신경과학에 관한 주제: 보상편 2

다. 세로토닌의 역할

기분과 음식은 연결되어 있다. 다이어트할 때 얼마나 짜증이 나는지, 방금 막 구운 달콤한 쿠키의 냄새와 한 조각에 얼마나 기분 좋아지는지 생각해봐라. 뇌에서 기분을 조절하는 데 관여하는 시스템 가운데 하나는 세로토닌(serotonin)을 신경전달물질로 사용한다. 세로토닌은 음식과 기분의 연결점을 제공한다. 시상하부에서 세로토닌을 측정해보면 공복 기간에는 세로토닌 농도가 낮고, 음식을 기다리는 동안 농도가 증가하며, 식사 동안은 정점을 이루는데, 특히 탄수화물에 큰 반응을 보이는 것으로 확인됐다. 세로토닌은 아미노산 중의 하나인 트립토판(Tryptophan)으로부터 만들어지고 혈중 트립토판의 농도는 음식에 포함된 탄수화물의 양에 좌우된다. 혈중 트립토판과 뇌에서 세로토닌의 증가가 초콜릿 칩 쿠키가 왜 기분을 좋게 만드는지에 대한 한 가지 가능한 설명이 될 수 있는 것이다. 이러한 기분에 대한 '탄수화물'의 효과는 특히 스트레스를 받는 기간에 더욱 분명해서 아마도 많은 대학생이 왜 그렇게 음식을 탐하는지 그리고 결과적으로 체중이 증가하는지에 대한 설명이 될 수 있다. 뇌의 세로토닌 농도를 증가시키는 약물들이 매우 강력한 식욕 억제제라는 사실은 매우 흥미롭다고 할 수 있다. 이러한 약물 중의 하나가 덱스펜프루라민(dexfenfluramine, 상품명 Redux)으로 비만을 치료하는 데 성공적으로 사용되었다. 그러나 불행하게도 이 약물은 독성 부작용을 보여 결국 1997년에 시장에서 퇴출되었다.

뇌의 세로토닌의 비정상적인 조절은 섭식 장애를 일으키는 요인 중 하나로 알려져 있다. 신경성 거식증(anorexia nervosa)의 특징은 체중을 비정상적으로 낮게 유지하려는 행동인 반면, 신경성 폭시증(bulimia nervosa)은 빈번한 폭식과 폭식 후 종종 억지로 구토로 보정하려는 것이 특징이다. 이러한 섭식 장애는 심한 기분 장애인 우울증(depression)을 수반하는 데, 이것은 뇌의 세로토닌 농도가 낮은 것과 밀접한 관계가 있는 것으로 보인다. 폭식증의 경우는 세로토닌이 좀 더 분명하게 연관되어 있는 것으로 보인다. 우울한 기분 외에도 세로토닌 농도가 낮아지면 포만감을 감소시킨다. 실제로 세로토닌 농도를 높이는 항우울제(fluoxetine 플록세틴 또는 Prozac, 프로작)는 대다수 폭식증 환자에게 매우 효과적인 치료제로 알려졌다.

라. 기타 행동

1) 마시기:

- 용량적 갈증: 혈량 저하증에 의해 유발되는 갈증이다. 뇌하수체 후엽에서 거대세포성 신경분비세포(magnocellular neurosecretory cells)들에 의해 언제 어떻게 바소프레신(vasopressin)이 분비되는지를 설명하기 위해 혈액량이 줄어들었을 때를 예로 든다. 바소프레신(또는 ADH, antidiuretic hormone, 항이뇨호르몬)은 신장에 직접 작용하여 수분 보존을 증가하고 소변 생성을 억제한다. 용량적 갈증과 연관되어 있는 바소프레신의 분비는 두 가지 형태의 자극에 의해 유발된다. 첫째, 신장으로 전달되는 혈액 흐름의 감소에 반응하여 안지오텐신Ⅱ(angiotensinⅡ)의 혈중 농도가 증가한다. 혈액 내의 안지오텐신Ⅱ는 종뇌(telencephalon)의 뇌궁하기관(subfornical organ)의 뉴런에 작용하여 시상하부의 거대세포성 신경분비세포(magnocellular neurosecretory cells)들을 직접 자극하여 바소프레신을 분비하도록 한다. 둘째, 주요 혈관벽이나 심장에 위치한 기계수용체(mechanoreceptor)는 혈액량이 감소하면서 나타나는 혈압 감소에 대해 신호를 보낸다. 이 신호는 미주신경과 고립로핵(nucleus of solitary tract)을 통하여 시상하부에 이르게 된다.

2) 온도 조절

- 온도가 상승하는 경우: 시상하부 앞 부위의 더위-민감성(warm-sensitive) 뉴런들에 의해 감지된다. 그에 반응해 TSH 분비는 감소하고 이것은 대사를 감소시키며 혈액은 열을 없애기 위해 신체 주변을 이동되며, 운동 반응으로는 시원한 그늘을 찾은 행동이다. 일부 포유류에서는 무의식적인 운동 반응은 헐떡거리는 것이고 사람의 경우는 땀을 흘리는 것인데, 이런 운동 반응은 몸의 온도를 낮추는 것이다. 이제 시상하부에 의한 에너지 대사 조절, 수분 균형, 온도 조절 등에 존재하는 강한 유사점은 명확해 보인다. 각 경우 모두 특정 뉴런이 조절되는 인지의 변화를 탐지한다. 시상하부는 이러한 여러 상황에서의 변화를 탐지한다. 시상하부는 이러한 여러 상황에서의 변화에 대한 반응을 총괄하여 생리학적인 조정을 하고 여러 유형의 행동을 촉진한다.

- 온도가 떨어지는 경우: 시상하부 앞 부의 추위-민감성(cold-sensitive)뉴런들에 의해 감지된다. 그에 반응하여 뇌하수체 전엽에서 TSH가 분비된다. TSH는 감상선에서 티록신(thyroxin)의 분비를 촉진시키고 이것은 광범위하게 세포대사를 증가시킨다. 내장 운동성 반응으로는 피부의 혈관 수축과 입모(piloerecrtion, 소름 돋는 것) 등이 있다. 무의식적인 체성 운동성 반응은 몸을 떠는 것(근육 내에 열을 발생시키기 위해) 등이며 따뜻한 곳을 찾는 행동 또한 다른 운동 반응에 속한다.