통증 요인들이 어떻게 통합돼 우리가 통증을 경험하게 하는지 메커니즘이 밝혀졌다.
기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 우충완 뇌과학 이미징 연구단 부단장(성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 부교수)과 유승범 참여교수(성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 조교수) 공동연구팀이 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 측정한 뇌 활동 데이터 기반으로 통증 정도 기대치와 실제 자극 세기를 뇌가 어떻게 통합하는지 규명했다고 23일 밝혔다.
통증은 외부 자극에 대한 단순한 반응이 아니라, 생물학·심리학적 요인이 복합 작용하는 경험이다. 통증 강도는 외부 자극 세기뿐 아니라, 자극이 얼마나 아플 것인가 기대치에도 영향을 받는다. 이런 통증 요인들이 어떻게 하나의 통증 경험으로 통합되는지 알려진 바가 없었다.
연구팀은 피험자들에게 앞으로 주어질 열 자극(통증 자극)이 얼마나 아플지 예측하게 했다. 이후 열 자극 기기로 다른 강도의 자극을 전달하며 fMRI로 뇌 신호를 측정했다.
그 결과 같은 자극 세기에도 통증이 클 것으로 예상한 피험자가 그렇지 않은 이보다 더 아프다고 보고했다. 통증 기대치와 자극 세기가 통합돼 통증을 느낀 것이다.
이처럼 뇌 피질계층(감각 자극부터 복잡한 인지 과정까지 정보를 처리하는 단계별 조직 구조)별 fMRI 데이터를 분석한 결과 감각 영역과 같은 낮은 층위 영역, 연합 영역과 같은 높은 층위 영역 등 모든 피질계층 뇌 영역에서 예측과 자극 정보를 모두 보존하고 있었다.
다만 정보 통합은 오직 높은 층위에서만 이뤄졌다. 특히 피질계층 영역별로 각 통증 정보를 보존하는 하위 공간이 존재했고, 높은 층위에서는 각 하위 공간에서 나오는 정보 패턴 합과 실제로 피험자들이 보고한 통증 양상이 일치했다. 통증 정보가 높은 층위 영역에서 통합돼 통증 경험을 형성함을 규명했다.
이번 성과로 통증 정보들이 어떻게 통합되는지 수학적 원리를 밝혀낸 것이다.
우충완 부단장은 “이번 발견은 신경과학적 통증 이해를 확장하는 중요한 기틀을 마련했을 뿐 아니라, 새로운 만성 통증 치료 전략 개발에 중요한 단서를 제공했다”고 밝혔고, 유승범 교수는 “뇌 활성화 패턴의 기하학적 정보를 이용해 각기 다른 정보의 통합 메커니즘을 밝힌 혁신적 연구”라고 전했다.
이번 연구는 사이언스 어드밴시스 12일자에 온라인 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
