공포 조건화

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1. 개요
2. 신경생물학
3. 발달 과정
- 3.1. 스트레스의 영향
4. 질병과의 관련성
참조

1. 개요

공포 조건화는 공포 기억의 획득, 저장 및 표현에 관여하는 학습 과정이다. 편도체는 공포 조건화에 핵심적인 역할을 하며, 해마는 상황적 공포 조건화에 관여한다. 공포 조건화는 신경세포 유전자 발현, DNA 메틸화, 후성유전학적 변화 등 다양한 분자 메커니즘을 통해 이루어진다. 또한, 공포 조건화는 발달 과정에 따라 변화하며, 스트레스의 영향을 받는다. 공포 조건화에 대한 연구는 외상 후 스트레스 장애(PTSD)와 같은 질병의 치료법 개발에 기여할 수 있다.

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공포 조건화
공포 조건화
공포 조건화 도식
기본 정보
유형	행동 패러다임
학습 유형	파블로프식 조건 형성
목표	유기체가 혐오 사건을 예측하는 것을 학습
관련 행동	공포 반응
과정
조건 자극 (CS)	중성 자극 (예: 소리)
무조건 자극 (US)	혐오 자극 (예: 전기 충격)
조건 반응 (CR)	CS에 대한 공포 반응 (예: 동결)
신경생물학
주요 뇌 영역	편도체 해마 전방 대상 피질
신경 회로	감각 정보 입력 편도체에서 감정적 반응 처리 해마에서 맥락 정보 처리
신경 가소성	경험 의존적 후성 유전체 재구성
관련 개념
조건화된 공포	학습된 공포 반응
소거	조건 자극에 대한 반응 감소
노출 요법	공포 반응을 줄이기 위한 치료 기법
연구
주요 연구 분야	불안 장애 외상 후 스트레스 장애
사용 모델	쥐, 인간, 무척추 동물
추가 정보
특징	혐오 자극에 대한 학습 공포 반응을 통한 학습 평가
학습 메커니즘	연합 학습 및 예측
응용	공포와 불안 치료

2. 신경생물학

공포 조건화에서 편도체와 해마의 역할은 잘 알려져 있다.^[11] 특히, 공포맥락조건화에는 해마가 관여한다.

2. 1. 신경세포 유전자 발현

공포 조건화에 대한 반응으로 설치류의 뇌에서 신경세포 유전자 발현이 역동적으로 변화한다. 특히, ''Egr1'', ''c-Fos'', ''Arc''와 같은 즉각 초기 유전자(IEGs)의 발현은 학습 및 기억 형성과 관련된 특정 뇌 영역의 신경세포 하위 집합에서 빠르고 선택적으로 상향 조절된다.^[12]

2022년의 한 논문^[13]에서는 공포 조건화 동안 해마(hippocampus)의 신경세포에서 IEGs를 상향 조절하는 다단계 과정을 설명한다. IEGs는 공포 조건화 동안 편도체에서도 마찬가지로 상향 조절된다.^[14]^[15] IEGs를 상향 조절하는 다단계 과정^[13]에는 전사 인자(transcription factor)의 활성화,^[16] 크로마틴 고리 형성, 증강인자와 프로모터의 크로마틴 고리에서의 상호 작용, 그리고 토포이소머라제 II 베타가 시작하는 일시적인 DNA 이중 가닥 절단이 포함된다.

공포 조건화에 의해 상향 조절되는 적어도 두 개의 IEGs인 ''Egr1''과 ''Dnmt3A2''(Oliveira 외의 연구^[17]에 의해 IEG로 밝혀짐)는 많은 유전자의 DNA 메틸화 및 따라서 발현에 영향을 미친다. 상향 조절된 EGR1 단백질은 기존의 핵 TET1 단백질과 결합하고, EGR1 단백질은 TET1 단백질을 수백 개의 유전자로 가져와 TET1이 해당 유전자의 DNA 탈메틸화(DNA demethylation)를 시작할 수 있도록 한다.^[18] DNMT3A2 단백질은 ''de novo'' DNA 메틸전이효소(DNA methyltransferase)이며, DNA의 시토신에 메틸화를 추가한다. 배양된 해마 신경세포에서 DNMT3A2 단백질의 발현은 시냅스 가소성에 관여하는 200개 이상의 유전자에 대한 새로운 메틸화의 추가를 우선적으로 표적으로 한다.^[19] IEGs의 발현은 공포 조건화에 대한 반응으로 이후 신경세포 유전자 발현의 역동적인 변화의 원천이다.

2. 2. 편도체

편도체(편도체)는 공포 조건화된 기억의 획득, 저장 및 표현에 관여하는 핵심적인 뇌 영역이다.^[11] 병변 연구에 따르면, 공포 조건화 이전에 편도체에 병변을 가하면 공포에 대한 조건화된 반응을 획득하지 못하게 되고, 조건화 후에 편도체에 병변을 가하면 조건화된 반응을 잊게 된다.^[20] 편도체의 전기생리학적 기록은 그 영역의 세포가 학습의 기반이 되는 것으로 여겨지는 장기 강화(LTP), 시냅스 가소성의 한 형태를 겪는다는 것을 보여주었다.^[21] 약리학적 연구, 시냅스 연구 및 인간 연구 또한 편도체가 공포 학습과 기억에 주로 관여한다는 것을 시사한다.^[11] 또한, 편도체의 뉴런 억제는 공포 획득을 방해하는 반면, 그 뉴런의 자극은 설치류의 동결 행동과 같은 공포 관련 행동을 유발할 수 있다.^[22] 이것은 편도체의 적절한 기능이 공포 조건화에 필요하고 공포 행동을 유발하는 데 충분하다는 것을 나타낸다.

편도체는 공포 중추만이 아니라 다양한 환경 자극에 반응하는 영역이기도 하다. 여러 연구에 따르면 예측할 수 없는 중립적인 자극에 직면했을 때 편도체 활동이 증가한다. 따라서 불확실성 상황이고 반드시 공포가 아닌 경우에도 편도체는 안전 및 생존 반응을 촉진하는 다른 뇌 영역에 경고하는 역할을 한다.^[23]

1950년대 중반 로렌스 와이즈크란츠(Lawrence Weiskrantz)는 편도체 병변이 있는 원숭이는 불쾌한 충격을 피하지 못하는 반면 정상적인 원숭이는 그것을 피하는 법을 배운다는 것을 보여주었다. 그는 편도체의 주요 기능은 외부 자극을 불쾌한 결과와 연결하는 것이라고 결론지었다.^[24] 와이즈크란츠의 발견 이후 많은 연구자들이 회피 조건화를 사용하여 공포의 신경 메커니즘을 연구했다.^[25]

조셉 르두(Joseph E. LeDoux)는 공포 조건화에서 편도체의 역할을 명확히 하는 데 중요한 역할을 했다. 그는 편도체가 공포 조건화 동안 장기 강화를 겪고 편도체 세포의 제거가 공포의 학습과 표현 모두를 방해한다는 것을 최초로 보여준 사람 중 한 명이다.^[26]

2. 3. 해마

해마는 상황적 및 추적 조건화와 같은 특정 유형의 공포 조건화에 관여하며, 편도체에서 정서적 정보를 받아 이전 정보와 통합하여 의미를 부여하는 뇌 영역이다.^[27]

해마는 상황적 공포 조건화 후 유전자 발현에 큰 변화를 겪는다. 쥐에 적용된 상황적 공포 조건화는 약 500개의 유전자를 상향 조절(아마도 CpG 부위의 DNA 탈메틸화 때문일 것임)하고 약 1,000개의 유전자를 하향 조절(CpG 부위의 DNA 메틸화와 프로모터 영역에서 상관관계가 있는 것으로 관찰됨)하는 것으로 나타났다(학습과 기억에서 전사 조절 참조).^[8] 사건 24시간 후에는 쥐 해마 뉴런의 게놈에서 9.17%의 유전자가 차별적으로 메틸화된다. 해마 뉴런 내에서 유도되고 억제된 유전자의 패턴은 해마에서 상황적 공포 조건화의 초기 일시적 기억 형성을 위한 분자적 기반을 제공하는 것으로 보인다.^[8] 유사한 상황적 공포 조건화를 쥐에 적용했을 때, 상황적 공포 조건화 1시간 후 쥐 뇌의 해마 영역에서 675개의 탈메틸화된 유전자와 613개의 과메틸화된 유전자가 있었다.^[9] 이러한 변화는 해마 뉴런에서 일시적이었으며, 이러한 DNA 메틸화 변화는 4주 후 해마에서는 거의 나타나지 않았다. 그러나 상황적 공포 조건화를 받은 쥐의 경우 4주 후에는 쥐 전대상피질^[9](장기 기억이 저장되는 곳)에서 1,000개 이상의 차별적으로 메틸화된 유전자와 1,000개 이상의 차별적으로 발현된 유전자가 있었다.

공포맥락조건화에서는 편도체뿐만 아니라 해마의 관여도 알려져 있다.

2. 4. 분자 메커니즘

공포 조건화 반응으로 설치류 뇌 신경세포 유전자 발현은 역동적으로 변화한다. 특히 ''Egr1'', ''c-Fos'', ''Arc''와 같은 즉각 초기 유전자(immediate early gene)(IEGs) 발현은 학습 및 기억 형성과 관련된 특정 뇌 영역의 신경세포 하위 집합에서 빠르고 선택적으로 상향 조절된다.^[12]

2022년 연구^[13]는 공포 조건화 동안 해마(hippocampus) 신경세포에서 IEGs를 상향 조절하는 다단계 과정을 설명한다. 이 과정에는 전사 인자(transcription factor) 활성화,^[16] 크로마틴 고리 형성, 증강인자와 프로모터의 크로마틴 고리에서의 상호 작용, 토포이소머라제 II 베타가 시작하는 일시적인 DNA 이중 가닥 절단이 포함된다. IEGs는 공포 조건화 동안 편도체에서도 비슷하게 상향 조절된다.^[14]^[15]

공포 조건화에 의해 상향 조절되는 ''Egr1''과 ''Dnmt3A2''^[17]는 많은 유전자 DNA 메틸화 및 발현에 영향을 미친다. 상향 조절된 EGR1 단백질은 TET1 단백질과 결합하여 수백 개 유전자로 가져가 DNA 탈메틸화(DNA demethylation)를 시작하게 한다.^[18] DNMT3A2 단백질은 ''de novo'' DNA 메틸전이효소(DNA methyltransferase)로, DNA 시토신에 메틸화를 추가한다. 배양된 해마 신경세포에서 DNMT3A2 단백질 발현은 시냅스 가소성에 관여하는 200개 이상 유전자에 대한 새로운 메틸화 추가를 우선적으로 표적으로 한다.^[19]

상황적 공포 조건화 후 10분과 30분에 해마와 전전두엽 피질(mPFC)에서 100개 이상 이중 가닥 절단이 두 개의 피크를 이루며 발생한다.^[28] 이는 해마 뉴런 DNA 메틸화 및 탈메틸화보다 빠른 현상이다. 이중 가닥 절단은 뉴런 활성화 후 기억 관련 즉각 초기 유전자에서 발생하며,^[29]^[28] 유전자 전사를 가능하게 한다.

새롭게 전사되는 즉각 초기 유전자 중 하나인 EGR1은 기억 형성에 중요한 전사 인자이다. EGR1은 TET1 단백질을 모집하여 DNA 탈메틸화 경로를 시작하고, 하위 유전자 활성화를 가능하게 한다(유전자 발현 조절#학습과 기억에서의 전사 조절 참조). EGR1은 TET1과 함께 뇌 DNA에서 DNA 탈메틸화 부위 분포를 프로그래밍하는 데 사용된다.^[30]

DNMT3A2는 뉴런에서 지속적인 시냅스 활동에 의해 발현이 유도될 수 있는 또 다른 즉각 초기 유전자이다.^[17] DNMT는 DNA에 결합하여 게놈 특정 위치에서 시토신을 메틸화하며, 이러한 메틸화 억제는 기억 형성을 방해한다.^[31] 어린 성체 마우스 해마에서 DNMT3A2 과발현은 약한 학습 경험을 장기 기억으로 전환시키고 공포 기억 형성을 강화한다.^[32]

2. 4. 1. 편도체 내 회로

편도체 바깥쪽측핵(basolateral amygdala)의 뉴런은 조건화된 공포 기억 형성을 담당한다. 이 뉴런들은 조건화된 공포 반응의 발현을 위해 중앙 편도체(central amygdala)의 뉴런으로 투사된다. 편도체의 이러한 영역이 손상되면 조건화된 공포 반응의 발현이 방해받는다. 바깥쪽측핵의 병변은 조건화된 공포 반응 발현에 심각한 결손을 보이는 것으로 나타났다. 중앙 편도체의 병변은 조건화된 공포 반응 발현에 경미한 결손을 보이는 것으로 나타났다.^[11]

2. 5. 후성유전학

조건화된 공포는 세대를 거쳐 유전될 수 있다. 한 실험에서 쥐들은 아세토페논 냄새에 대한 공포를 조건화한 다음 번식하여 후대를 만들었다. 그 후대 쥐들 또한 아세토페논에 대한 행동적 민감성을 보였는데, 이는 부모의 생식세포로부터 유전된 것으로 여겨지는 신경 해부학적 및 후성유전학적 변화를 동반했다.^[35]

3. 발달 과정

조건화된 공포에 관여하는 학습과 그 기저에 깔린 신경생물학은 유아기, 아동기, 청소년기를 거쳐 성인기와 노년기에 이르기까지 극적으로 변화한다. 특히 유아기 동물은 공포 연합을 형성하는 능력이 부족한 반면, 성체 동물은 공포 기억을 훨씬 더 쉽게 형성한다.^[36]

이전 연구에 따르면 청소년은 아동이나 성인에 비해 공포 소거 학습이 저해된다.^[37] 불안 장애에 가장 널리 사용되는 치료법 중 하나인 노출 기반 치료가 공포 소거의 원리에 기반하기 때문에, 이러한 발견은 임상적 의미를 가질 수 있다. 공포 소거 학습의 발달적 차이를 뒷받침하는 정확한 메커니즘은 아직 발견되지 않았지만, 편도체와 내측 전전두엽 피질 사이의 연결성에 따른 연령 차이가 이러한 변화의 생물학적 메커니즘 중 하나일 수 있다는 주장이 제기되었다.^[38]

3. 1. 스트레스의 영향

스트레스 경험은 설치류에서 공포 조건화 효과를 증가시킨다.^[39] 이 현상은 스트레스 증강 공포 학습(SEFL, Stress-Enhanced Fear Learning)이라고 하며, 어린 설치류와 성체 설치류 모두에서 입증되었다.^[40]^[41] SEFL의 기저가 되는 생물학적 메커니즘은 아직 명확하게 밝혀지지 않았지만, 초기 스트레스 요인 이후 코르티코스테론(스트레스 호르몬)의 증가와 관련이 있는 것으로 나타났다.^[42]

4. 질병과의 관련성

외상후 스트레스 장애(PTSD)는 공포 기억의 장애로 간주되며, 공포 조건화의 신경 회로를 밝히는 연구를 통해 치료법을 개발하려는 노력이 이루어지고 있다.

참조

_[1] 논문 Neurobiology of Pavlovian fear conditioning
_[2] 논문 Predator odor as an unconditioned fear stimulus in rats: elicitation of freezing by trimethylthiazoline, a component of fox feces 2000-10-01
_[3] 논문 Associative Learning in Aplysia: evidence for conditioned fear in an invertebrate 1981-01-01
_[4] 논문 Fear conditioning in humans: the influence of awareness and autonomic arousal on functional neuroanatomy 2002-02-01
_[5] 논문 From normal fear to pathological anxiety 1998-04-01
_[6] 논문 From Pavlov to PTSD: the extinction of conditioned fear in rodents, humans, and anxiety disorders 2014-09-01
_[7] 웹사이트 Newly identified brain circuit hints at how fear memories are made http://www.md.rcm.up[...] 2015-01-19
_[8] 논문 Experience-dependent epigenomic reorganization in the hippocampus 2017-07-01
_[9] 논문 DNA methylation changes in plasticity genes accompany the formation and maintenance of memory 2016-01-01
_[10] 논문 The involvement of the anterior cingulate cortex in remote contextual fear memory 2004-05-01
_[11] 논문 Neural circuits and mechanisms involved in Pavlovian fear conditioning: a critical review 2006-01-01
_[12] 논문 Role of Immediate-Early Genes in Synaptic Plasticity and Neuronal Ensembles Underlying the Memory Trace 2015-01-01
_[13] 논문 DNA Methylation and Establishing Memory 2022-01-01
_[14] 논문 Immediate-early gene expression in the amygdala following footshock stress and contextual fear conditioning 1998-06-01
_[15] 논문 Active vs. reactive threat responding is associated with differential c-Fos expression in specific regions of amygdala and prefrontal cortex 2013-07-01
_[16] 논문 Gene regulation in the immediate-early response process 2016-09-01
_[17] 논문 Rescue of aging-associated decline in Dnmt3a2 expression restores cognitive abilities 2012-07-01
_[18] 논문 EGR1 recruits TET1 to shape the brain methylome during development and upon neuronal activity 2019-08-29
_[19] 논문 Neuronal ensemble-specific DNA methylation strengthens engram stability 2020-01-01
_[20] 논문 Neurotoxic Basolateral Amygdala Lesions Impair Learning and Memory But Not the Performance of Conditional Fear in Rats
_[21] 논문 Fear conditioning and long-term potentiation in the amygdala: what really is the connection? 2008-05-01
_[22] 논문 Synaptic Plasticity, Engrams, and Network Oscillations in Amygdala Circuits for Storage and Retrieval of Emotional Memories 2017-05-01
_[23] 서적 Anxiety disorders and the amygdala McGraw-Hill Education
_[24] 논문 Behavioral changes associated with ablation of the amygdaloid complex in monkeys 1956-08-01
_[25] 서적 Principles of neural science McGraw Hill Medical
_[26] 논문 Emotion circuits in the brain 2000-03-01
_[27] 논문 Something wicked this way comes: Trauma, dissociation, and conflict: The space where psychoanalysis, cognitive science, and neuroscience overlap
_[28] 논문 Profiling DNA break sites and transcriptional changes in response to contextual fear learning 2021-01-01
_[29] 논문 Activity-Induced DNA Breaks Govern the Expression of Neuronal Early-Response Genes 2015-06-01
_[30] 논문 EGR1 recruits TET1 to shape the brain methylome during development and upon neuronal activity 2019-08-01
_[31] 논문 Neuronal DNA Methyltransferases: Epigenetic Mediators between Synaptic Activity and Gene Expression? 2018-04-01
_[32] 논문 DNA methylation: a permissive mark in memory formation and maintenance 2016-10-01
_[33] 논문 Molecular mechanisms of fear learning and memory 2011-10-01
_[34] 논문 Optical activation of lateral amygdala pyramidal cells instructs associative fear learning 2010-07-01
_[35] 논문 Parental olfactory experience influences behavior and neural structure in subsequent generations 2014-01-01
_[36] 논문 Developmental rodent models of fear and anxiety: from neurobiology to pharmacology 2014-10-01
_[37] 논문 Altered fear learning across development in both mouse and human 2012-10-02
_[38] 논문 A Developmental Shift from Positive to Negative Connectivity in Human Amygdala–Prefrontal Circuitry https://www.jneurosc[...] 2013-03-06
_[39] 논문 Selective enhancement of fear learning and resistance to extinction in a mouse model of acute early life trauma 2021-01-01
_[40] 논문 Amnesia for early life stress does not preclude the adult development of posttraumatic stress disorder symptoms in rats 2014-08-01
_[41] 논문 Exposure to a stressor produces a long lasting enhancement of fear learning in rats 2009-03-01
_[42] 논문 Glucocorticoids are necessary for enhancing the acquisition of associative memories after acute stressful experience 2003-01-01
_[43] 논문 Neurobiology of pavlovian fear conditioning 2001
_[44] 논문 Emotional circuits in the brain 2000
_[45] 논문 What is conditioned fear? 1984

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