추위를 기억하다: 과학자들은 기억이 신진대사를 어떻게 조절하는지 발견했다

트리니티 칼리지 더블린의 토마스 라이언 교수가 이끄는 새로운 다학제 연구는 뇌가 추위에 대한 기억을 형성하고 이를 이용하여 신진대사를 조절한다는 것을 보여줍니다. 이 새롭게 발표된 연구는 추위에 대한 기억이 뇌에서 어떻게 형성되는지, 그리고 그 기억이 어떻게 체온 조절을 촉진하는지를 밝힌 최초의 연구입니다.

이번 발견은 비만에서 암에 이르기까지 다양한 질병을 치료하는 치료법에 중요한 응용 분야가 될 수 있습니다. 이러한 질병에는 체온 조절과 신진대사(또는 이 분야의 통제력 부족)가 역할을 하며, 기억이 우리의 행동과 감정에 어떤 영향을 미치는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있는 보다 근본적인 연구로의 문을 열어줄 수 있습니다.

1897년, 생리학자 이반 파블로프는 동물과 인간이 환경의 다양한 측면들 사이에서 연관성을 형성하는 고전적 조건형을 처음으로 설명했습니다. 그는 개가 먹이에 대한 기대감으로 종소리를 들으면 침을 흘리도록 훈련할 수 있음을 보였습니다. 고전적 조건형 또는 파블로프적 조건형은 그 이후로 신경과학과 심리학의 핵심 분야가 되었습니다.

장기 기억은 뇌에 상호 연결된 세포들의 집합체, 즉 엔그램(engram)으로 저장됩니다. 현대 신경과학은 감염, 염증, 음식 섭취, 통증과 같은 신체적 표상을 부호화하는 엔그램을 점점 더 많이 찾아내고 있습니다.

이 연구를 진행한 연구진은 뇌가 온도 표상에 대한 엔그램을 형성할 수 있으며, 이것이 유기체가 변화하는 온도에서 생존하는 데 도움이 될 것이라는 가설을 세웠습니다. 하지만 이러한 엔그램을 확인하기 위해서는 먼저 추운 기억이 형성될 수 있는지 여부를 검증해야 했습니다.

기억은 일반적으로 동물 행동의 변화로 측정되지만, 라이언 연구실은 리디아 린치 교수(당시 더블린 트리니티 칼리지, 현 프린스턴 대학교)와 협력했습니다. 그들은 추위 경험에 대한 1차적 분석으로 신진대사에 초점을 맞췄습니다. 포유류는 환경이 추울 때 적응적 열생성 과정을 통해 신진대사를 증가시켜 체내 열을 생성하는 것으로 알려져 있기 때문입니다.

오늘 네이처( Nature) 저널에 게재된 이 논문의 주저자인 안드레아 무뇨스 사모라(Andrea Muñoz Zamora) 박사는 4 ° C 의 추위를 특정 추운 환경에서만 나타나는 새로운 시각적 단서와 연관시키도록 쥐를 훈련시키는 데 성공했습니다. 며칠 후, 쥐들에게 동일한 환경에서, 그러나 실온에서 시각적 단서를 제시했습니다. 결정적으로, 연구팀은 쥐들이 주변 환경이 추울 것이라고 "예상"할 때 신진대사를 증가시켜 예측 가능한 열 생성을 유도한다는 것을 발견했습니다.

연구팀은 쥐가 추위 경험에 대한 기억을 형성할 수 있다는 사실을 확인한 후, 뇌에서 이러한 현상이 어떻게 일어나는지 탐구했습니다. 활동 의존성 유전자 표지법을 사용하여, 과학자들은 해마라고 알려진 뇌 영역에서 추위 기억을 암호화하는 엔그램 세포에 유전적으로 편승할 수 있었습니다. 놀랍게도, 이 추위 엔그램 세포를 인위적으로 자극했을 때(광유전학이라는 기술을 사용), 쥐들은 열을 생성하기 위해 신진대사를 증가시켰습니다. 그리고 핵심적인 발견을 재확인하기 위해, 역실험에서 추위 엔그램 세포를 억제했을 때 쥐들은 조건화된 시각 신호에 반응하여 추위 기억을 표출하지 못했습니다.

무뇨스 사모라 박사는 " 쥐가 추운 온도에 노출되면 미래에 추운 날씨가 올 것으로 예상할 때 신체의 신진대사를 조절할 수 있는 기억을 형성한다는 사실을 발견했습니다."라고 말했습니다.

린치 교수는 이렇게 덧붙였습니다. "이러한 학습된 체온 조절의 상당 부분은 갈색 지방 조직, 즉 갈색 지방의 활동 증가에 기인하는 것으로 보입니다. 갈색 지방은 뇌에서 유래하는 신경 지배를 통해 조절될 수 있습니다. 우리의 뇌는 추위에 대한 신체적 경험을 통해 학습해야 하지만, 그 경험을 되돌려 지방 세포가 추위에 어떻게 반응하는지 조절합니다."

이 연구의 공동 주저자인 에런 더글러스 박사는 "비만부터 암까지 다양한 임상 질환이 갈색 지방 조직을 통한 체온 조절을 조절함으로써 치료될 수 있습니다. 앞으로는 인간의 저온 기억 조절이 치료 목적으로 신진대사를 변화시키는 새로운 방법을 제공할 수 있는지 시험하는 것이 중요할 것입니다."라고 말했습니다.

이 연구는 추가적인 발견 연구와 치료법 개발을 위한 많은 새로운 가능성을 열어줍니다. 예를 들어, 추위 경험에 대한 표상이 감정, 의사 결정, 사회적 행동과 같은 더 광범위한 뇌 기능에 어떻게 영향을 미치는지 이해하면 마음의 체화된 본질에 대한 통찰력을 얻을 수 있을 것입니다.

라이언 교수는 "우리 마음의 정교한 측면은 더 기본적이고 본능적인 신체적 표상에서 진화했습니다."라고 말했습니다. "뇌의 이러한 구성 요소들이 우리의 행동 전반에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것은 우리의 감정과 기억 활용을 이해하는 데 매우 중요합니다."

이 통합적인 연구는 학제 간 과학의 전형적인 사례를 보여줍니다. 신경과학은 협력을 필요로 하며, 린치 교수와의 시너지 효과를 통해 기억 엔그램 연구와 대사 연구라는 이례적인 조합이 가능했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250423111753.htm