우리 아이 뇌는 어떻게 성장할까? 두뇌 발달의 ‘열쇠’ 찾았다

제목	우리 아이 뇌는 어떻게 성장할까? 두뇌 발달의 ‘열쇠’ 찾았다
추천 연구 논문	A shifting role of thalamocortical connectivity in the emergence of cortical functional organization / Nature Neuroscience (2024) / https://doi.org/10.1038/s41593-024-01679-3
선정 이유	인간의 뇌는 태어나면서 성숙해지는 동안 복잡한 발달 과정을 거친다. 이 과정에서 시상과 대뇌피질 간 연결성은 뇌 기능의 전문화에 중요한 역할을 한다. 기존 연구에서는 시상이 주로 감각 정보처리의 중계 역할을 한다고 알려졌지만, 최근 상위인지기능에도 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다. 이번 연구에서는 이러한 시상-대뇌피질 연결성이 어떻게 변화하고, 이 변화가 기능적 전뇌 네트워크 형성에 어떤 영향을 미치는지를 조사했다.
주요 내용	연구진은 뇌의 발달 과정에서 시상이 대뇌피질의 기능적 세분화에 미치는 영향, 즉 외부 네트워크와 내부 네트워크에 어떤 영향을 미치는지 조사했다. 우선, 유아기부터 성인기에 걸친 다양한 연령대의 뇌 영상 데이터에 최신 뇌 영상 분석기법을 적용해 시상-대뇌피질 연결성이 나이에 따라 어떻게 변화하는지 추적 관찰했다. 또한, 유전체 분석으로 시상-대뇌피질 연결성이 뇌 발달에 관여하는 유전자의 발현과 관련 있는지 살폈다. 그 결과, 시상-대뇌피질 연결성은 뇌 발달 초기 단계와 이후 단계에서 다른 역할을 한다는 점을 알아냈다. 유아기에는 시상과 감각 정보를 전달하는 대뇌피질 영역(감각 운동 네트워크) 간 연결성이 뚜렷하고 뇌 발달과 관련된 유전자가 발현됐다. 하지만 성인기로 넘어가면서 현저성 네트워크(salience network)와의 연결성이 주축이 돼 외부수용성과 내부모델링 시스템이 분리됐다. 이는 구분된 각 시스템이 서로 명확히 다른 역할을 수행하게 되어 기능적 세분화가 일어났다는 의미이다. 또한, 연구진은 발달 시뮬레이션으로 시상-대뇌피질 연결성과 기능적 전뇌 네트워크 형성 간 인과관계에 대한 가설을 검증했다. 시뮬레이션하는 동안 시상-대뇌피질 연결 규칙(wiring rule)을 임의로 교란(조절)하니 내·외부 네트워크 간 분리가 이루어지지 않았으며, 이는 횡·종단적 데이터 분석에서도 확인 가능함을 함축적으로 의미한다. 동시에 인과관계를 나타내는 뇌 발달 곡선도 추적 조사했다. 성숙한 두뇌의 주요 특징은 기능적 분리와 감각-연합 축(sensory-association axis)의 발달인데, 시상-대뇌피질 연결성이 이에 기여함을 알아냈다. 그중에서도 특히 12~18세 사이에 크게 기여해, 두뇌 발달에 어느 시기가 가장 중요한지를 밝혔다.
시사점	이번 연구는 기존의 단순한 뇌 구조적 분석을 넘어, 시상-대뇌피질 연결성이 두뇌의 기능적 네트워크 형성에 어떻게 기여하는지를 다각도로 분석한 최초의 연구다. 특히, 시상-대뇌피질 연결이 대규모 기능적 네트워크들의 외부-내부 축의 구분 형성에 미치는 영향을 구체적으로 밝혀냈다. 또한, 태아기뿐만 아니라 생후 초기부터 성인기까지 시상이 두뇌 기능적 세분화에 중요한 역할을 한다는 점을 확인했다. 이는 뇌 발달 연구의 새로운 지평을 열었으며, 뇌 기능적 네트워크의 분리와 세분화에 대한 새로운 통찰을 제공했다.