IBS 연구진, 통증과 쾌락의 뇌 속 '교차점' 찾아

[이데일리 강민구 기자] 기초과학연구원(IBS)의 우충완 뇌과학 이미징 연구단 부연구단장 연구팀이 최명환 서울대 교수 연구팀, 토어 웨이거 미국 다트머스대 교수 연구팀과 감정 정보가 뇌에서 어떻게 공통으로 표상되는지 밝혔다.

우충완 기초과학연구원 뇌과학 이미징 연구단 부연구단장.(사진=기초과학연구원)

통증과 쾌락은 부정적·긍정적인 감정의 대표로 서로 관련이 없어 보이지만 연결돼 있다. 이들의 상호작용이 일어나는 뇌 영역 후보로 통증과 쾌락에 모두 반응하는 영역이 제안돼왔다. 기존 연구는 주로 쥐를 대상으로 해왔고, 사람을 대상으로 통증과 쾌락을 모두 유발한 연구는 드물었다.

연구팀은 개인 내에서 통증과 쾌락이 처리되는 뇌 영역을 확인하기 위해 자기공명영상(MRI) 기기 안에서 참가자에게 캡사이신 용액(통증 자극)과 초콜릿 용액(쾌락 자극)을 전달하는 실험 기기를 개발했다.

또 참가자가 MRI 기기 안에서 통증과 쾌락을 경험하는 동안 기능적 자기공명영상(functional MRI)으로 뇌의 활동 패턴을 기록했다. 참가자는 각 경험에 대한 불쾌함·유쾌함의 정도를 점수로 보고했다. 자극이 전달되면 참가자의 감정 점수는 높아져 일정 수준을 유지했다가 자극 전달이 끝나면 낮아지는 형태를 띠었다.

통증과 쾌락의 감정 정보 예측에 중요한 뇌 영역들.(자료=기초과학연구원)

연구팀은 참가자 58명의 영상 데이터에 기계학습 알고리즘을 적용해 뇌의 어떤 영역이 통증과 쾌락에 반응하는지 확인했다. 유의미한 반응을 보이는 뇌 영역 중 두 가지 경험에 모두 반응하는 뇌 속 공통 영역을 찾아냈다. 통증과 쾌락에 모두 반응하는 공통 영역은 뇌섬엽, 편도체, 전전두엽 피질 등 여러 개이며, 이곳에서 통증과 쾌락의 감정 정보를 공통으로 표상하는 것으로 조사됐다.

연구팀은 또 뇌 활동 패턴을 분석해 변화하는 유쾌·불쾌 감정 점수를 예측하는 두 가지 모델을 개발했다. 각 예측모델은 감정의 부호와 감정의 강도를 예측하는데 이들은 통증과 쾌락 간 상호작용을 나타내는 정보다. 두 예측모델은 새로운 참가자 62명의 fMRI 데이터에서도 감정의 부호와 강도를 예측했다.

감정의 부호와 강도를 예측하는 뇌 활동 패턴은 공통 영역 상에서도 공간적으로 구별됐다. 각 활동 패턴은 서로 다른 뇌 기능적 네트워크와 연결돼 있었다. 우리 뇌가 통증과 쾌락 간 상호작용을 다양한 정보로 처리함을 뜻한다.

우충완 부연구단장은 “통증과 쾌락에 관한 개별 연구는 있었지만, 한 개인 내 통증과 쾌락을 모두 유발해 비교한 연구는 거의 없었다”라며 “통증과 쾌락 간 상호작용을 통해 만성통증 환자에게 나타나는 우울 증상의 뇌 기전을 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다”라고 말했다.

연구결과는 국제학술지 ‘미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)’ 온라인판에 6월 11일 실렸다.