먹을지 말지 결정하는 것은 이 세 가지 뉴런에 달려 있다

말하기, 노래하기, 기침하기, 웃기, 소리치기, 하품하기, 씹기 -- 우리는 턱을 여러 가지 목적으로 사용합니다. 각 동작에는 복잡한 근육 조정이 필요하며, 그 활동은 뇌의 뉴런에 의해 관리됩니다.

하지만 생존에 가장 필수적인 턱 움직임(먹기)의 신경 회로는 놀랍게도 간단하다는 것이 밝혀졌습니다. 록펠러 대학의 연구자들이 최근 Nature 에 실은 새로운 논문에서 설명했습니다. Jeffrey M. Friedman이 이끄는 분자 유전학 연구실의 Christin Kosse와 다른 과학자들은 배고픔 신호 호르몬을 씹는 턱 움직임에 연결하는 3개 뉴런 회로를 발견했습니다. 이 두 가지 사이의 매개체는 시상하부의 특정 영역에 있는 뉴런 군집으로, 손상되면 오랫동안 비만을 유발하는 것으로 알려져 왔습니다.

놀랍게도, 이른바 BDNF 뉴런을 억제하면 동물이 더 많은 음식을 섭취할 뿐만 아니라 음식이나 먹을 때임을 나타내는 다른 감각적 입력이 없어도 턱이 씹는 동작을 하도록 자극합니다. 그리고 이를 자극하면 음식 섭취가 감소하고 씹는 동작이 중단되어 배고픔을 효과적으로 억제합니다.

이 회로의 간단한 구조는 먹으려는 충동이 이전에 생각했던 것보다 반사 작용과 더 유사할 수 있음을 시사하며, 먹기 시작이 어떻게 제어되는지에 대한 새로운 단서를 제공할 수도 있습니다.

"이러한 뉴런이 운동 제어에 그렇게나 중요한 역할을 한다는 것은 놀라운 일입니다." 연구의 첫 번째 저자이자 연구실의 연구원인 크리스틴 코세가 말했습니다. "우리는 물리적 턱 움직임을 제한하는 것이 일종의 식욕 억제제 역할을 할 수 있다고는 예상하지 못했습니다."

감정 그 이상?

먹고자 하는 충동은 배고픔뿐만 아니라 여러 요인에 의해 좌우됩니다. 우리는 또한 즐거움, 공동체, 의식, 습관을 위해 먹습니다. 그리고 냄새, 맛, 감정은 우리가 너무 많이 먹는지 여부에 영향을 미칠 수 있습니다. 인간의 경우, 먹는 것은 더 많이 또는 덜 먹으려는 의식적인 욕구에 의해 조절될 수도 있습니다. 비만의 원인은 식단, 환경, 유전자의 역동적인 상호 작용의 결과인 똑같이 복잡합니다. 예를 들어, 배고픔을 억제하는 호르몬인 렙틴과 뇌유래 신경영양인자(BDNF)를 포함한 여러 유전자의 돌연변이는 심한 과식, 대사 변화, 극심한 비만으로 이어지며, 이는 두 요인 모두 정상적으로 식욕을 억제한다는 것을 시사합니다.

프리드먼의 팀이 이 연구를 시작했을 때, 그들은 과식을 억제하는 BDNF 뉴런의 위치를 ​​정확히 알아내려고 했습니다. 그것은 수년간 과학자들을 피했습니다. 왜냐하면 신경 발달, 분화, 생존의 주요 조절자이기도 한 BDNF 뉴런은 뇌에 널리 퍼져 있기 때문입니다.

현재 연구에서 그들은 포도당 조절과 식욕과 관련된 뇌 심부 영역인 복측내측 시상하부(VMH)에 집중했습니다. VMH의 손상은 돌연변이된 BDNF 단백질과 마찬가지로 동물과 사람에게 과식과 결국 비만으로 이어질 수 있다는 것은 잘 알려져 있습니다. 아마도 VMH가 먹이 행동에 조절 역할을 했을 것입니다.

그들은 BDNF가 식사 행동에 미치는 영향을 기록함으로써 감각 신호를 턱 ​​움직임으로 변환하는 과정을 뒷받침하는 신경 회로를 찾을 수 있기를 바랐습니다. 그들은 그 후 VMH의 BDNF 뉴런(다른 곳은 아님)이 동물이 비만이 되면 활성화된다는 것을 발견했는데, 이는 음식 섭취를 억제하기 위해 체중이 증가할 때 활성화된다는 것을 암시합니다. 따라서 이러한 뉴런이 없거나 BDNF에 돌연변이가 있으면 동물은 비만이 됩니다.

음식 없이 씹기

일련의 실험에서 연구자들은 광유전학을 사용하여 생쥐의 복측내측 시상하부에서 BDNF 뉴런을 발현시키거나 억제했습니다. 뉴런이 활성화되자 생쥐는 배고프다는 것을 알고 있을 때조차도 완전히 먹는 것을 멈췄습니다. 뉴런을 침묵시키자 반대 효과가 나타났습니다. 생쥐는 먹기 시작했습니다. 그리고 먹고 또 먹고 또 먹어서 짧은 시간 안에 평소보다 거의 1200% 더 많은 음식을 늑대처럼 먹어치웠습니다.

"이러한 결과를 보았을 때, 우리는 처음에 BDNF 뉴런이 가치(valence)를 인코딩한다고 생각했습니다." 코세가 말합니다. "우리는 이 뉴런을 조절했을 때, 쥐가 배고픔이라는 부정적인 감정을 경험하는지 아니면 맛있는 음식을 먹는 긍정적인 감정을 경험하는지 궁금했습니다."

하지만 이후의 실험은 그 생각을 반박했습니다. 쥐에게 주어진 음식(일반적인 사료이든 쥐의 초콜릿 무스 케이크와 같은 지방과 설탕이 가득한 음식이든)에 관계없이, 그들은 BDNF 뉴런을 활성화하면 음식 섭취가 억제된다는 것을 발견했습니다.

그리고 배고픔이 먹는 유일한 동기가 아니기 때문에 -- 디저트를 빼먹을 수 없는 사람이라면 누구나 증명할 수 있듯이 -- 그들은 이미 배불리 먹은 쥐에게 맛있는 음식을 제공하기도 했습니다. 연구자들이 BDNF 뉴런을 억제할 때까지 쥐들은 계속 먹었고, 그 시점에서 그들은 즉시 먹는 것을 멈췄습니다.

"이것은 처음에는 당혹스러운 발견이었습니다. 이전 연구에서 즐거움을 위해 먹는 이 '쾌락적' 충동이 배고픔 충동과 상당히 다르다고 제안했기 때문입니다. 배고픔 충동은 배고픔과 관련된 부정적인 감정이나 부정적 가치를 억제하려는 시도입니다." 코세가 지적합니다. "우리는 BDNF 뉴런을 활성화하면 두 충동을 모두 억제할 수 있음을 보여주었습니다."

또한 BDNF 억제로 인해 쥐가 턱으로 씹는 동작을 하게 되었고, 음식이 없을 때에도 주변의 모든 물체를 향해 씹는 동작을 했습니다. 씹고 물려는 강박관념이 너무 강해서 쥐는 주변의 모든 것을 갉아먹었습니다. 물통의 금속 주둥이, 나무 블록, 심지어 신경 활동을 모니터링하는 전선까지도요.

회로

하지만 이 운동 제어 스위치가 어떻게 신체의 음식에 대한 필요나 욕구와 연결되는 걸까요?

연구진은 BDNF 뉴런의 입력과 출력을 매핑하여, BDNF 뉴런이 식욕을 조절하는 호르몬 신호와 이를 소비하는 데 필요한 움직임을 연결하는 3부분으로 구성된 신경 회로의 핵심이라는 것을 발견했습니다.

회로의 한쪽 끝에는 시상하부의 궁상핵(Arc) 영역에 있는 특수 뉴런이 있는데, 이 뉴런은 지방 세포에서 생성되는 호르몬인 렙틴과 같은 배고픔 신호를 포착합니다. (렙틴 수치가 높으면 에너지 탱크가 가득 찼다는 뜻이고, 렙틴 수치가 낮으면 먹을 시간이라는 뜻입니다. 렙틴이 없는 동물은 비만해집니다.) Arc 뉴런은 시상하부 배측내측으로 투사되고, 여기서 BDNF 뉴런이 신호를 포착한 다음, 턱 근육의 움직임을 제어하는 ​​Me5라는 뇌간 센터로 직접 투사됩니다.

"다른 연구에 따르면, 발달 중에 쥐의 Me5 뉴런을 죽이면 동물은 단단한 음식을 씹을 수 없기 때문에 굶어 죽습니다." 코세가 말했습니다. "그러니 우리가 거기에 투사되는 BDNF 뉴런을 조작하면 턱 움직임이 보이는 것은 당연한 일입니다."

프리드먼은 또한 VMH 손상이 비만을 유발하는 이유도 설명한다고 말합니다. "저희 논문에 제시된 증거는 이러한 병변과 관련된 비만이 이러한 BDNF 뉴런의 손실의 결과이며, 이 발견은 비만을 유발하는 알려진 돌연변이를 비교적 일관된 회로로 통합합니다."

그는 이 발견이 감각과 행동 사이의 연결에 대해 더 깊은 것을 시사한다고 덧붙였다. "섭식 회로의 구조는 반사의 구조와 크게 다르지 않습니다."라고 프리드먼은 말한다. "놀랍습니다. 왜냐하면 먹는 것은 복잡한 행동이기 때문입니다. 많은 요인이 행동을 시작할지 여부에 영향을 미치지만 그 중 어느 것도 그것을 보장하지는 않습니다. 반면에 반사는 간단합니다. 정의된 자극과 불변하는 반응입니다. 어떤 의미에서 이 논문이 보여주는 것은 행동과 반사 사이의 경계가 우리가 생각했던 것보다 더 모호하다는 것입니다. 우리는 이 회로의 뉴런이 식욕을 조절하는 다른 신호를 전달하는 뇌의 다른 뉴런의 표적이라고 가정합니다."

이 가설은 20 세기 초 신경생리학자 찰스 셰링턴의 연구와 일치합니다 . 그는 기침이 전형적인 반사 작용에 의해 조절되지만, 군중이 몰리는 극장에서 기침을 억제하려는 욕구와 같은 의식적인 요인에 의해 조절될 수 있다고 지적했습니다.

코세는 "먹는 것이 기본적인 생존에 매우 필수적이기 때문에, 음식 섭취를 조절하는 이 회로는 오래되었을 수 있습니다. 아마도 뇌가 진화하면서 발생하는 점점 더 복잡한 처리의 기질이었을 것입니다."라고 덧붙였습니다.

그러한 목적을 달성하기 위해 연구자들은 앞으로 Me5라고 알려진 뇌간 영역을 탐구하고자 합니다. 턱의 운동 제어가 연필 지우개나 머리카락을 갉아먹는 것과 같은 강박적이고 스트레스와 관련된 입 행동을 포함한 다른 행동을 이해하는 데 유용한 모델이 될 수 있을 것이라는 생각입니다.

"Me5의 이러한 운동 전 뉴런을 조사하면, BDNF 뉴런이 먹는 것과 같이, 그 영역으로 투사되어 다른 선천적 행동에 영향을 미치는 다른 센터가 있는지 이해할 수 있을지도 모릅니다." 그녀는 말한다. "스트레스에 의해 활성화되거나 다른 뉴런도 거기에 투사되나요?"

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241023130903.htm