국과의 공동연구로 뇌 신경 신호와 선조체(뇌 신호를 종합하고 통제하는 장소)의 도파민 신호 사이의 상관관계를 새롭게 밝혀냈다고 10일 밝혔다.

DIGIST_도파민영향

일반적으로 도파민 신호는 학습, 운동, 동기부여, 의사 결정 등에 중요한 역할을 한다. 파킨슨병, 중독, 우울증 등 여러 질환과 관련성이 있는 화학적 신경조절 물질로 알려져 있다.

연구팀은 도파민 신호와 뇌 신경 신호처리 그리고 관련 질환의 관련성을 분석하기 위해 미국 UCLA 연구팀(Masmanidis 교수)과 전기적·화학적 뇌 신경 신호를 동시에 기록할 수 있는 ‘광신경칩 기반의 다중 뇌신호 모니터링 기술’을 개발했다.

연구팀은 이를 통해 인위적으로 조작된 선조체의 도파민 신호가 뉴런들의 활동전위(action potential) 변화를 유도하는지 확인하고, 기계학습을 통해 재검증했다.

이 결과 1초 미만의 척도에서는 선조체의 신경 활동이 도파민보다 다른 외부 신경 입력에 영향을 받는 것으로 확인됐다. 

도파민이 분비되지 않도록 했을 때 이 선조체에서 특이점이 발견되지 않았다는 설명이다. 그러나 인위적으로 일반 생리적 범위의 5배 이상 도파민을 분비했을 때에는 뇌 신경 신호처리에 큰 영향을 미치는 것을 확인했다.

이는 기존 학설로 알려진 내용과 다르게 특정 뇌 신경 신호처리에 있어 일반적인 도파민 신호보다 다른 인자의 영향이 있을 수 있음을 시사한다는 것이 이광 교수 설명이다.

이광 교수는 “이번 연구는 음식 보상 정도의 도파민 신호가 선조체의 신경 활동을 빠르게 형성하는 데 미미한 역할을 한다는 것을 최초로 증명했다"며 "도파민의 장기적인 기여도를 포함해 시간과 연관된 도파민의 정교한 생리학적 법칙을 규명하기 위해 후속 연구를 수행할 예정”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구 성과는 ‘네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)’  7월 온라인판에 게재됐다.