당신이 불안할 때, 먼저 알아채는 건 당신이 아니다. 별아교세포다.
Montreal 대학 연구팀이 최신 Neuron 논문에서 이런 발견을냈다. 성격살구핵에서 **별아교세포(astrocyte)**가 불안 상태를 추적하는데, 놀랍게도 신경세포는 그러지 못한다는 것이다.
불안은 누가 지키나
성격살구핵은 위협을 감지하고 불안과 공포 반응을调控하는 뇌 영역이다. 사람이 무서운 영화를 보거나 긴장에 빠지면 이 부분이 활성화된다는 건 기존 연구로 알려져 있었다.
그런데小鼠로 한 기존 연구에서 이상한 일이 있었다. 성격살구핵의 신경세포는 불안 상태를 표현하기보다는 방어 행동과 탐색 행동 사이의 전환을 표시할 뿐, 불안そのものを 추적하지 않았다.
이제 연구팀은 별아교세포를 살펴봤다.
방법: 칼슘 영상화와 기계학습
연구팀은 칼슘 이미징 기법으로mouse 성격살구핵의 별아교세포 활동을 측정했다. 칼슘 신호 방출이 설치류가 다양한 환경을 조사할 때 나타나는 동결, 주저함, 불안유사 행동과 함께 추적된다는 걸 확인했다.
elevated plus maze(올려진 십자가 미로) 실험에서 특히 뚜렷했다. mice가 미로의开放된 팔을 탐험할 때 별아교세포 활동이 올라갔고, suspended 미로 가장자리를 들여다볼 때마다 활동이 치솟았다.
덜 불안해 보이는 mice는 은밀한 곳에 더 많은 시간을 보내는 mice보다 전반적으로 낮은 별아교세포 활동을 보여줬다.
신경세포는 실패, 별아교세포는 성공
연구팀은 기계학습 모델을 각각 별아교세포 데이터와 신경세포 데이터에 훈련했다. 결과는 극명했다.
| 데이터 유형 | 정확도 |
|---|---|
| 별아교세포 | 82% |
| 신경세포 | 우연히 기대할 수준보다 높지 않음 |
별아교세포만으로 미로의开放된 팔과 은밀한 팔을 구분할 수 있었다. 신경세포 데이터로는做不到.
“별아교세포만으로도 mouse가 comfort zone에 있는지 아닌지 알 수 있다"는 Marc Freeman(Oregon Health & Science University) 교수의 말이다. “Public speaking을 무서워하는 사람의 별아교세포 칼슘이 엄청 높을 거다.”
메커니즘: 노르에피네프린이 매개한다
성격살구핵의 별아교세포를 자극하면freeze와 주저함이 촉진된다는 걸 확인했다. 이 효과는 알파-1 아드레날린 수용체에 대한 노르에피네프린 결합이 매개한다는 사실도 밝혀졌다.
아래 흐름이다:
- 위협 자극 → 노르에피네프린 분비
- 알파-1 수용체 활성화 → 별아교세포 칼슘 활동 ↑
- 별아교세포가 다른 뇌 영역에 “안전 신호” 전달
- 행동 변화(동결, 주저함) 나타남
알파-1 수용체를を持たない mice는 별아교세포 활동이 감소하고, 일반 mice보다 덜 경계하는 행동 패턴을 보였다.
자폐 스펙트럼과의 관련성
이 발견이 중요한 이유 중 하나는 자폐 스펙트럼과의 연결고리다.
별아교세포는 일부 신경정신병적 상태에서 변화가 나타나는 것으로 알려져 있다. 자폐에서도 별아교세포 기능 이상 관련 증거가 쌓여왔다. 이번 발견은 그런 어려움을 설명하는 데 기여할 수 있다.
또한 진정제(불안 완화제)가 별아교세포 활동을 억제함으로써 작동할 가능성도 제기된다. 케타민이 zebrafish에서 별아교세포 활동을 변화시켜 무력감을 억제한다는先前 연구도 비슷한 실마리를 제공한다.
우리 시스템에 적용하면 좋은 점
뇌-컴퓨터 인터페이스나 감정 인식 AI를 개발하는 분들에게 이 연구는 의미 있는 시사점을 준다.
1. 신경세포만이 전부가 아니다. 뇌 신호 분석에서 별아교세포 활동을 함께 고려하면 더 정밀한 추론이 가능하다.
2. 불안 상태의生物標本. 불안 추적 biomaker로서 별아교세포 칼슘 신호의价值를 검토할 수 있다.
3. 약물 개발 타겟. 알파-1 수용체를 통한 별아교세포 신호 경로가 새로운 불안 치료제 타겟이 될 수 있다.
마무리
뇌에서 **“계산하는 세포”**는 신경세포만은 아니었다. 별아교세포는 단순한 지지 세포가 아니라, 복잡한 행동을 조절하는 핵심 계산 유닛이었다.
“별아교세포는 이러한 회로에서 이해하고 신호를 전달하는 연산을 수행한다"는 Michael Wheeler(Harvard) 조교수의 말을借り하면, 뇌의 새로운 계산 원리를 우리는 아직 많이 모른다.
앞으로 불안 완화 약물이 별아교세포를标的对象로开发될 날이 올지도 모른다.
원문 : Astrocytes in mouse amygdala encode emotional state | The Transmitter