로버트 새폴스키 "스트레스와 기억"

[문형철]

단기기억과 장기기억

명시적 기억과 내재적(행동적) 기억

대뇌피질과 편도 그리고 기억

소뇌 그리고 기억

스트레스와 기억

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나는 나이를 먹었다. 그것도 아주 많이. 나는 지금까지 일생동안 많은 것을 보아왔다. 그렇지만 오늘은 그게 바로 어제였던 것처럼 새생하게 기억하는 어느날에 관해 이야기하려고 한다. 스물넷...일거리를 찾고이었다. 배가 고팠다. 면접... 나는 생각에 잠겨서 터벅터벅 걷고 있었다. 그때 어떤 사람이 손을 하늘로 쳐들고 소리를 지르며 모퉁이를 돌아 달여왔다. 내가 아직 그를 제대로 보기도 전에 그는 내 얼굴에 대고 소리를 쳤다. 그는 말을 더듬거리며 뭔가 "최고"가 된다거나 "최고"라고 부르는 것에 대해 외치고 있었다. 나는 그가 무슨 말을 하는지 알수가 없었고, 그는 달려가 버렸다. 별 미친놈이 다 있네, 나는 그렇게 생각했다.

그러데 다음 길모퉁이를 돌아선 나는 더 많은 사람들이 소리를 지르며 뛰어 돌아다니는 것을 보았다. 그중 두 사람이 남자와 여자가 내게로 달려왔고, 그제야 나는 무슨 일이 일어났다는 것을 깨달았다. 그들은 내 팔을 잡고 소리쳤다. 이겼다! 이겼다! 이제 모두 돌아오는 중이야! 그들은 상당히 흥분된 상태였지만, 그들의 말은 아까 그 남자보다 알아듣기 쉬웠다. 결국 나는 그제야 그들이 무슨말을 하려고 했지만 목이 메었고 그들이 마치 내 형제자매이기나 한듯이 껴안았다. 우리 셋은 길로 뛰어들었고, 길에는 수많은 군중이 모여들고 있었다. 사람들이 사무실 건물에서 나왔고, 차를 몰다가 세우고 밖으로 뛰어 나왔다. 모두가 비명을 지르며 웃고 울었고, 사람들은 이겼다. 이겼다를 외치고 있었다. ...유럽에서 전쟁이 끝나고 병사들이 고국으로 돌아올 수 있게 된 바로 그날이다...

.. 스트레스를 받았던 순간을 포함해서 놀랍고 흥분되던 순간의 기억들은 금방 정리되어 저장된다. 스트레스는 기억을 증강시키는 것이다. 동시에 우리는 반대되는 경험도 가지고 있다. 학기말 시험의 중간처럼 짜증나고 피곤할때는 평소 쉽게 기억나던 사실들 조차도 기억이 잘 나지 않는다. 긴장되고 위협적인 분위기에서는 물론, 결정적인 순간인데 인사를 해야 할 상대방의 이름이 생각나지 않는다. ..

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기억으로의 첫걸음

우선, 기억은 한가지로만 되어 있지 않으며 다양한 특징을 가지고 있는데, 특히 중요한 이분법적 분류는 기억을 단기기억과 장기기억으로 구별하는 것이다. 단기기억은 전화번호를 본 다음, 곧 잊어버릴까봐 방을 건너 뛰어가 번호를 누른 다음 영원히 잊어버리는 것이다. 단기기억은 30초쯤 공을 던져 돌리는 것에 상당하는 뇌의 일이다. 그와 대조적으로 장기기억은 대통령이 누구인지, 내가 다니던 대학은 어디였는지를 기억하는 것이다. ... 먼 과거의 기억은 어린시절로 거슬러 올라가는 기억이다. 이것들은 좀더 새로운 장기기억과는 별도로 저장, 정리되어 있는것 같다. 예를들면 장기기억을 대부분 잃어버린 치매환자들에게 때때로 더 먼 옛날의 기억이 멀쩡하게 남아 있는 경우가 대부분이다. 

또 하나의 중요한 구분은 명시적 기억과 내재적 기억(행동적 기억)이다. 명시적 기억은 사실과 사건에 관한 것으로 그것을 알고 있다는 인식을 포함한다. 예를들면, 나는 포유류이다, 오늘은 월요일이다. 나의 치과주치의는 눈썹이 짙다 등이다. 대조적으로 내재적 행동적 기억이란 기술이나 습관에 관한 것으로 그에 대해 주의깊게 생각하지 않으면서도 어떻게 하는지를 아는  것이다. 운전중에 기어를 바꾸어 넣는 것, 자전거를 타는 것, 사교춤을 추는 것 등이 여기에 해당된다. 

그런데, 명시적 형태로 저장된 기억과 내재적 형태로 저장된 기억들은 서로 왕래하며 옮겨 갈 수 있다. 예를들면 당신이 새롭고 어려운 피아노 곡의 악절을 조금씩 배우고 있는 중이라고 하자. 당신은 연습할때 마다 의식적으로 무엇을 할 것인가를 명시적으로 생각한다. 팔꿈치를 집어넣고, 어떤 진동음을 친 후에는 엄지를 밑으로 가게한다. 그리고 어느 날 연주를 할때, 아무 생각없이 방금 그 악절을 완벽하게 연주하고 지나친 것을 깨닫게 된다. 명시적이라기 보다는 내재적 기억으로 해낸 것이다. 당신은 아마 처음으로 손이 뇌보다 작 기억을 잘하는 것 같다는 생각을 할지도 모르겠다.

억지로 내재적인 기억을 명식적인 통로로 끌어들일때, 기억이 극적으로 방해받을 수있다. ....

기억에 여러 다른 종류가 있듯이, 기억의 저장과 상기를 담당하는 뇌의 영역들도 다르다. 매우 중요한 부위 중 하나는 피질인데, 피질은 주름이 진 넓은 영역이다. 다른 하나는 피질 아래부분에 움츠리고 있는 해마라는 영역이다. 이 두 영역은 기억에 필수적이다. 예를들면 알츠하이머 병에서 선택적으로 손상되는 부위가 해마와 피질이다. 정말로 단순하게 컴퓨터에 비유하자면 피질은 컴퓨터 본체이고, 해마는 피질에 기억을 집어 넣거나 이미 존재하는 피질의 기억에 접근하는 수단인 키보드라고 생각하면 된다.

다른 종류의 기억을 담당하는 또 다른 뇌의 영역이 있다. 이 구조들은 신체의 동작들을 조절한다. 이런 부위들은 예를들어 소뇌는 기억과 무슨 관련이 있을까? 이들은 아무생각없이 반사적으로 이루어져야 하는 동작들, 즉 내재적 행동적 기억을 담당하는 것 같다. 말하자면 당신이 기억하기 전에 신체의 이 부위가 먼저 어떻게 해야 할지를 기억하는 것이다. 

명시적 기억과 내재적 기억의 구분, 그리고 이 구분의 신경 해부학적인 기초는 아마도 가장 유명한 신경과 환자 중의 하나이면서 정말로 흥미진진한 비극적인 인물덕분에 처음으로 알려졌다. .. 1950년대에 청소년이었던 H,M은 해마를 중심으로 발생한 심한 형태의 간질을 앓았는데, 당시의 약으로 치료가 어려웠다. 하는 수없이 어느 유명한 신경외과 의사가 그의 해마의 대부분을 상당량의 주변조직과 함께 절제했다. 발작은 거의 없어졌지만 그 다음이 문제였다. H,M은 새로운 단기기억을 장기기억으로 바꾸는 기능을 사실상 완전히 상실하고 말았던 것이다. 정신적으로 그 시간에 영영 정지하고 말았던 것이다. 그 후에 그에 관한 무수한 연구가이루어졌고, 건망증이 극심한데도 불구하고 그는 어떤 일을 하는 것은 학습할 수있다는 것이 점차 드러났다. 그에게 기계를 조립하는 과제를 주고 매일 연습하도록 시키면, 언제나 자기는 이것을 전에 본적이 없다고 완강하게 부정하면서도 다른 사람과 거의 같은속도로 조립을 하는 것이었다. 해마와 명시적 기억은 사라졌지만, 뇌의 나머지 부위는 행동적 기억을 습득하는 능력과 더불어 정상상태로 남아있었던 것이다. 

이제는 뇌가 어떻게 기억을 처리하며 스트레스가 거기에 어떠한 영향을 미치는지를 조금 더 자세히 조사해보자. 피질과 해마의 신경세포 다발에서는 무슨일이 일어나는가? 피질을 연구하는 사람들은 오랫동안 각각의 피질신경세포는, 실제로 굵다고 밝혀지기도 했지만, 한가지 일 즉 한가지 사실만 안다고 믿어 왔다. 이런 견해는 1960년 하버드 대학교의 후벨과 토어슈타인 위셀의 엄청나게 중요한 업적에 힙입어 고무되었다. 뒤돌아보면 그것은 피질의 더욱 단순한 전초기지라고 할 수 있는 시각정보를 처리하는 영역에 관한 연구였다. 그들은 시각피질의 첫번째 부분에는 각각의 신경세포가 한정보에 하나씩만 즉 주로 망막에 비친 점의 하나에만 반응한다는 것을 발견했다. 일련의 연결된 점에 반응하는 신경세포들이 그 영상들을 다음 층에 있는 한개의 신경세포에만 전달한다. 그러면 이 신경세포는 어떻게 반응하는가?

한개의 직선이라고 생각한다. 이런 신경세포들의 집합이 다음 단계로 영상을 전하면 거기에 있는 한개의 신경세포는 이를 특정의 움직이는 선이라고 반응한다. 그래서 사람들은 네번째 단계의 신경세포도 있을 것이고, 거기의 신경세포는 특수한 선들의 집합에 반응할 것이라고 믿게 되었고, 다섯번째, 여섯번재로 올라가 결국 수십번째 단계가 되면 거기에도 오직 한가지에만 반응하는 신경세포가 있어서 주로 특정한 각도에서 본 할머니의 얼굴에 반응한다는 것이다. ....

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기억과 정보는 한개의 신경세포에 저장되기 보다는 많은 신경세포 다발의 흥분하는 양상으로 저장된다. 현대식 용어로는 신경세포회로이다. ...신경세포 회로가 어떻게 작동하는가에 대한 대략적 설명...

.. 십여개가 넘는 아마도 수백개의 신경전달물질이 존재하지만 해마와 피질에 있는 시냅스들은 이부위에서 가장 흥분성의 신경전달물질인 것처럼 보이는 글루타민산을 선택적으로 사용한다. 초흥분성이라는 것 이외에도 글루타민산 시냅스는 기억에 결정적으로 중요한 두가지 특성을 가지고 있다. 첫째는 이 시냅스들이 기능적으로 직선적이지 않다는 것이다. 이게 무슨 뜻이냐고? 보통 시냅스에서는 첫번째 신경세포에서 신경전달물질이 조금 나오면 두번째 신경세포가 조금 흥분된다. 만약 조금 더 많은 신경전달물질이 방출되면 조금 더 많은 흥분이 생긴다. 글루타민산 시냅스에서는 약간의 글루타민산이 방출되면 아무일도 일어나지 않는다. 더 많은 양이 방출되어도 아무 일이 없다. 그런데 드디어 글루타민산 농도가 어떤 정해진 역치를 넘어서면, 갑자기 두번째 신겨세포의 모든 제어장치가 풀려서 커다란 흥분의 파도가 나타난다. 이것이 학습이다. 교수가 졸리는 목소리로 잘 알수 없는 강의를 하면 어떤 사실이 한쪽 귀로 들어와서 한쪽 귀로 나가버린다. 이 강의를 반복하고 또 반복해서 들어도 이해가 안된다. 결국 강의를 100번 반복하자, 갑자기 머릿속에 불이 들어오고, '아하!" 그리고 이해가 된다. 가장 단순하게 말하자면 결국 이해를 하는 순간에 글루타민산 농도가 흥분전달을 위한 직선적이지 않은 역치에 도달한 것이다. 

두번째 양상은 더욱 중요하다. 정상적인 조건에서 시냅스가 충분한 수의 글루타민산에 의한 아하들을 경험할 때, 어떤 일이 일어난다. 그 시냅스는 이후 지속적으로 흥분하기 쉬운 상태로 되어버리는 것이다. 따라서 다음에는 작은 흥분 신호에도 아하!를 할 수 있게 된다. 이 시냅스가 무엇인가를 학습한 것이다. 즉 강화된 것이다. 매우 놀라운 사실은 이 시냅스의 강화가 오랜기간 지속된다는 것이다. 수많은 신경과학자들이 이 '장기적 기억의 강화'가 어떻게 형성되는지를 밝히기 위해 꾸준히 연구하고 있는 중이다. 

신경세포끼리의 새로운 연결을 통해 새로운 기억이 형성된다는 증거가 늘어가고 있다. 더 극단적으로는 새로운 신경세포 그 자체가 새로 생긴다는 견해도 있다. 후자는 앞으로 검토해야 하겠지만 아직 약간의 논란이 있는 학설이다. 현재로서는 이 정도가 우리가 앞고 싶은 우리의 뇌가 어떻게 결혼기념일과 스포츠 관련기록들, 남의 눈동자 색깔, 왈츠를 추는 법 등을 기억하느냐에 관해 밝혀진 것들이다. 이제는 스트레스가 이 과정에 어떻게 작용하는지를 살펴보자.

스트레스로 인한 기억의 증강

.. 경미하거나 중등도 단기적 스트레슨는 기억을 증강시킴. ..

.. 기억 증강의 이유는 교감신경의 자극이 결정적이라고 생각됨. .그 이유는 카힐과 맥가우가 피험자들에게 교감신경 활성화를 차단하는 약(프로프라놀롤)을 투여하자, 실험군이 대조군에 비해 기억을 잘하지 않았기 때문.. 프로프라놀롤이 단순히 모든 기억의 형성을 방해하는 것이 아니라, 스트레스로 인해 항진되는 기억의 형성을 방해한다는 점이다. .. 교감신경계는 해마를 더욱 각성시키고 활성화해서 간접적으로 기억을 강화시킨다. 이 과정에는 불안을 이해하기 위해 15장에서 주로 다루게될 편도라는 뇌의 부분이 관여한다. 교감신경계는 인식을 증강시키는 또 하나의 수단을 가지고 있다. 해마에서 글루타민산으로 섬광 전구를 켜서 폭발적이고 비직선적인 장기간에 걸친 기억 강화를 수행하려면 많은 에너지가 필요하다. 교감신경계는 혈류속으로 포도당을 이동시키고 뇌로 가는 혈액의 양을 증가시켜서 그런 에너지 수요를 충당하는데 도움을 준다. 

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그러므로 스트레스는 급격하게 뇌로 가는 포도당 수송을 증가시켜 신경세포가 더 많은 에너지를 쓸 수 있도록 하며, 그 결과 기억형성과 상기가 더욱 잘 일어나게 된다. .. 한편으로 당질 코르티코이드 수준의 경미한 상승도 기억에 도움을 준다. 이는 해마에서 일어나며, 어느정도 상승된 당질 코르티코이드의 수준은 장기기억 강화를 촉진한다. 마지막으로 약간 불명확한 메커니즘에 따라 중등도의 단기적 스트레스가 감각 수용체를 더욱 예민하게 만든다는 견해가 있다. 미뢰, 후각수용체, 귀속의 달팽이관 세포들은 모두 중등도의 스트레스를 받을때 보통때보다 더 작은 자극에 반응하여 뇌로 정보를 전달한다. 그런 특수한 상황에서는 수백미터 밖에서 탄산음료가 든 캔을 따는 소리를 들을 수도 있는 것이다. 

불안 : 약간의 사전 경고

방금 우리는 중등도의 일시적인 스트레스가 어떻게 해마가 주로 담당하는 명시적 종류의 기억을 증강시키는가에 관해서 알아보았다. 그런데 이런 스트레스가 다른 종류의 기억도 증강시킨다는 것이 밝혀졌다. 이것은 감정적인 기억에 속하는데, 해마와는 무관하고 사실적인 요소들과도 별로 관련이 없다. ..

스트레스가 너무 오래 지속될때

...학습과 기억에 관한 연구레 종사하는 사람들은 이를 U자형 상관이라고 부른다. 스트레스가 없다가 중등도의 일시적인 양으로 증가할때 자극의 범위내에서는 기억력이 향상된다. 그러나 심한 스트레스로 변하면, 기억력이 떨어진다. ..스트레스 대신 다량의 당질 코르티코이드를 투여해도 똑같은 현상이 일어난다. ..... 심한 스트레스나 다량의 당질 코르티코이드는 뇌에서 총체적인 혼란을 유도하기 때문이다. ...

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사람의 경우 특수한 종양에서 다량의 당질 코르티코이드가 분비되는 병이 쿠싱증후군인데, 이 병을 앓는 환자에서 어떠한 일이 일어나는가를 이해한다면, 이 책의 반이상 - 고혈압, 당뇨병, 면역억제, 생식 질환 등-을 아는 것이나 마찬가지다. 그리고 수십년간 이 병이 기억, 특히 명시적 기억에 문제를 초래한다고 알려져 왔으며, 이런 현상을 '쿠싱형 치매'라고 불렀다. ...

스트레스와 해마의 손상

지속적인 스트레스가 해마 의존성 기억을 방해하는 작용체계가 동물실험에서 밝혀졌다. 첫째, 해마신경세포의 성능이 떨어진다. 스트레스는 당질 코르티코이드 없이도 해마에서 이루어지는 장기간에 걸친 기억의 강화를 방해할 수있는데, 교감 신경계의 극심한 활성 증가가 중요한 역할을 한다. 그렇지만 이 분야의 연구는 대부분 당질 코르티코이드에 초점을 맞추고 있다. 심하고 지속적인 스트레스로 인해 당질 코르티코이드의 수준이 경미하거나 중등도의 스트레스에서 상승하는 범위를 넘어서 상승하게 되면, 이 호르몬은 더이상 두 신경 세포 사이의 시냅스가 점점 더 흥분성으로 되는 과정을 통한 장기기억을 증강시키지 않는다. 당질 코르티코이드는 오히려 이 과정을 저해한다. 더구나 비슷한 정도의 높은 당질 코르티코이드 수준은 '장기 우울'이라고 부르는 현상을 증강시킨다. 이는 아마도 해마에서 일어나는 아하!와는 동전의 양면같은 망각의 과정에 관여하는 메카니즘인 듯하다.

당질 코르티코이드 수준은 어떻게 해서 약간 올라갈때에는 일을 하고(신경세포 사이의 교통을 증가시키는 일), 더 많이 올라갔을때는 반대되는 작용을 할 수 있을까? 

1980년대 중반 네덜란드 위트레흐트 대학교의 론 데 클뢰트는 매우 훌륭한 답을 발견했다. 두가지 형태의 당질 코르티코이드 수용체가 있다는 사실을 밝힌 것이다. 한 종류의 수용체에는 다른 종류에 비해 이 호르몬이 열배나 더 잘 결합하는 것이었다. 이런 수용체를 고친화성 수용체라 부른다. 이는 당질 코르티코이드 수준이 약간만 상승할때에는 대부분의 호르몬 효과가 해마의 고친화성수용체에 의해 매개된다는 것을 뜻한다. 대조적으로 심한 스트레스를받을때는 이 호르몬은 거의 대부분 저친화성 수용체를 활성화하는 것이다. 그리하여 논리적으로 고친화성 수용체의 활성화는 장기적으로 강화를 항진시키고, 저친화성 수용체의 활성화는 그와반대작용을 한다는 것이 밝혀졌다. 이것이 위에서 언급한 역 U자형 작용의 기본이다. 

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편도는 심한 스트레스르 받으면 매우 활성이 높아지고, 크고 영향력 있는 신경세포 투사를 해마로 보낸다. 이 경로의 활성화가 스트레스가 해마의 기능을 저해하는 전제조건인 것 같다. 쥐의 편도를 파괴하거나 해마와의 연결을 끊어버리면 비록 보통정도로 높은 수준의 당질 코르티코이드가 존재하더라도 스트레스는 해마가 매개하는 이런 종류의 기억을 방해하지 못하게 된다. 이것은 스트레스가 각인된다는 지난 주제와 관련된 소견을 설명해주며, 일부 호르몬 활성들이 정서적으로 싫지 않은 신체적 불균형과 관련해서 나타날 수 있다는 것을 보여주고 있다. 예를들면 쥐는 교미할때 당질 코르티코이드 수준이 상승하지만 편도가 활성화되지 않고, 해마의 기능도 저해되지 않는다. 

두번째로 신경세포 회로가 끊어진다. 앞서 나온 인상파 신경세포를 생각해보면, 신경세포가 다른 신경세포와 연락하는 방법을 나타내는 상징이 있었다는 것을 알수 있다. 이를 한 신경세포가 다른 신경세포에 투사한다고 표현한다. 이 투사들은 상당히 엄밀하고정확하다. 한 신경세포에서 나오는 길고 가지가 많은 줄들이 다른 신경세포의 가지를 친 줄들과 시냅스를 형성한다. 이 줄들은 분명 신경세포끼리의 통신 및 신경세포회로의 핵심을 이룬다. 

브루스 매쿠언은 최소 몇주동안 스트레스나 과량의 당질 코르티코이드에 노출된 쥐에서 이 줄들이 시들기 시작하고 약간 위축되고수축하는 것을 관찰했다. 똑같은 일은 영장류의 뇌에서도 일어난다. 이때에는 시냅스 연결이 떨어지고 신경세포회로의 복잡성이 감소한다. 다행히 지속적이던 스트레스가 끝나면, 신경세포들이 다시 자라나 연결을 재생시킨다. 

이러한 일시적인 신경세포 돌기들의 위축은 만성적인 스트레스가 초래하는 기억장애의 특징적인 양상을 설명해줄 수 있다. 심한 뇌졸중이나 알츠하이머병의 말기에서처럼 해마의 신경세포들이 광범위하게 파괴되면 기억이 엄청나게 손산된다. 완전히 기억이 상실될 뿐 아니라 회복되지도 않는다. 예를들면, 자신의 배우자 이름과 같이 결정적인 것도 기억하지 못하게 된다. 그러나 만성 스트레스로 인해 신경세포나무들의 복잡한 가지들이 수축되어 신경세포회로가 약해졌을때에는 툴루즈 토르레스의 이름과 같은 기억들이 아직 자리에 있다. 다만 회로들이 효율적으로 기능하지 않기 때문에 이를 끄집어 내기 위해서는 더 많은 연관된 신호를 두드릴 필요가 있다는 것이다. 기억이 상실되는 것이 아니라 접근하기 어려울 뿐이다. 

세번째로는, 새로운 신경세포가 탄생하는 것이 저해된다. 지난 수천년 동안 어떤 신경생물학 입문과정에서도 성인의 뇌는 새로운 신경세포를 생성하지 않는 것으로 가르쳐왔다. 최근의 10년 동안에 이것이 완전히 틀린 것으로 밝혀졌다. 그 결과 '성인의 신경발생"에 관한 연구가 신경과학의 가장 뜨거운 논의의 여지가 있는 주제가 되고 있다. 

이 신경발생의 두가지 양상들이 이 장과 깊은 관련이 있다. 첫째는 뇌에서 새로운 신경세포가 발생하는 단 두곳중의 하나가 해마라는 것이다. 둘째로는 신경발생의 속도가 조절된다는 것이다. 학습, 풍족한 환경, 운동, 에스트로겐에 대한 노출 등은 신경발생 혹도를 항진시킨다. 반면에 지금까지 쥐의 경우에 밝혀진 가장 강력한 억제 요소는 아마도 추측할 수 있겠지만, 최소 몇시간에 걸친 스트레스와 당질 코르티코이드이다. 

여기서 중대한 의문이 떠오른다. 첫째, 스트레스가 중지되면 신경발생이 회복되는가? 회복된다면 얼마나 빠르게 회복되는가? 아직 아무도 모른다. 둘째, 스트레스가 성인의 신경발생을 억제하면 문제가 무엇인가? 이 의문의 내면에는 성인의 신경발생은 무엇을 위한 것인가라는 좀더 큰 의문이 담겨있다. 이것은 과학자들이 실제 학회의 단상에서 붙들고 싸울정도로 지극히 논란이 많은 주제이다. 한쪽 극단의 연구들은 정상적인 조건에서 성인 해마에서 대량의 신경발생이 일어나 신경세포들이 다른 신경세포들과 연결을 형성하는데, 이 새로운 연결이 사실은 어떤 특정한 학습에 필요하다는 것이다. 다른 극단은 이 모든 소견이 의심스럽다는 것이다. 따라서 아직 결론이 나지 않고 있다. 

네번째로는 해마의 신경세포가 위태로워진다는 것이다. 언급한 것처럼, 스트레스 발생 몇초 이내로 뇌로 가는 포도당의 공급이 증가한다. 스트레스가 지속되면 어떻게 되는가? 스트레스가 약 30분 가량 지속되면 포도당 수송은 더이상 항진되지 않고 다시 정상수준으로 돌아가 버린다. 스트레스가 더 계속되면 뇌, 특히 해마부위에 대한 포도당 공급이 억제되기도 한다. 공급이 약 25% 억제되는데, 이는 당질 코르티코이드의 영향때문이다. 

건강하고 행복한 이 신경세포는 이 정도의 포도당 흡수 감소가 별것아니다. 약간 속이 울렁거리거나 어지럽게 만들뿐이다. 그러나 신경세포가 건강하지 않고 행복하지도 않다면, 대신 어떤 신경학적 위기를 겪고 있는 중이라면 어떨까? 보통때보다 더 죽을 가능성이 높다. 당질 코르티코이드는 해마신경세포들이 일련의 공격을 견디고 살아남을 능력을 저하시킨다. 쥐에게 심한 간질발작과 높은 당질 코르티코이드 수준을 동시에 부과하면 더 많은 해마신경세포들이 죽는다. 뇌에서 산소와 포도당 공급이 중단되는 심장마비, 또는 뇌속의 혈관 하나가 차단되는 뇌졸중에서도 마찬가지이다. 뇌진탕에 의한 뇌손상, 또는 산소 라디칼을 생성하는 약물등에서도 마찬가지이다. 꺼림칙한 것은 알츠하이머병에서 손상되는 신경세포에 해당되는 쥐의 신경세포가 가장 비슷한 양상을 보인다는 것이다. 쥐 해마에서 에이즈 관련 치매에 상당하는 부위도 마찬가지이다. 

나의 실험실 및 다른 연구자들은 스트레스나 당질 코르티코이드에 의한 포도당 저장 억제가 초래하는 상대적으로 경미한 에너지 문제가 앞서 열거한 여러 신경학적 공격 중 하나를 받아서 악화되고 있는 약점을 가진 신경세포를 더 어렵게 만든다는 것을 밝혀냈다. 모든 신경학적 질병들은 결국 신경세포의 에너지 위기라고 할 수 있다. 신경세포로 가는 포도당을 차단하고(저혈당), 또는 포도당과 산소를 모두 차단하고(허혈 및 저혈당), 또는 신경세포를 미친 듯이 일하게 만들면(발작) 저장된 에너지가 급격하게 감소한다. 그러면 고장난 신경전달물질들과 이온들의 파동이 엉뚱한 곳으로 넘쳐 흐르고, 산소 라디칼이 발생한다. 

여기에 당질 코르티코이드를 끼얹으면 신경세포는 이 혼란을 수습할 능력조차 떨어지게 된다. 신경세포의 일생에서 가장 운이없는날이 되려니까, 뇌졸중이나 발작덕분에 은행에 저장된 에너지가 보통때보다 25% 적다는 것만으로 위기에 빠지는 것이다. 

마지막으로 이제는 정말로 오래 지속되는 스트레스나 당질 코르티코이드는 실제로 해마 신경세포를 죽일 수 있다는 증거가 있다. 여기에 관한 첫번째 단서는 1960년대에 발견되었다. 두 사람의 연구자가 "기니피그"를 약리학적 수준(신체가 정상적으로는 생산해내지 못하는 높은 농도)의 당질 코르티코이드에 노출시키면 뇌가 손상된다는 것을 밝혔다. 묘하게도 손상은 주로 해마에만 국한되어 있었다. 이는 마침 매큐언이 해마에 당질 코르티코이드 수용체가 많다는 것을 보고한 것과 비슷한 시기였는데, 당시까지 아무도 해마가 뇌의 당질 코르티코이드 작용의 중심인지를 몰랐다. 

1980년대 초가 되자, 나를 포함한 다양한 연구자들이 '당질 코르티코이드 신경독성'이 단순한 약리학적 효과가 아니라 쥐 뇌의 정상적 노화와 관련이 있다는 것을 알게되었다. 종합하면 그 연구자들은 자주 당질 코르티코이드에 노출되거나 많은 스트레스 자체가 노화하는 해마의 퇴화를 촉진한다는 것을 보여주었다. 반대로 쥐의 부신을 제거하여 당질 코르티코이드 수준을 감소시키면 해마의 노화를 지연시켰다. 이제는 예상할 수 있겠지만 쥐가 일생동안 노출되었던 당질 코르티코이드의 정도에 따라, 나이가 들었을때 해마의 퇴화정도뿐 아니라 기억상실의 정도도 결정되는 것이다. 

당질 코르티코이드와 스트레스는 어디서 우리의 뇌세포를 죽이기 시작할까?

스트레스 호르몬은 여러가지 방법으로 질병을 초래하지만 신경독성까지 유발한다는 것은 좀 심한 것이 아닐까? 10여년 동안 연구들을 했지만 우리는 아직도 잘 모른다.

인간의 해마손상

..스트레스가 수상돌기 들을 위축시켜서 신경세포회로들의 연결을 끊거나 새로운 신경세포의 탄생을 억제하거나, 다른 신경학적인 손상에 따른 신경세포의 사멸을 악화시키거나 또는 공공연하게 신경세포를 죽일까? 

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1. 쿠싱증후군 : 쿠싱증후군은 다량의 과도한 당질 코르티코이드를 분비하는 몇 가지 종류의 종양을 가진 환자에게 나타나는 질병인데, 해마 의존성 기억의 장애가 나타난다. 미시건 대학교의 모니카 스타크맨은 뇌 영상 촬영기술을 쿠싱환자에게 사용하여 뇌의 전반적인 크기 및 각 부위의 크기를 조사했다. 그녀는 이 환자들에서 해마의 부피가 선택적으로 작아졌다고 보고했다. 더구나 당질 코르티코이드 과잉이 심할수록 해마의 부피상실이 컸으며, 그에 따른 기억장애 역시 컸다고 한다.

2. 외상후 스트레스 장애 : 이 불안장애는 다양한 형태의 외상후 스트레스 장애를 통해 초래될 수 있다. 에모리 대학교의 더글라스 브렘너의 선구적인 업적 및 다른 이들의 재현실험에 따르면 한번의 외상에 의한 환자돠는 대조적으로 반복된 외상에 의한  PTSD환자들, 즉 심하고 치열한 전투를 반복해서 겪은 군인들, 또는 어려서 반복적으로 학대를 받은 사람들의 해마가 작았다. 다시 말해서, 부피감소는 해마에 국한되어 있었고 외상의 병력이 심할수록 부피의 감소는 컸다. 

3. 주요 우울증 : 주요 우울증은 지속적인 스트레스와 밀접한 관련이 있으며 이 연관은 주요 우울증 환자의 약 반수에서 당질 코르티코이드 수준이 상승되어 있는 것을 포함한다. 워싱턴 대학교의 이베트 셸린과 다른연구자들은 지속적인 주요 우울증이 작은 해마와 상관이 있따는 것을 다시 한번 밝혔다. 우울의 병력이 더 길수록 부피의 감소가 더 많았다. 더구나 당질 코르티코이드 수준이 상승되어 있는 우울증의 아형이 작아진 해마와 가장 큰 상관을 보였다.

4. 반복되는 시차 : 대륙사이를 오가며 시차를 겪는 항공회사 승무원들을 조사한 어떤 흥미로운 연구를 검토. 거기에 따르면 전체 경력을 통해, 커다란 시차에서 회복하는데 필요한 주어진 평균시간이 짧을수록 해마가 작고 기억력의 문제도 많았다.

5. 표준적인 노화 : 맥길 대학교의 소니아 루피엔이 처음 시도했고, 다른 연구자들이 확인한 연구에서는 건강한 노인들을 대상으로 당질 코르티코이드 수준, 해마의 크기, 해마 의존성 기억의 질 등을 검사한 다음, 몇년 뒤에 다시 검사를 시행했다. 다양한 개인차이가 있을 수있지만 사람에서는 노화에 따라 당질 코르티코이드의 기준 수준이 상승한다. 연구 개시 후 몇년동안 당질 코르티코이드 수준이 상승한 사람에서 해마의 부피상실이 심했고 기억의 감소가 현저했다.

6. 당질 코르티코이드와 신경학적 손상의 상호작용 : 소수의 연구들은 뇌졸중의 정도가 같더라도, 응급실에 도착했을 당시 당질 코르티코이드 수준이 높은 사람일수록 신경학적 장애가 심했다고 보고했다.

이 연구들은 종합적으로 당질 코르티코이드가 사람의 해마를 손상시킨다는 것을 보여주고 있다. 그렇다면 잠시 생각을 해보자. 여기에는 약간의 문제와 부작용이 있을 수있다. 

우선 PTSD에서 당질 코르티코이드의 수준이 정상보다 낮은 경우가 있다는 것을 시사하는 연구들이 있다. 따라서 이것은 이 호르몬이 해마를 손상시킨다는 사례에 해당하지 않는다. 그러나 낮은 호르몬 수준을 가진 PTSD 환자들의 경우에는 당질 코르티코이드에 대한 감수성이 매우 높은 것처럼 보인다. 그러므로 아직은 이 호르몬이 범인일 가능성이 남아있다. 

두번째의 문제는 PTSD 환자에서 보이는 해마 부피의 감소가 외상 그 자체에 의한 것인지 아니면 외상후에 생긴 것인지 여부가 확실치 않다는 것이다. ...

마지막으로 노화에 관한 연구들은 상관관계가 있는 관련만을 보여준다는 것을 염두에 두어야 한다. 다르게 말하자면 당질 코르티코이드 수준의 상승에 따라 해마의 위축이 일어난다는 것도 그렇다. 그러나 이와는 다른 오히려 진행성인 해마의 위축이 당질 코르티코이드 수준의 상승을 초래한다는 생각도 충분히 있을 수 있다. (해마 역시 당질 코르티코이드 방출을 억제하도록 돕는데 위축된 해마는 이런 기능이 떨어지기 때문이다). ...

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흥미롭게도 쿠싱증후군을 초래하는 종양을 제거해서 당질 코르티코이드 수준이 정상으로 회복되면 해마는 서서히 정상 크기로 돌아온다. 앞서 언급했듯이 당질 코르티코이드에 의한 신경세포사이를 연결하는 줄들의 위축은 영구적인 것이 아니다. 당질 코르티코이드 과잉이 해소되면 이 돌기들이 서서히 재생된다. 그러므로 쿠싱에서의 부피감소는 돌기들의 수축에서 기인하는 것이라는 것이 가장 그럴듯한 추측이다. 

그와는 대조적으로 PTSD나 주요 우울증에서의 용적감소는 뭔가 영구적인 변화에 가까운 것 같다. 전자에서는 용적감소가 외상후 수십년이 지나도 그대로 지속되며, 후자에서는 약물요법으로 우울증 증상이 개선되고 난 몇년 혹은 몇십년후에도 지속된다. 그러므로 이런 사례들에서는 위축이 가역적인 현상이라고 전제할때 해마의 부피감소가 신경세포 돌기의 위축때문이라고 보기 어렵다.

해마가 이러한 상황에서 왜 작아지는지 현재로서는 누구도 더이상 알수가 없다. 과학자들은 무슨 조건반사라도 하는 것처럼, 더 많은 연구가 필요하다고들 하지만 여기에는 정말로 많은 연구가 필요하다. 이러한 소견에 함축되어 있는 혼란스러운 점은 무엇일까? 첫째로 신경과 의사가 뇌졸중 환자에게(하이드로코르티손, 덱사메타손 등) 합성 당질 코르티코이드를 투여하는 일과 관련이 된다.당질 코르티코이드는 고전적인 항염증 화합물이며, 뇌졸중 발작 후에 자주 나타나는 치명적인 뇌부종을 완화시키는데 사용되었다.당질 코르티코이드는 뇌종양 등에 동반되는 뇌부종은 잘 차단하지만 뇌졸중으로 생긴 부종에는 그리 큰 효과가 없다. 오히려 이 항염증제가 실제로는 염증을 유발할 수 있으며, 손상된 뇌의 염증을 악화시킬 수 있다는 증거가 늘어가고 있다. 이 분야의 최고 권위자들이 당질 코르티코이드가 신경학적으로 결과를 악화시키는 경향이 있다고 수십년 동안 경고해왔지만, 아직 수많은 신경과 의사들이 이 약을 처방하고 있다. 따라서 최근에 발견된 이런 소견들은 그 경고에 또 하나의 목소리 - 불확실한 해마를 포함하는 신경질환에서는 당질 코르티코이드의 임상적 사용이 바람직하지 않다는 경고-를 추가할 것이다. 

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류마티스 등 자가면역질환의 환자에게 사용하는 당질 코르티코이드..

그렇다면 우리는 자가면역질환에서 해마의 노화를 촉진할 가능성이 있는 당질 코르티코이드 사용을 피해야 할까? 대개는 그렇지 않다. 이 질병들은 때때로 아주 파괴적인 병이고 당질 코르티코이드는 때때로 매우 효과적인 치료제이다. 잠재적으로 나타날 수 있는 기억장애는 냉혹한, 피할수 없는 부작용인 것이다. 

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우리의 신체는 신경학적 위기가 닥칠때 대량의 호르몬을 분비한다. 신경학적 손상을 받아서 응급실에 온 사람들은 혈류속에 당질 코르티코이드 수준이 엄청나게 높다. 쥐에서 알 수있는 것은 이런 때에 쏟아지는 당질 코르티코이드는 손상을 악화시킨다는 사실이다. 뇌졸중이나 발작후에 곧 부신을 절제하거나 부신에서 일시적으로 당질 코르티코이드 분비를 차단하는 약물을 사용하면 해마가 덜 손상된다. 다르게 표현하자면, 우리가 전형적이라고 생각하는 뇌졸중이나 발작후에 발생하는 뇌손상의 정도는 우리 신체가 엉뚱하게 나타내는 스트레스 반응때문에 더욱 악화된 결과인 것이다. 

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간질 대발작이 일어났다. 에너지를 다리 근육에 보내기 위해 당질 코르티코이드를 분비한다. 그리하여 뇌 손상이 더 악화된다. 이것들은 스트레스 반응이 항상 우리 신체에 이롭게만 작용하는 것이 아니라는 사실을 극명하게 보여주고 있다. 

왜 이런 부적합한 반응이 진화되었을까? 그럴듯한 설명은 단순히 우리의 신체가 신경학적 위기상황에서 당질 코르티코이드를 분비하지 않는 기능을 아직 진화시키지 못했다는 것이다. 스트레스가 유도하는 당질 코르티코이드 분비는 거의 모든 포유류, 조류, 어류에서 비슷하게 작용한다. 그리고 여러 종 중에 문명화된 오직 한종, 즉 사람마저도 뇌졸중 같은 병에서 살아남을 확률이 높아진 것은 아직 반세기 전의 일에 불과한 것이다. ..

.. 우리가 궤양, 혈압, 성생활 등 스트레스에 민감한 사안에 대해 생각하기 시작한 지 이제 50-60년 정도이다. 우리 대부분은 스트레스가 학습과 기억을 어떻게 방해하는지를 알게되었다. ..

[정혜]

감사합니다