원숭이로 실험을 하더라도 효과는 인간에게 적용 될 수 있기 때문이다. "사람과 원숭이의 차이는, 특히 뇌의 기본 수준에서 매우 작다.“

깨어 났습니까? 아니면 아직 의식이 없습니까?

시상의 영역은 분명히 이 질문에서 결정적인 역할을 한다. 뇌 자극에 의해 이 곳이 자극되면, 지금까지 실험이 보여준 것처럼 마카는 깊은 마취에서 깨어날 수 있다. 이것은 이 분야가 인간의 각성에 관여하고 있음을 암시하며, 연구원들이 "Neuron"저널에 보고한 것처럼 이러한 자극을 통해 혼수 상태의 환자를 깨울 수 있는 기회를 열어 줄 수도 있다.

▲ 파킨슨 병에서 심부 뇌 자극을 위해 전극을 사용하는 모습 © Andreashorn/CC-by-sa 4.0

뇌의 어느 부분이 우리 의식의 중심일까?
어떤 뉴런 활동 패턴이 우리가 깨어 있는지, 아니면 빠져 나갈지를 결정할까?
지금까지 결정적인 대답은 없다. 그러나 연구에 따르면 깨어있는 의식에는 대뇌 피질과 시상-중뇌의 일부 사이의 상호 작용이 필요하다. 마취제는 이러한 의사 소통을 막으며 이러한 연결은 혼수 상태 환자에게도 방해가 되는 것 같다.

뇌 자극을 사용하여 추적

위스콘신 대학교 매디슨의 미셸 레딘바우(Michelle Redinbaugh)와 동료들은 이제 인간의 의식을 해독하는 데 한 걸음 더 다가 섰다. 그들은 짧은 꼬리 원숭이가 깨어있을 때와 잠들고 마취 될 때 뇌 활동을 먼저 분석했다. 시상과 뇌 피질의 깊은 층에 있는 뉴런은 의식 상태의 변화에 ​​반응하는 것으로 나타났다.

이 영역들은 어떻게 연결되어 있을까? 그리고 그들 중 누가 잠을 깨거나 잠을 자라는 신호를 줄까요? 연구자들은 파킨슨 병이나 우울증에 대한 심부 뇌 자극과 비슷한 시상과 피질의 다양한 위치에 원숭이에게 전극을 이식했다. 그런 다음 약한 전류 자극으로 이 부위를 자극하는 동안, 동물들은 깊은 잠을 자거나 마취 상태에 있었다.

수면과 마취에서 깨어남

놀랍게도 연구자들이 시상에서 특정 부위를 자극하면 짧은 꼬리 원숭이가 갑자기 일어났다. 레딘바우(Redinbaugh)와 그의 동료들은 “원숭이들이 눈을 뜨고 깜빡 거리며 눈물을 흘리며 얼굴과 몸을 움직였다. 동물들은 또한 터치 자극에 반응하고 그들의 호흡 및 심박수가 가속화되었다.

레딘바우의 동료 유리 살만은 “그들은 깨어있는 것처럼 행동했다. 뇌 활동의 패턴에서 이 사실을 분명히 알 수 있었다.”고 말했다. 이런 깨우기는 잠자기나 프로포폴이나 이소플루란으로 마취 된 원숭이 모두에서 작동했다. 그러나 뇌 자극이 멈추자 마자 동물들은 즉시 깊은 무의식 상태에 빠졌다.

우리의 인식을 위한 핵심 센터

연구원들에 따르면 이것은 소위 중심 측 시상이 의식에서 핵심적인 역할을 한다는 것을 보여준다. 시상과 대뇌 피질 사이의 복잡한 통신 네트워크를 활성화시키는 충동을 주는 것으로 보인다. 다른 한편으로, 이 시상 영역과 관련된 피질층의 자극은 실험에서 나타난 바와 같이 깨어난 상태를 야기하기에 충분하지 않다.

▲ Image by Gerd Altmann from Pixabay

그러나 이것이 실제로 무엇을 의미할까?
결과는 우리의 의식이 어떻게 작용하고 어떻게 발생하는지에 대한 더 깊은 통찰력을 제공한다. 시애틀 뇌과학 앨런연구소(Allen Institute for Brain Science)의 크리스토프 코흐(Christof Koch)가 논평에서 강조한 것처럼 원숭이로 실험을 하더라도 효과는 인간에게 적용 될 수 있기 때문이다. "사람과 원숭이의 차이는, 특히 뇌의 기본 수준에서 매우 작다.“

혼수 상태 환자에 대한 희망?

다른 한편으로, 실험은 코마 환자가 언젠가 그러한 뇌 자극에 의해 깨어날 수 있다는 희망을 준다. "우리 연구의 주요 동기는 의식 장애를 가진 사람들이 더 나은 삶을 살도록 돕는 것이다."라고 Redinbaugh는 말한다. “이를 위해서는 먼저 인식에 필요한 메커니즘이 무엇인지 이해 해야한다. 그런 다음 우리는 뇌의 이 부분을 목표로 삼을 수 있다."

실제로, 연구팀은 시상 초음파 자극으로 2016년 코마 환자를 깨우는 데 이미 성공했다.
코넬 대학(Cornell University)의 니콜라스 쉬프(Nicholas Schiff)가 이끄는 또 다른 팀은 중심 시상의 표적 자극을 통해 코마 환자의 뇌파에서 적어도 하나의 측정 가능한 변화를 달성했다. 라이프치히 독일 영장류 센터의 이고르 카간(Igor Kagan)은 “다른 뇌 연구자들도 이 접근법이 매우 유망하다고 본다.이런 연구는 테라피와 병원에서 효과를 볼 수 있다”고 언급했다.

그러나 환자가 그러한 뇌 자극을 통해 완전히 의식을 회복 할 수 있는지 여부는 명확해야 한다. 니콜라스 쉬프는 “원숭이의 경우 그렇지 않았다”고 말했다. “행동 검사는 매우 제한적이며 인간의 연구에서는 식물상태에서 최소한의 초기 의식적 행동으로의 전환이 되어야 할 것”이라고 그는 덧붙였다.

(2020 년 Neuron; doi : 10.1016 / j.neuron.2020.01.005)
출처 : Cell Press

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]