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행복 호르몬 세로토닌, 학습 능력에도 도움돼
등록일 : 2018-07-18 17:39 | 최종 승인 : 2018-07-18 17:39
김성은
▲감정을 주관하는 세로토닌의 분자 구조(출처=셔터스톡)

[메디컬리포트=김성은 기자] 세로토닌은 신경세포가 서로 소통하기 위해 사용하는 모노아민 신경전달물질이다. 세로토닌의 학명은 5-하이드록시트립타민(5-HT)으로, 기분을 조절하고 다른 기능을 주관한다. 세로토닌이 행동에 미치는 영향은 아직 정확하게 확인되지 않았기 때문에, 신경과학자들은 세로토닌이 두뇌에 미치는 영향이 정확히 무엇인지 밝혀내기 위해 현재도 연구 중에 있다. 과학자들은 세로토닌의 기능, 특히 학습 관련 기능을 정확하게 규명하는 것은 어려운 일이라고 입을 모으고 있다.

세로토닌과 학습의 상관관계

포르투갈의 샴팔리마우드센터(CCU)와 영국의 유니버시티칼리지런던(UCL)의 연구팀이 공동으로 진행한 연구 결과, 세로토닌이 학습에 미치는 영향의 비밀이 드러났다.

연구팀은 세로토닌과 학습이 관련되어 있는지 알기 위해 새로운 수학모델을 사용했는데, 세로토닌이 학습 속도를 높인다는 사실을 확인한 것.

자크 마이넨 박사는 "빛을 사용해 세로토닌 뉴런을 인공적으로 활성화하자, 쥐는 유연성을 요구하는 상황에서 빠르게 행동을 취했다. 즉, 뉴런을 활성화하자 쥐는 새로운 정보에 중점을 두고, 빠르게 생각을 바꾸고 행동을 취했다"고 설명했다.

이번 연구 결과는 세로토닌이 두뇌의 가소성을 강화하고 기분강화제로 기능해 생각을 바꾼다는 이전 연구 내용을 보충했다. 또한 두뇌에서 순환하는 세로토닌 수치를 증가하는 선별적 세로토닌 재흡수 억제제(SSRI)로 알려진 항우울제가 우울증의 증상을 완화하는 행동 요법과 병용하면 보다 효과적으로 작용하는 이유를 설명하는 데 도움이 됐다.

의사 결정 과정에서 세로토닌의 효과

연구에서 쥐는 물을 찾는 학습 과정을 수행해야 했다. 오른쪽과 왼쪽에 각각 그릇을 놓고 그중 하나에만 물을 담아놓자 쥐는 두 용기 중 하나를 찌르는 듯한 동작을 취하며 물그릇을 선택했다.

연구진은 데이터를 분석한 후 쥐가 다시 한 번 물그릇을 찌르기 전에 시간차가 있다는 사실을 확인했다. 쥐는 두 개의 물그릇 중 하나를 즉시 선택하거나 혹은 약간의 대기 시간을 가졌다. 과학자들은 이를 통해 동물의 의사 결정 과정에서 세로토닌이 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 확인했다.

쥐는 테스트를 시작할 때와 마칠 때 약간의 대기 시간이 있었다. 이는 쥐가 처음 실험방에 들어와 테스트에 몰두하기 전까지 주의가 분산되기 때문인 것으로 분석됐다. 테스트를 마칠 때에는 지나치게 물을 많이 마셔 관심이 식었기 때문인 것으로 해석됐다.

연구팀은 테스트 상황에 관계없이, 쥐가 물그릇을 선택하기까지 걸리는 시간을 근거로 쥐가 두 가지 의사결정 중 하나를 선택해 물이라는 보상을 받을 수 있는 최선의 선택을 내린다는 사실을 확인했다.

두 가지 테스트 사이의 간격이 짧을 때 쥐의 다음 선택은 직전의 테스트 결과에 의존한다는 것을 의미한다. 쥐는 물그릇을 선택했을 경우 그 다음에도 같은 그릇을 선택했으며, 물이 없는 그릇을 선택했을 경우 다음번에는 반대쪽에 둔 다른 그릇을 선택했다.

▲두뇌의 뉴런은 세로토닌을 생성한다(출처=셔터스톡)

연구팀은 동물이 '작동' 기억에 의존하고 있으며 두 테스트 사이의 간격이 짧을 경우 다음 선택에는 단기기억을 사용한다고 설명했다. 단기기억은 즉각적인 결정에 영향을 미치는 것으로 확인됐다. 그러나 두 개의 연속적인 테스트 사이의 간격이 7분 이상 길 경우, 쥐의 다음 선택에는 여러 번의 경험이 축적된 장기기억이 효과를 발휘했다.

CCU의 연구팀은 레이저 빛을 사용해 쥐 두뇌에서 세로토닌을 생성하는 영역을 자극, 그 결과 세로토닌 수치가 증가하면 두 가지 다른 의사 결정에 영향을 미친다는 사실을 확인할 수 있었다.

세로토닌 두뇌 가소성 강화

흥미로운 것은 테스트 간격 시간을 고려하지 않고 계산한 결과, 세로토닌의 변화는 동물의 행동에 어떤 영향을 미치지 않는다는 점이다. 그러나 데이터를 통한 의사 결정 방법을 적용한 결과, 동물의 학습 속도가 증가했다. 즉, 세로토닌을 생성하는 뉴런을 자극하자 학습 효과가 강화됐을 뿐만 아니라 장기간의 시간 간격 후에도 선택 결과에 영향을 미쳤다.

연구팀은 이번 연구 결과를 토대로 세로토닌이 두뇌의 가소성을 강화해 학습에 영향을 미친다는 사실을 강조했다. 이는 SSRI를 사용한 치료법이 인지적 행동 요법과 병행할 경우 효과가 있다는 이론을 뒷받침한다. SSRI는 두뇌의 화학물질 불균형을 해결하는 반면 행동적 반응도 변화할 수 있다.

[메디컬리포트=김성은 기자]

[메디컬리포트=김성은 기자]

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