기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 신희섭 단장 연구팀이 외상 후 스트레스 장애, 일명 트라우마를 치료하는 심리치료 요법의 효과를 세계 최초로 동물실험으로 입증하고 관련된 새로운 뇌 회로를 발견하였다.

• 과학기술정보통신부(장관 유영민)와 IBS(원장 김두철)는 이번 연구 성과가 세계최고 권위의 학술지 네이처(Nature, IF 41.577) 誌 온라인 판에 2월 14일 새벽 3시(한국시간) 게재되었다고 밝혔다.

연구진은 고통스러웠던 상황의 기억으로 인해 공포반응을 보이는 생쥐에게 좌우로 반복해서 움직이는 빛 자극(양측성 자극)을 주었을 때, 행동이 얼어붙는 공포반응이 빠르게 감소하는 것을 발견했다.
  * 안구운동 민감소실 및 재처리 요법(EMDR) : 외상 후 스트레스 장애 치료에 사용되는 심리치료 요법 중 하나. 환자가 공포기억을 회상하는 동안 눈동자를 좌우로 움직이게 만드는 시각적 운동을 동반해 정신적 외상을 치료한다.

• 시간이 지난 후나 다른 장소에서 비슷한 상황에 처할 경우에도 공포 반응이 재발하지 않는 것을 확인하였으며, 뇌 영역 중 공포기억과 반응에 관여하는 새로운 뇌 신경회로도 발견하였다.
• 행동/관찰 실험, 신경생리학 기법 등을 통해 공포반응 감소 효과는 시각적 자극을 받아들인 상구(안구운동과 주위집중 담당)에서 시작해 중앙 내측 시상핵(공포기억 억제 관여)을 거쳐 편도체(공포 반응 작용)에 도달하는 신경회로에 의해 조절된다는 사실을 확인하였다.
    * 상구→중앙 내측 시상핵→편도체로 이어지는 신경회로를 광유전학 기법으로 강화하자 공포반응 감소 효과가 강하게 나타나고, 반대로 억제하자 공포 반응 감소 효과가 사라졌다.

이번 연구는 경험적으로만 확인된 심리치료 기법 효과를 동물실험으로 입증함으로써 외상 후 스트레스 장애 치료법의 과학적 원리를 밝혔다는데 의의가 있다.

• 정신과에서 활용되는 심리치료법의 효과를 동물실험으로 재현한 것은 이번이 처음이다. 공포기억을 회상하는 동안 좌우로 움직이는 빛이나 소리 등이 반복되면 정신적 외상이 효과적으로 치료된다는 사실은 기존에도 보고된 바 있었으나 원리를 알 수 없어 도외시되는 경우가 있었다.

신희섭 IBS 연구단장은 "외상 후 스트레스 장애는 단 한 번의 트라우마로 발생하지만 약물과 심리치료에는 오랜 시간이 필요하다"며 "앞으로도 공포기억 억제 회로를 조절하는 약물이나 기술을 개발하는 연구에 집중해 외상 후 스트레스 장애를 쉽게 치료하는데 기여할 것"이라며 포부를 밝혔다.

그림설명

▲ [그림 1] 양측성 시각 자극을 사용한 공포기억 반응-감소의 효과실험모델인 생쥐에게 반복적으로 소리(CS)와 전기자극을 함께 주면 공포기억이 형성된다. 전통적인 공포기억 반응-감소 과정에서는 전기자극 없이 소리를 반복해 공포반응을 서서히 감소시킨다(위; 적색 CS 그룹). 1주일이 지난 후, 공포기억 반응-감소가 이루어졌던 같은 장소에서(SR), 혹은 다른 환경에서 공포기억을 유도할 수 있는 소리를 다시 틀면 즉각 공포반응이 재발한다(아래; 적색 CS 그룹).
이번 실험에서는 공포기억 반응-감소 과정에서 양측성 빛 자극을 함께 주는 경우, 공포기억 반응 감소 효과가 더 빠르게 이루어지며(위; 청색 ABS+CS 그룹), 공포반응 재발이 나타나지 않는다(아래; 청색 ABS+CS 그룹)는 사실을 확인했다.

▲ [그림 2] 상구에서 중앙 내측 시상핵으로 이어지는 새로운 신경회로연구진은 광유전학 기법을 이용해 새로운 신경회로를 발견했다. 양측성 자극을 이용한 방식으로 공포기억 반응-감소 효과를 일으키고, 동시에 상구에서 중앙 내측 시상핵으로 가는 신경 신호를 전달을 억제하자 공포반응이 재발했다(위). 또한 양측성 자극 없이 광유전학으로 상구에서 중앙 내측 시상핵으로 이어진 신경회로를 자극하자 공포반응이 오랫동안 억제되었다(아래).
광유전학을 이용한 실험을 통해 연구진은 상구에서 중앙 내측 시상핵으로 이어지는 신경회로의 활동이 양측성 자극의 효과를 매개함을 확인했다.

▲ [그림 3] 편도체의 공포반응 감소에 관여하는 중앙 내측 시상핵양측성 자극을 이용해 공포기억 반응-감소 효과를 유발하면서 동시에 중앙 내측 시상핵에서 편도체로 이어지는 신경 신호 전달을 광유전학으로 억제하자 공포반응이 재발했다(위).
편도체의 신경 활동을 전극으로 측정한 실험에서 양측성 자극이 편도체의 공포 반응을 억제하는 것을 확인하였다(왼쪽 아래). 또한 중앙 내측 시상핵은 편도체로 흥분성 신경신호 그리고 왕복하는 신호를 지닌 억제성 신경신호를 동시에 전달하는 것으로 나타났다. 연구진은 양측성 자극을 이용한 공포기억 반응-감소는 억제성 신경신호 전달을 증가시킨다는 사실을 확인했는데, 해당 신경회로는 이번 연구로 처음 밝혀졌다(오른쪽 아래).

▲ [그림 4] 양측성 자극을 사용한 공포기억 반응-감소의 원리기존의 공포기억 반응-감소 모델에서는 안전한 환경에서 공포기억을 유도하는 조건 자극(CS, 소리)을 반복적으로 제시하여 공포기억을 억제하는 새로운 기억을 형성한다(왼쪽 위). 하지만 시간이 지나거나 변화된 환경에 놓이면 공포반응이 쉽게 재발해 버린다(오른쪽 위).
반면 양측성 시각자극(ABS)을 이용한 공포기억 반응-감소 모델에서는 양측성 자극이 안구운동 및 주의집중을 담당하는 뇌 영역(상구)을 자극해 공포반응을 담당하는 편도체를 억제하는 새로운 신경회로가 활성화 된다(왼쪽 아래). 이 회로는 변화된 환경에서도 안정적으로 편도체를 억제하여 공포반응의 재발을 줄이고 더 효과적인 정신적 외상 치료를 유도한다(오른쪽 아래).