뇌 내 물질 도파민의 "동기와 식욕"에 미치는 영향
Dopamine
지난 글에서 '도파민과 연애 뇌(*1)', '도파민과 이완 명상(*2)'을 통해 도파민에 대한 현대적 연구 문헌을 소개한 바 있습니다. 이번에는 좀 더 근본적인 관점에서 '보다 원시적인 동물에서 도파민은 어떤 행동에 영향을 미치는가'에 대해 알아보고자 합니다.
먼저 기초 지식으로 할로페리돌(Haloperidol)에 대해 설명하자면, 할로페리돌은 오래전부터 사용되어 온 약물로 도파민 D2 수용체를 차단하는 작용이 있는 것으로 알려져 있습니다(*4). 특히 뇌의 도파민 수용체 자극을 억제하여 섬망을 억제하거나 정신과에서는 정신분열증, 조울증, 조울증, 이상운동증 등의 질환에 사용되는 약물입니다. 이번에 소개할 연구는 동물실험이기 때문에 이러한 질환의 개념은 접어두고 '할로페리돌은 뇌의 도파민 작용을 억제하는 물질'이라는 점만 염두에 두시기 바랍니다.
이번 실험의 주제는 '쥐의 섭식 행동에서 도파민의 작용을 차단하면 어떤 변화가 일어나는가'라는 주제입니다. 첫 번째 실험방법은 52x33cm, 높이 33cm의 사육 상자에 한 마리의 쥐를 넣고 관찰했습니다. 바닥은 세 개의 구역으로 구분되어 있고, 쥐가 구역 사이를 이동하면 스위치가 켜져 이동 횟수가 카운트되는 구조로 되어 있습니다. 먹이를 주는 시간(세션이라고 부른다)은 30분이며, 30초마다(FT: 고정시간=30) 작은 먹이 펠릿(먹이의 작은 조각)이 정해진 먹이대에 자동으로 공급됩니다(그림 1A). 이를 며칠간 반복하여 일별 활동성 카운트가 변동이 없어지는 시점을 기준선으로 정의하였습니다. 기준선 상태에서 FT(먹이 주기)를 30초, 60초, 120초, 360초, 먹이를 주지 않은 상태(Extinction)로 며칠마다 바꿔가며 FT와 활동 횟수와의 관계를 그래프로 나타낸 것이 그림 1 B입니다. 이 실험은 6마리의 쥐를 관찰하였으며, FT 스케줄의 순서는 무작위로 변경되었습니다.
그림 1 B를 보면, 할로페리돌을 투여하지 않은 정상 상태에서는 모든 쥐에서 수유 간격이 짧을수록 카운트 수가 많고(=잘 돌아다닌다), 수유 간격이 길수록 카운트 수가 적다(=잘 돌아다니지 않는다)는 기초 데이터를 얻을 수 있습니다.
다음 실험에서는 FT=30초로 고정된 상태에서 할로페리돌을 쥐에게 투여하여 도파민의 작용을 억제시킨 상태에서 수유와 활동성의 관계를 관찰했습니다(그림 2).
그림 2A를 보면 할로페리돌을 투여하지 않은 쥐에서는 높은 활동성이 유지되고 있지만, 할로페리돌을 투여하는 양이 많아질수록 활동성이 뚜렷하게 감소하는 것을 알 수 있습니다(그림 2A: p<0.01←p값이 작을수록 통계적으로 유의미한 차이가 있음). 분 단위로 시간을 나누어 관찰한 데이터가 그림 2B에 나와 있습니다. 역시 여기에서도 할로페리돌의 양이 많을수록 활동성이 감소하는 것으로 나타났습니다(p<0.01). 경향적으로도 30분 세션의 처음이나 마지막에만 떨어지는 것이 아니라 전체적으로 활동성이 감소하는 것을 알 수 있습니다. 도파민이 차단됨으로써 세션 내내 활동이 억제되는 것을 알 수 있습니다.
이번에는 이전 실험과 달리 4.6m x 2.3m의 넓은 방에서 쥐의 행동을 조사했습니다. 미끼는 방의 벽면과 중앙부 등 각 구역에 골고루 배치되었고, 미끼의 모양도 여러 가지로 준비되었습니다. 미끼는 1.5g의 펠릿 2개를 무작위로 선정된 세 곳의 먹이통에 놓고 이를 쥐가 어떻게 먹는지 행동 패턴을 관찰했습니다. 그리고 앞선 실험과 마찬가지로 할로페리돌 무투여, 0.1mg/kg, 0.2mg/kg, 0.4mg/kg으로 각각 용량을 달리하여 실험이 진행되었습니다.
결과는 그림 4AB에 나와 있는데, 할로페리돌을 투여했을 때 식욕이 분명히 감소하는 것을 알 수 있습니다(그림 4A: p<0.01). 또한, 식사하는 시간도 할로페리돌을 많이 투여한 쥐에서 유의하게 감소하는 결과가 관찰되었습니다(그림 4B: p<0.01).
이 외에도 일반 쥐에 비해 할로페리돌 투여 쥐에서 관찰된 행동은 '중앙 먹이통 접근 감소(p<0.01)', '먹이통 접근 횟수 감소(p<0.01)', '먹이통에 올라가는 횟수 감소(p<0.05)', '먹기 펠릿 수의 증가(p<0.05)', '평균 섭식시간 감소(p<0.01)', '60초 이상 섭식 동작 횟수 감소(p<0.01)', '섭식 동작 횟수 증가(p<0.01)', '섭식 장소 수 증가(p<0.01)'와 같은 뚜렷한 변화가 관찰되었습니다.
이러한 쥐의 행동 변화를 살펴보면, 할로페리돌에 의해 도파민 작용이 억제된 쥐는 '먹이를 먹는' 행동에 대한 동기가 저하되는 결과를 얻었습니다. 그리고 '먹이를 먹는 양'과 '먹이를 먹는 시간'도 실제로 뚜렷하게 감소했습니다. 또한, '먹이를 먹는 동작'이 지속되지 않아 '먹다 남기는 행동'이 증가하거나, '짧은 먹이 섭취 시간을 여러 번 반복하는(횟수는 증가하지만 섭취량은 감소)' 행동 패턴으로 변화하고 있었습니다. 마찬가지로, 방 중앙에 놓인 먹이, 받침대 위에 올라가야만 먹을 수 있는 먹이 등 '어려움이나 장애물에 대해 소극적인 행동을 보이는 것'도 데이터에 나타났습니다.
이 실험을 통해 포유류에서 뇌 내 도파민이 억제되면 '동기부여, 의욕과 같은 원동력이 떨어지고', '목표 행동을 하는 시간이 줄어들고', '행동을 지속하거나 끝까지 실행하지 못하며', '목표에 대한 어려움을 극복할 수 없게 된다'는 것을 시사했습니다.
이번 연구는 동물실험을 통한 뇌 내 도파민의 기능 규명이지만, 우리 인간의 생활행동에도 많은 관련이 있을 것 같습니다. 뇌 속 도파민을 늘리려면 앞서 소개한 바와 같이 다양한 명상을 통해서도 도파민 경로를 활성화 할 수 있다는 것이 밝혀지고 있습니다(*2). 도파민의 기능을 잘 이해하여 뇌 내 환경을 활성화시켜 자신의 삶도 더 나은 방향으로 나아가도록 합시다.
저자: Takuma Nomiya l 번역: Sim Min Aa
Profile
Takuma Nomiya 의사・의학박사
임상의사로서 20년 이상 다양한 질병과 환자를 접하며 신체적 문제와 동시에 정신적 문제도 다루고 있다. 기초연구와 임상연구로 다수의 영문 연구 논문을 집필. 그 성과는 해외에서도 인정받아 직접 학술 논문을 집필할 뿐만 아니라 해외 의학 학술지로부터 연구 논문의 피어리뷰 의뢰를 받기도 한다. 증거 중심주의에 치우치지 않기 위해 미개척 연구 분야에도 관심을 기울이고 있다. 의료의 미래를 계속 탐구하고 있다.
인용문
원본글: NewLife Magazine_명상, 뇌, 행복 호르몬… 의학 시선의 진짜 이야기
인용문헌
*1. 뇌내 물질 도파민과 연애 뇌에 대하여
https://brunch.co.kr/@newlifekorea/23(Korean version)
https://note.com/newlifemagazine/n/nd28a751e35cb?magazine_key=mb580e4b26aa4(Japanese version)
*2. 이완 명상과 뇌내 물질 도파민에 대하여
https://brunch.co.kr/@newlifekorea/25(Korean version) https://note.com/newlifemagazine/n/n67caa776ea39?magazine_key=mb580e4b26aa4(Japanese version)
*3. Salamone JD. Dopaminergic involvement in activational aspects of motivation: Effects of haloperidol on schedule-induced activity, feeding, and Psychobiology, 16(3), 196-206. 1988
*4.
https://ko.wikipedia.org/wiki/할로페리돌
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