"힘들어져도 계속하게 만드는 힘"...'동기 유지' 관여 뇌세포 찾았다

日 나고야대, 쥐 실험서 ‘오렉신 뉴런’ 역할 규명

목표를 이루기 위해 갈수록 더 많은 노력이 필요한 상황에서도 행동을 계속하도록 돕는 뇌의 작동 원리가 쥐 실험을 통해 확인됐다. 

일본 나고야대학교 연구진은 ‘오렉신 뉴런(orexin neurons)’이 보상을 얻기 위한 동기와 노력의 지속을 조절하는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 쥐 실험을 통해 확인했다고 최근 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 게재됐다.

오렉신 뉴런은 수면과 각성, 식욕, 에너지 소비 등 다양한 생리 기능을 조절하는 것으로 알려진 신경세포다. 기존 연구에서도 동기 부여와 관련이 있을 가능성이 제기됐지만, 목표를 달성하기 위해 노력을 지속하는 과정에서 구체적으로 어떤 역할을 하는지는 명확하게 밝혀지지 않았다.

공부하는 모습 (사진=클립아트코리아)

연구진은 이를 확인하기 위해 오렉신을 생성하는 뉴런만 선택적으로 조절할 수 있도록 유전자를 변형한 ‘오렉신-Cre’ 쥐를 만들었다.

이어 쥐가 먹이를 얻기 위해 점점 더 많은 행동을 해야 하는 ‘점진적 비율’ 실험을 진행했다. 예를 들어 처음에는 적은 횟수의 행동으로 먹이를 받을 수 있지만, 보상을 반복해서 얻으려면 갈수록 더 많은 행동을 해야 하는 방식이다.

연구진은 쥐가 결국 노력을 포기하는 지점인 ‘브레이크포인트’를 동기의 강도를 나타내는 지표로 삼았다.

그 결과 화학유전학적 방법으로 오렉신 뉴런을 활성화한 쥐는 더 높은 브레이크포인트를 기록했다. 같은 먹이를 얻기 위해 더 많은 노력을 감수했다는 의미다. 반대로 오렉신 뉴런을 선택적으로 퇴화시킨 쥐는 브레이크포인트가 낮아져 보상을 얻으려는 동기가 약해졌다.

보상 기다릴 때 활성화…못 받으면 높은 상태 유지

연구진은 오렉신 뉴런이 언제 활성화되는지도 실시간으로 관찰했다.

‘광섬유 광도측정법(fiber photometry)’을 이용해 쥐가 먹이를 기다리고 실제로 받는 동안 뉴런 활동을 측정한 결과, 먹이라는 보상을 기대하는 동안 오렉신 뉴런의 활동이 증가했다. 이후 실제 먹이를 받으면 활동 수준은 떨어졌다.

흥미로운 점은 예상했던 먹이가 나오지 않았을 때다. 이 경우 오렉신 뉴런은 높은 활성 상태를 계속 유지했다.

또 보상을 얻는 데 필요한 노력의 양이 증가할수록 오렉신 뉴런의 반응 역시 강해졌다. 연구진은 이를 뇌가 ‘앞으로 받을 보상에 대한 기대’와 ‘그 보상을 얻기 위해 필요한 노력’을 연결하는 과정과 관련된 현상으로 보고 있다.

오렉신 뉴런 억제하자 ‘포기’ 빨라졌다

연구진은 한 단계 더 나아가 오렉신 뉴런 활동이 실제 행동에 영향을 미치는지 확인하기 위해 광유전학 기술을 사용했다.

쥐가 보상을 기대하는 순간 오렉신 뉴런 활동을 억제하자 행동에 변화가 나타났다. 노력이 필요한 과제를 끝내는 데 더 오랜 시간이 걸렸으며, 브레이크포인트 역시 낮아졌다. 이전보다 일찍 노력을 중단한 것이다.

반대로 같은 시점에 오렉신 뉴런을 인위적으로 더 활성화했을 때는 쥐가 추가로 더 많은 노력을 하지는 않았다.

이는 오렉신 뉴런이 정상적인 동기를 ‘유지하는 데 필요’하지만, 단순히 뉴런을 강하게 자극한다고 해서 동기가 계속 높아지는 것은 아니라는 점을 시사한다.

연구를 이끈 미조구치 히로유키 나고야대 의과대학 부교수는 “예상되는 보상과 필요한 노력에 따라 오렉신 뉴런의 활동이 크게 변화한다는 사실을 확인했다”며 “이는 기대를 지속적인 행동으로 전환하는 잠재적인 메커니즘을 보여준다”고 설명했다.

연구진은 앞으로 오렉신 뉴런으로 정보를 전달하는 신경회로와 오렉신 뉴런의 신호를 전달받는 회로를 추가로 규명할 계획이다.

이번 연구는 쥐를 대상으로 진행된 만큼 사람의 동기나 의욕 저하에 같은 메커니즘이 그대로 적용된다고 단정할 수는 없다. 다만 연구진은 오렉신 뉴런과 관련 신경회로에 대한 이해가 깊어지면 향후 우울증이나 ADHD 등에서 나타날 수 있는 동기 저하와 목표 지향적 행동 유지의 어려움을 이해하는 데 새로운 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대했다.