쥐 실험 결과 "도핑제"는 신경 세포의 형성과 네트워킹을 촉진한다.
특별히 강한 인지적 부하를 겪을 때 메신저 물질이 점점 더 많이 방출돼.
그 결과 신경 세포가 더 효과적으로 네트워크에 연결되고 새로운 뇌세포가 형성된다.
EPO 생산에 대한 신호는 세포에 산소가 약간 부족할 때다.

도핑제로 알려진 에리스로포이에틴(Erythropoietin, EPO)도 뇌에서 작용한다.
생쥐 실험으로, 특별히 강한 인지적 부하를 겪을 때 메신저 물질이 점점 더 많이 방출된다는 것을 알게 됐다. 그 결과 신경 세포가 더 효과적으로 네트워크에 연결되고 새로운 뇌세포가 형성된다. EPO 생산에 대한 신호는 세포에 산소가 약간 부족할 때다. 

▲ 에리스로포이에틴(EPO)은 악명 높은 도핑물질 이다.

에리스로포이에틴(EPO)은 악명 높은 도핑물질 이다.
그러나 호르몬은 인체에서 자연적으로 발생한다. 유기체에 산소가 부족한 경우에 방출되며, 무엇보다도 새로운 적혈구의 형성을 자극한다. 이것은 산소 흡수를 향상시키고 결과적으로 물리적 성능을 향상 시킨다.

성인의 경우 EPO는 주로 신장에서 형성되는 것으로 오랫동안 알려져 있다.
괴팅겐(Göttingen)의 막스플랑크 실험의학 연구소(Max Planck Institute of Experimental Medicine)의 데비아 바클루(Debia Wakhloo)는 “놀랍게도 연구원들이 나중에 뇌에서 EPO와 그것의 수용체를 감지했다”고 설명했다. 실제적인 경험에서 알 수 있듯이 성장 인자는 보호 및 성능 향상 효과가 있는 것으로 보인다.

▲ Image by Gerd Altmann from Pixabay

마우스를 위한 모터 챌린지

“EPO의 투여는 뇌졸중 후 재생을 개선해 뇌손상을 줄인다.
바클루의 동료 한네로레 에렌라이히(Hannelore Ehrenreich)는 “우리가 EPO로 치료한 정신 장애환자에게도 훨씬 더 효율적이었다. 이 효과는 예를 들어 정신분열증, 우울증 또는 다발성 경화증 환자에게서 알려져 있다.

이 효과를 어떻게 설명 할 수 있을까?
우리의 사고 기관에서 에리스로포이에틴을 정확히 일으키는 원인은 무엇일까?
과학자들은 이제 마우스 실험을 수행했다. 연구를 위해, 바퀴의 살이 불규칙적인 간격으로 배열 되었기 때문에 이 어려운 조건하에서 성인 쥐에게 바퀴 훈련을 시켰다.
Ehrenreich는 다음과 같이 설명한다. “이 자전거를 타려면 뇌에 특히 어려운 복잡한 운동을 배워야 한다.”

EPO로 더 빨리 배우다

EPO 치료가 설치류의 작용에 영향을 미칠까?
결과는 긍정적이었다. 동물에게 성장 인자가 주어지면 바퀴에 필요한 움직임을 더 빨리 배웠다는 것을 보여주었다. 또한 그들은 훨씬 더 탄력적이었다.

추가 검사에서 이 효과에 대한 설명이 주어졌다.
연구자들은 치료 후 생쥐가 해마의 피라미드 층에 약 20% 더 많은 신경 세포를 형성한다는 사실을 발견했다. 이것은 학습과 기억에 중요한 뇌 영역이다. 에렌라이히(Ehrenreich)는 “또한, 신경 세포는 다른 신경 세포와 더 빠르고 더 효과적으로 네트워크를 연결하여 보다 효율적으로 신호를 교환한다.”고 보고했다.

▲ Image by Gerd Altmann from Pixabay

약간의 산소 부족이 촉발자

따라서 에리스로포이에틴은 뇌에서 신경 세포의 형성 및 네트워킹을 촉진하는 것으로 보인다. 그러나 어떤 조건에서 메신저가 풀려 났을까? 연구원들은 실험에서, 다른 신체에서 알려진 바와 같이, 뇌에서 EPO의 방출은 산소 부족과 관련이 있다는 것을 알아냈다.

분명히 이것은 복잡한 작업을 배울 때 신경 세포가 평소보다 더 많은 산소를 필요로 할 때 발생한다. 이러한 방식으로 발생하는 산소 부족은 EPO 방출 증가의 신호로 작용한다.
실험에서 이 메신저 물질과 그 수용체의 발현은 돌아가는 바퀴의 어려운 조건에서 불과 몇 시간 후에 증가했다고 팀은 보고 했다.

"자기 강화 과정"

“이것은 자기 강화 과정이다. 정신적 노력은 가벼운 저산소증으로 이어지고, 이에 따라 해당 활성 신경 세포에서 EPO와 그 수용체의 생성을 자극한다. 그런 다음 EPO는 이러한 신경 세포의 활동을 증가시키고, 인접 뉴런 세포로부터 새로운 뉴런을 형성하고 그들의 복잡한 네트워킹을 증가시킨다.”고 Ehrenreich는 요약했다.

산소 결핍은 일반적인 가정으로 어느정도 해로운 것으로 알려졌는데 이것은 흥미롭다.
“최근의 고려 사항은 잠재적으로 유용한 효과와 보호 기능이다. 우리의 자료에 따르면 저산소증은 신경 가소성의 원동력으로 작용할 수 있다.”고 연구자와 동료들은 밝혔다.

목표 성능 향상?

현재 해독된 행동주기가 인간에게도 존재한다면, 이것은 새로운 기술을 배우는 것이 우리의 정신 건강을 증가시킬 수 있는 이유를 설명 할 수 있다. 그러나 추가적인 에리스로포이에틴이 도움을 줄 수 있는 정도는 알려져 있지 않다. EPO를 사용한 "두뇌 도핑"을 피하는 것이 좋다.

동시에, 연구자들의 발견은 성인 뇌에서 새로운 신경 세포가 형성될 수 있다는 최근의 발견을 뒷받침한다. 연구팀은 “EPO 영향을 통한 기존의 먼저 생성된 세포로부터 피라미드 뉴런의 생성은 지금까지 간과된 성인 신경생성의 한 양상일 수 있다”고 설명했다.

참고
Nature Communications, 2020; doi : 10.1038 / s41467-020-15041-1
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

[더사이언스플러스=문광주]

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