두뇌 발달의 비밀: 시상-대뇌피질 연결성의 역할과 중요성

아이들의 두뇌 발달은 평생의 인지 능력과 건강에 큰 영향을 미칩니다. 최근 연구에 따르면 시상-대뇌피질 연결성이 뇌의 기능적 네트워크 형성에 중요한 역할을 한다고 합니다. 이 글에서는 이 연구의 주요 발견과 그 의미를 살펴보겠습니다.

 

▲ 발달 단계에 따른 신피질 투사지도의 변화 영상(29~44주, 8~22세)[출처:기초과학연구원]

 

두뇌의 기능적 네트워크

두뇌는 외부수용성과 내부모델링이라는 두 가지 주요 시스템을 통해 정보를 처리합니다. 외부수용성은 시각적 정보를 처리하는 기능을 말하며, 내부모델링은 이 정보를 바탕으로 외부 세계에 대한 인과관계를 깊이 이해하는 기능입니다. 이러한 두 가지 시스템은 대규모 기능적 전뇌 네트워크에 포함되며, 이는 뇌 발달과 밀접한 관련이 있습니다.

 

시상-대뇌피질 연결성의 역할

기초과학연구원(IBS) 뇌과학 이미징 연구단 홍석준 참여교수(성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 교수) 연구팀은 뇌의 외적 정보처리와 내적 정보처리를 담당하는 대규모 기능적 전뇌 네트워크들이 형성되는 과정을 아이들의 뇌 영상을 성장 시기별로 분석해 최초로 밝혀냈습니다.

 

시상은 뇌의 중심부에 위치하며, 다양한 감각 정보를 대뇌피질로 전달하는 중계 역할을 합니다. 최근 연구에 따르면 시상은 단순히 감각 정보의 중계 역할뿐만 아니라 상위 인지 기능에도 영향을 미친다고 밝혀졌습니다. 연구진은 시상과 대뇌피질 간의 연결성이 뇌 발달 과정에서 어떻게 변화하는지를 조사했습니다.

 

연구 방법

이번 연구는 유아기부터 성인기에 이르는 다양한 연령대의 뇌 영상 데이터를 분석하는 최신 뇌 영상 분석기법을 사용했습니다. 또한, 유전자 발현 데이터를 활용하여 시상-대뇌피질 연결성이 뇌 발달에 어떤 영향을 미치는지를 분석했습니다. 이러한 접근법을 통해 시상이 태아기뿐만 아니라 태어난 이후에도 두뇌 기능적 세분화에 중요한 역할을 한다는 점을 확인했습니다.

 

연구 결과

연구 결과, 시상-대뇌피질 연결성은 나이에 따라 다른 역할을 한다는 점이 밝혀졌습니다. 유아기에는 시상과 감각 정보를 전달하는 대뇌피질 영역 간의 연결성이 뚜렷하고, 뇌 발달과 관련된 유전자가 활발히 발현되었습니다. 그러나 성인기로 넘어가면서 현저성 네트워크와의 연결성이 주축이 되어 외부수용성과 내부모델링 시스템이 분리되었습니다. 이는 각 시스템이 명확히 다른 역할을 수행하게 되어 기능적 세분화가 이루어졌다는 의미입니다.

 

연구의 의미와 향후 전망

홍석준 교수는 “태아의 뇌가 형성될 때 시상이 중요한 역할을 한다고 알려져 있었지만, 태어난 이후에도 기능적 전뇌 네트워크의 발달에 영향을 미침을 밝혀냈다”며, “이를 통해 내·외적 시스템 발달 부진으로 나타나는 자폐, 조현병 등 다양한 뇌 질환의 기전을 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다”고 말했습니다. 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)’ 온라인판에 2024년 6월 10일 게재됐습니다.

이번 연구는 시상-대뇌피질 연결성이 내·외적 정보처리 과정을 담당하는 기능적 전뇌 네트워크의 초기 형성과 발달에 기초 틀을 제공한다는 것을 처음으로 밝혔습니다. 이는 뇌 발달에 대한 이해를 높이고, 대뇌피질의 기능적 세분화가 뇌 질환과 어떻게 연관되는지에 대한 중요한 단서를 제공합니다. 앞으로의 연구는 이러한 연결성이 자폐나 조현병 등 뇌 질환의 기전을 이해하고 치료법을 개발하는 데 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다.

 

맺음말

이번 연구는 시상-대뇌피질 연결성이 뇌 발달에 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀냈습니다. 이를 통해 자폐나 조현병 등 뇌 질환의 기전을 이해하고 치료법을 개발하는 데 중요한 단서를 제공할 수 있습니다. 앞으로의 연구가 기대됩니다.

 

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