애착의 신경생물학과 임상적 함의
Neurobiology of attachment and clinical implication
장옥진, 이재우, 서상수
서론
애착은 동물이나 인간 개체 사이의 상호 연결이며 광범위한 계통발생(pohylogenetic)적 의미를 가진다. John, Bowlby 는 그의 저서에서 애착은 인간의 상호작용에서 동기를 부여하는 핵심적인 힘이라고 정의 하며 이후의 발달과 인격 기능에 중요한 결과를 초래한다고 하였다. Mary Ainthworth 또한 중요시기에 모체와 영아 사이의 애착이 영아의 현재와 미래의 행동에 영향을 끼치는 가장 중요한 요인이라 지적 하며 애착의 중요성을 설명하였다. 뇌과학이 발달하면서 애착이 형성하는 과정에서 인간의 뇌의 변화 등에 대한 기술들이 늘어나고 있지만 주로 성인의 남녀 관계나 낭만적인 사랑에 국한되고 있는 한계 점이 있다. 하지만 인간을 제외한 다른 종에서 시행된 애착에 대한 연구는 영가 기에서부터 성인기에 이르는 기간 동안 분자, 세포, 계통에 이르는 신경학적 기반에 대한 광범위한 연구가 이루어 졌다. 인간의 애착에 대한 신경생물학적 평가의 한계 때문에 생애 초기 신경생물학적 변화에 대한 이해는 주로 동물 연구를 통해 이루어 졌다. 따라서 이번 연구에서는 생쥐연구에서 발견된 애착의 신경생물학적 발견들을 기술하고 인간의 정신의학적 의미에 대해 고찰해 보도록 하겠다.
인간에서의 애착
인간의 태아는 실제 생후 수분 안에 양육자에 대한 애착행동을 표현한다. 이것은 자궁내의 편안하고, 규칙적인 환경에서 새로운 자극으로 가득한 자궁 외 환경으로 변화되는 출산이라는 과정에서 발생하는 본능적인 행동이라 생각한다. 이러한 본능적인 행동은 생존을 위한 행동으로 태아는 그들의 약육자를 확인하고, 양육자와의 경험을 통해 기억을 형성하며 친근감을 표시한다. 양육자는 사회적 행동과 친근감을 표현하는 대상이 되는데 이는 생존을 위해 필요한 음식, 안전, 따듯함을 제공하기 때문이다. 이는 자궁 내에서 이루어진 양육자의 냄새와 소리에 대한 학습에 의해 예정된 행동으로 생각되어 진다. 실제 출생 수 시간 이내에 영아는 모체의 소리를 향하 고개를 돌리고 반응하는 동작을 보이며 또한 모체의 냄새에도 반응하는 모습이 관찰된다. 그리고 모체의 배와 가슴을 향해 기어가려는 모습을 볼 수 있는데 이는 모체의 배와 모유에서 양수의 냄새를 식별 하는 것으로 생각되어진다. 또한 모체의 냄새와 소리는 영아의 울음을 약화 시키는 기능도 있는 것으로 밝혀져 있다. 이는 모체의 감각에 대한 반응이 유아의 생리적, 행동적 변화를 유발하는 것을 의미 한다. 이것을 생득적으로 갖추어진 초기 애착이라 생각한다.1)
설치류의 애착 학습
애착 모델은 다양한 종류의 설치류 연구의 결과로 인해 제시되었다. 우선 설치류의 청력과 시력은 생후 2주 까지 완전히 형성되지 않는다. 그럼에도 불구하고 모든 설치류는 모성의 젖가슴을 향해 몸을 돌리는 반응들이 관찰된다. 이것은 냄새에 의해 통제되고 유도되는 행동이다. 특히 모성의 냄새에 강하게 반응하며 이것이 촉각에 해당하는 입주위의 체성감각과 함께 작용하는 순간 이러한 행동은 더욱 강화되며 이것을 젖꼭지 애착의 핵심이라 생각된다.
이러한 반응은 시력, 혹은 청력을 상실한 설치류 새끼에서 관찰되어지며 페르몬과는 별개의 작용이라는 것이 오랜 연구를 통해 밝혀졌다. 초기에 보이는 모체의 냄새는 영아가 젖꼭지로 몸을 돌려 모체의 몸과 물리적 으로 접촉하는 횟수를 증가 시킨다. 모체의 냄새를 제거한 경우 설치류 새끼에서 모체와 접촉하는 횟수는 급격히 줄어들고 젖꼬지 애착의 획득의 획득과 생존륙 또한 감소한다. 이것은 애착의 과정에 작용하는 특정 감각 자극의 위상을 설명할 수 있다. 이후 연구에서 출산 직전 흡입한 양수의 냄새 이외에 중립적인 냄새, 혹은 새로운 냄새(페퍼민트, 오렌지향)을 포함한 어떠한 후각 자극도 모성의 냄새를 대처할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 출생 이후 특정 시기 동안 모체를 대처하거나 다른 모체에 새로운 냄새를 첨가 혹은 제거하는 실험에서도 설치류의 새끼는 젖꼭지 애착을 형성하였다. 이러한 결과를 통해 생애 초기 애착의 대상을 변화 시킬 수 있는 시기가 있다는 것을 알게 되었고 자극에 감작될 수 있는 시기에 후각자극의 학습(sensitive periods odor learning)이라 명명하였다.
이러한 초기 애착 형성 과정에서 체성신경 자극 또한 작용한다. 설치류의 입 주변과 수염에는 동일한 체성신경이 분포하고 있으며 생애 초기에 가장 예민한 체성 신경이다. 모체의 냄새와 함께 수염에 대한 자극을 반복한 경우에도 새끼의 젖꼭지를 향하는 행동과 애착반응은 동일하게 일어났으며 새끼의 수염을 제거한 경우 젖꼭지에 애착은 약해지거나 늦게 형성 되었다. 이러한 촉각에 대한 반응은 설치류의 시력이 형성되는 생후 12일에 급격하게 사라진다. 이 실험의 결과로 애착의 형성에 있어 체성 신경 특히 입 주변의 촉각이 애착형성에 영향을 끼치는 것으로 밝혀졌으며 후각 자극과 함께 체성 학습(somatosensory learning)이라 명명 하였다. 애착의 형성 과정에서 후각과 촉각의 중요성을 알게 된 이후 추가적인 연구에서 통제된 고전적 조건화 과정을 통해 동일한 반응을 둥지 밖에서 모체 없이 유발할 수 있다는 것을 알게 되었다. 특정한 냄새와 촉각 자극을 반복하고 보상을 제공하는 경우 그 특정냄새에 대한 선호와 젖꼭지 애착 행동이 재현 된 것이다. 생애 초기 학습에 있어 가장 두드러진 특징은 냄새, 촉각과 함께 모유, 따뜻함, 부드러운 촉각자극 등 긍정적인 자극 뿐 아니라 통증, 전기 자극, 차가움 등의 부정적인 자극을 주었을 경우에도 젖꼭지 애착은 형성되며 이러한 학습과정은 통제된 고전적 조건화로 설명 할 수 있다.2)
유아 애착의 신경생물학 후각에 기반한 애착 학습 시스템은 Figure 1.에서 묘사되어 있다.
유아의 놀아드레널직 청반(Noradrenargic locus coeruleus, 이하 LC)는 풍부한 놀에피네프린(Norepunephrine, 이하 NE)을 후각신경구에 분비시켜 학습에 필요한 가소성을 증가 시킨다. 실제 후각신경구는 후각 학습에 핵심적인 부위이다. 애착 학습에 필요한 후각 신경구의 가소성 증가는 이미 나연 상태 또는 통제된 고전적 조건화 실험에서 확인 되었으며 이 실 험 가정에서 2-탈산화당(2-deoxyglucose, 이하 2-DG)의 재흡수 c-Fos 면역현광기법, 전기 생리학, 인산화 CREB(pCREB) 그리고 분광 영상학 등의 기법들이 적용된다.3)
NE는는 유아의 학습에 의해 유발된 행동변화와 신경학적 변화과장에서 충분히 확인 할 수 있는데 이 NE의 분비는 LC에서 조절된다. NE에 의해 유발된 후각 신경구의 가소성은 습관화 또는 지속적인 후각 자극으로 유발된 후각신경의 주요 출력 세포인 승모신경 세포(mitral cell)에 의해 억제 된다. 분자 수준에서 NE는 자극에 대한 반응으로 초래되는 시넵스의 형성의 초기와 후기 유전자의 전사를 담당하는 cAMP를 통해 pCREB의 증가를 초래한고 신경합성을 통해 학습을 유발한다. 더욱이 이 과정은 성이의 학습과 기억을 담당하는 연쇄과정과 동일한 과정을 따른다. 유아의 학습에서 관찰되는 이러한 학습 과정은 성인기 보다 훨씬 활발하게 일어나는데 이것은 유아의 경우 성인의 LC의 흥분과 NE 분비를 억제 시켜주는 α2 억제 자가수용체(autoreceptor)의 형성이 부족하기 때문이다. 설치류에 있어서 α2 억제 자가수용체는 생후 10일이 지나야 발변되며 이후 NE의 방출은 급격하게 감소한다. 그리고 LC의 α2 억제 자가수용체의 발현은 설치류에 있어 감작 가능한 시기가 끝나 후각 학습이 활발히 일어나지 않는 다는 것을 의미한다. 이 시기부터 NE는 새로운 기억 형성 과정 보다는 변조 또는 조절의 기능을 주로 담당하게 된다.4)
통증 연관 자극에 대한 신경생물학
유아의 애착과 관련한 또 다른 연구들은 비정상적인 양육을 제공한 경우를 가정하여 시행되었다. 즉 가학적인 모체에 대해서는 설치류 새끼들은 강한 애착을 형성한다. 이러한 상황을 실험적으로 유발하였는데 감작가능시기에 새로운 모체에 대한 냄새와 함께 0.5mA의 전기자극을 하하는 실험이 그것이다. 이러한 역설적 애착학습은 이 시기에 회피 또는 공포학습이 억제되었을 것을 가정할 수 있으며 아마도 새끼가 모체로부터 두려움을 학습하는 것으로 제한하기 위한 것으로 생각된다. 실제 모체로부터 두려움과 회피를 약화 시켜 맹목적인 따름을 형성하는 것이 애착 학습에서 보이는 핵심적이고 중요한 개념인 것이다. 실제 설치류 실험에서 가학적인 자극의 존재에도 불구하고 새끼는 어떠한 회피나 두려움, 두려움 반응에 대한 단서에도 억제 신호는 관찰되지 않으며 이는 생후 (perinatal, 이하 PN) 10일 까지 지속 된다. 이러한 후각-전기자극을 연관시킨 공포 조건화 환경에서 설치류의 새끼는 10일이 지나서야 성인과 유사한 공포반응을 학습하게 된다(Figure 2). 5)
많은 연구들이 이 과정이 감작가능시기에 편도체(amygdala)의 가소성의 부제 때문에 발생하는 것으로 생각한다. 설치류 편도체의 수초화가 PN 10일 전에는 진행되지 않으며 이 시기에 후각-전기자극 조건화에도 불구하고 후각의 선호학습은 지속 될 뿐 아니라 어떠한 약물학적 억제 시도에도 반응하지 않았다. 설치류 해마의 신경합성은 PN 5일 이후 시작하며 PN 10-20일이 되어야 성체와 유사한 형태로 발달하게 된다.
그러므로 새끼의 후각-건기자극 조건화는 모유, 따뜻함 등의 긍정적인 애착과 동일한 기전으로 학습되며 해마의 가소성의 부재로 성체에서 관찰되는 공포조건화는 부제하게 된다. 이러한 유아기 특유의 학습과정은 인간을 포함한 많은 동물에서 관찰되며 생존을 위한 비용지출이라는 측면에서 가학적인 양육자에게도 애착을 형성하게 되는 것이다.6)
이는 전기 자극 뿐 아니라 리튬 클로라이드(lithium cloride, LiCL)를 주사하여 피멍을 유발시키는 후각-피멍 조건화에서도 새끼의 해마는 후각 혐오 학습이 관찰되지 않았다. 하지만 후각/미각과 피멍을 함께 조건화 시켰을 경우 새끼에게서 후각에 대한 선호는 발생하였으나 미각 학습이 발생하지 않았다.7)
종합해보면 많은 자료들이 생애 초기에 후각과 촉각에 반응하여 모체에 대한 애착반응을 형성한다. 동일한 후각, 촉각 반응이 지속되면 부정적인 자극이 함께 존재함에도 불구하고 대상에 대한 애착을 형성하게 된다. 이는 해마의 미성숙으로 공포와 회피 학습이 존재하지 않기 때문으로 생각되어 진다. 다음으로 이후시기에 공포학습 과정에서 콜티코스테론(corticosterone, 이하 CORT) 등의 스트레스 물질들의 작용에 대해 살펴 보도록 하겠다.
애착형성에 있어 CORT의 작용
CORT는 스트레스 시스템에서 가장 특징적인 물질이다. 애착 감작 가능시기 마지막에 나타나는 공포학습이 유발되는 시기와 스트레스에 반응하는 CORT의 방출이 연기되는 기간은 거의 동일하다. 설치류의 출산 초기에 CORT의 기저수치는 상대적으로 매우 낮은 수준이다. 이 말은 대부분의 스트레스에 대해 CORT의 방출이 일어나지 않으며 이 시기는 스트레스 저반응시기(stress hyporesponsive period, 이하 SHRP)로 알려져 있다. 이 시기에는 모체박탈 만이 CORT의 분비를 증가시키며 모체와 함께 있을 경우 증가된 CORT는 즉시 낮은 상태로 유지된다. SHRP의 마지막 시기인 PN10일부터 스트레스 자극에 COPT 분비가 증가된다. 따라서 모체의 존재는 다른 스트레스에 대한 완충제로 작용하며 성장, 뇌의 크기, 신경내분비의 기능, 세포 구조와 형성 등의 고 농도 CORT의 부작용을 막아준다.8)
CORT는 성인의 공포, 회피조건화 조절에서도 중추적인 역할을 한다. 하지만 CORT는 유아의 애착, 회피 조절에서 직접적인 영향을 준다. 공포나 혐오 자극과 함께 해마에 직접적으로 CORT를 주사하는 경우 해마의 기능과 독립적으로 공포반응이 유발된다. PN 10일이 지난 설치류의 새끼는 해마의 가소성과 공포 학습을 하기에 충분한 CORT를 분비시킬 수 있다. 이러한 새끼들도 모체가 존재한다면 모체가 스트레스에 대한 완충제로 작용하여 CORT 분비가 증가되지 않거나 해마 내의 CORT 수용체가 찻잔되어 공포, 회피 학습이 일어나지 않는다. 모체의 존재로 CORT 분비가 증가되지 않는 것은 PN15일 정도까지 지속된다. 이러한 제한적인 시기를 과도기적인 감작 가능시기(transitional sensitivity period)라 부른다. 이 시기를 우리는 새끼가 둥지 밖 생활에서 모체의 양육 없이 생존이 가능한 수준으로 성장할 때까지 혐오 학습을 제한하는 것으로 생각한다.9)
이 과정이 Figure 3. 에 묘사되어 있다. 모체의 존재는 스트레스 반응에 주축이 되는 뇌의 시상하부, 뇌하수체, 부신 축(hypothalamic, pituitary, adrenal axis, 이하 HPA)의 활성을 유발시키는 시상하부 뇌실곁핵(hypothalamic paraventricular nucleus, PVN)의 분비를 억제시킨다. PVN은 스트레스에 의해 유발되는 다양한 호르몬의 방출을 조절한다. PVN은 뇌의 다양한 부위에서 전달되는 신호를 통합하며 NE가 가증 중추적인 역할을 한다. 설치류에서의 모체의 존재는 PVN의 신경활성과 그로 인한 NE의 방출을 억제시킨다. 과도기적 감작 가능시기에 PVN, NE의 억제는 CORT로 유발되는 공포 조건화 학습을 막는다. 그리고 또한 이시기에도 인공적으로 PVN, NE를 주입하는 경우 모체의 존재에도 불구하고 공포조건화는 형성되게 된다.10)
부과적인 실험에서 애착이 잘 형성된 유아를 양육하는 모체 보다 애착이 잘 형성되지 ㅇ낳는 모체의 CORT 수준이 더 높다는 보고들도 있다. 따라서 애착이라는 것은 유아에 국한 된 것이 아니라 모체-유아 상호간에 작용하는 것이며 애착이 잘 형성되지 않은 유아를 양육하는 모체의 경우 스트레스에 더 많이 반응하고 공격적으로 변한다.
요약하면 초기 애착 형성 시기에 모체의 존재는 통증이나 스트레스에 반응하는 CORT 분비를 억제 시키며 이 과정에서 PVN, NE 방출을 억제하는 기전이 이용된다. CORT 분비의 증가는 공포, 회피 형성과 관련이 있으며 둥지에서 모체에 의해 양육되는 경우 이러한 반응이 최대한 연기 되어 애착을 형성할 수 있게 된다. 상기의 내용을 요약한 그림은 Figure 4. 에 묘사되어 있다.11)
생애 초기 환경에 대한 장기적인 영향
설치류에서 생애 초기 학습은 성인기의 행동에서 중요하다. 생애 초기에 모체와 좋은 애착반응을 보인 경우 성인기의 짝짓기, 양육에서도 적극적이고 긍정적인 모습이 관찰되었다. 그리고 실험실에서 후각-전기자극을 조건화 한 경우 우울증과 유사한 효과와 사회적 행동의 감소가 관찰 되었을 뿐 아니라 새끼의 양육에서도 가학적인 모습이 관찰되었다. 더욱이 생애 초기 모체의 발탈에 의해 CORT 수준이 증가하여 공포, 회피 학습이 빨리 일어난 경우 사소한 주변의 활동이나 소리에도 민감하게 반응하며 HPA 축이 과활성 되는 것이 성인기에도 이어졌다. 이와 함께 CORT 및 ACTH 의 기저 수준도 지속적으로 과자극 되어 있는 양상이 관찰되었다.12)
이는 스트레스에 반응하는 HPA 축의 조절기능 파괴와 연관되어 이에 대한 뇌와 신체의 부정적인 변화가 지속되기 때문으로 생각된다. 초기에 모체의 결핍은 유전자 발현, 당질 코르티코이드(glucocorticoid) 반응 등에 영향을 끼치며 이로 인해 스트레스에 지속적으로 민감하고 과민 반응 하는 역기능을 초래한다.13)
그리고 이러한 반응 들은 인간에서도 적용될 것으로 생각된다. 설치류의 발달을 인간의 양육시기에 미루어 생각 해 볼 때 설치류의 PN 10일은 인간의 생후 6개월에 해당하고 PN 15일은 생후 18개월 정도로 생각 된다. Helm 등은 출생 후 18개월 동안 모체 박탁을 경험하고 보육원에서 생활한 238명의 성인을 대상으로 CORT와 ACTH 수준 및 스트레스 반응 정도를 조사한 연구에서 정상대조군에 비해 높은 수준의 기저 CORT, ACTH 및 스트레스 반응이 관찰되었다(Figure 5). 14)
뿐만 아니라 이들의 기분장애, 불안장애, 중독질한, 인격장애의 발생 비율도 일반인에 비해 유의하게 높은 것으로 조사되었다.15)
이와 함께 Helm 등은 자가 보고형 척도로 생애초기 스트레스에 대해 측정 후 CORT, ACTH의 기저수준 및 스트레스의 반응을 측정하였을 때도 이와 유사한 연구 결과를 얻을 수 있었다(Figure 6).16)
고찰
애착 반응은 모체와 태아 간에 형성되는 강렬한 감정이며 이후의 전 생애에 걸쳐 작용하는 것으로 알려져 있었다. 일종의 철학적 명제처럼 받아들여진 애착이라는 척도가 뇌과학의 발달과 잘 짜여진 동물 실험 등을 통해 과학적으로 증명되고 있다.17) 애착 반응과 관련하여 CORT와 함께 HPA 축 등 스트레스 반응과 관련이 있으며 핵심적인 해부학적 구조는 해마라는 것이 현재까지의 발견이다. 그리고 관련하여 많은 정신과학적 질병의 원인으로 제안 되고 있다. 스트레스는 외부 자극에 대한 내부 특히 뇌의 작용이다. 우리는 지금 이 순간에도 수많은 외부자극을 경험하고 있다. 하지만 모든 자극에 반응하는 것은 아니다. 뇌의 스트레스 조절 기전이 작동하여 반응을 억제시키기도 하고 유발된 자극을 정상화 시키는 회로가 꾸준히 작동하기 때문이다. 외부자극에 대해 과민한 경우 만성 스트레스 반응이나 불안장애, 우울장애, 다른 중독질환에 쉽게 빠지게 된다. 해마 역시 원초적인 감정적 기억에 핵심적인 기능이며 외부 자극에 대해 급속하게 반응하도록 진화되어온 구조물이다. 생애 초기 스트레스 등의 반응으로 해마가 빨리 성숙해진 경우 수많은 생애 초기 스트레스에 대해 공포, 회피 조건화가 진행된다. 그리고 사소하거나 유사한 유발 자극에도 빠르고 급격하게 반응하는 해마를 가지게 된다. 현재 정신과적 증상을 조절하기 위해 사용되는 약물은 신경전달 물질을 조절하는 것을 기본으로 한다. 하지만 현존하는 약물기전으로는 과민한 해마를 조절 할 수 있는 직접적인 방법은 없다. 더군다나 항상성이 파괴되어 새로운 알로스타시스(allostasis)를 형성한 경우에는 더욱 그러하다. 현존하는 일반적인 치료의 기조로는 애착형성에 실패하고 생애 초기에 공포, 회피 조건화 학습이 일어난 개체에 접근 할 수 있는 방법이 없다는 말이다.18) 여기에 정신과학의 영역에서 애착의 중요성이 있다. 한 개체에서 전생을 통해 작용하며 정신건강에 지대한 영향을 끼치는 애착은 정신의학적 증상이 발생하기 훨씬 이전에 형성된다. 후기에 발생하는 정신의학적 피해를 줄이기 위해 모자보건, 육아 등에 더 많은 사회적 관심이 필요할 것으로 생각 된다.
참고 문헌
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첫댓글 좋은 자료 고맙습니다 ^^