팔 절단 후 뇌의 신체 맵은 놀라운 안정성을 유지한다

최근 팔이 절단된 사람들을 대상으로 한 뇌 이미징 연구가 오랫동안 믿어온 개념을 뒤엎었다.

이는 신체부위에 대한 뇌의 내부 지도가 어떻게 재조직되는지를 보여주던 기존의 연구와는 다르게, 팔 절단 후에도 제1 체성 감각 피질이 놀라울 정도로 일정함을 유지한다는 것이다.

이 연구는 8월 21일 ‘Nature Neuroscience’에 발표되었으며, 팔을 잃는 것이 이 영역의 급격한 재조직화를 초래하지 않음을 보여준다.

연구의 선임 저자이자 캠브리지 대학교의 인지 신경 과학자인 타마르 마킨은 “거의 모든 신경 과학자는 뇌가 재조직화할 수 있는 능력을 가지고 있다는 것을 교과서에서 배웠으며, 이는 절단된 사람들을 대상으로 한 연구를 통해 입증되었다”라고 밝혔다.

하지만 그녀는 “교과서가 잘못될 수 있다”며, “뇌 연구와 관련해서는 아무것도 당연하게 여기지 말아야 한다”고 덧붙였다.

이 발견은 보다 나은 보철기구 개발이나 ‘환상 팔다리’에 대한 통증 치료를 향상시킬 수 있는 가능성을 가지고 있으며, 또한 절단된 사람들에게 감각을 회복하려는 과학자들에게도 도움을 줄 수 있다.

연구의 제1 저자이자 피츠버그 대학교의 신경과학자인 헌터 쇼네는 이전의 보고들로 인해 팔의 절단 후 뇌의 신체 지도가 재조직된다는 주장을 의심하게 되었다고 전한다.

그는 “이전의 절단자들이 여전히 잃어버린 팔다리를 느끼고, 수십 년이 지난 후에도 개별 손가락을 움직일 수 있다고 언급했다”고 말했다.

이러한 모순을 조사하기 위해 연구팀은 팔 절단 수술을 앞둔 세 사람을 따라갔다.

연구팀은 기능적 자기 공명 영상(fMRI)을 사용해 수술 전후 최대 5년까지 신체의 피질적 표현을 지도화하였다.

이번 연구는 이런 방법으로 진행된 첫 번째 연구로, 참가자들은 fMRI 스캐너 안에서 손가락 두드리기, 입술 오므리기, 발가락 굽히기 등 다양한 움직임을 수행하였다.

연구자들은 손을 감지하여 어느 부분에서 뇌의 활동이 일어나는지를 연구하고 신체의 피질 지도를 작성하였다.

그런 다음, 절단 후에 이웃한 뉴런들이 피질 안에서 재분배되는지를 테스트하기 위해 입술 감각을 처리하는 피질 영역의 지도도 작성하였다.

참가자들은 ‘환상 손가락’으로 두드리는 연습을 여러 차례 반복하였다.

분석 결과, 뇌의 신체 표현은 팔이 절단된 이후에도 일관적인 것으로 나타났다.

수술 후 5년이 지난 지금도, 손의 피질 지도는 절단 이전과 같은 방식으로 활성화되었다.

또한 절단 후 입술의 피질 표현이 손의 영역으로 이동한 증거도 발견되지 않았다.

마킨은 그들의 연구가 “사지의 손실 이후 뇌의 내재된 신체 맵이 안정되게 유지된다는 가장 결정적인 직접 증거”라고 주장하며, “이는 이 분야의 기본 지식에 반하는 것”이라고 덧붙였다.

이미지 출처：nature