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신경가소성

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목차

1. 개요

신경가소성은 뇌의 구조와 기능이 경험, 학습, 손상에 따라 변화하는 능력을 의미한다. 1890년 윌리엄 제임스에 의해 처음 제안되었으며, 예르지 코노르스키가 신경가소성이라는 용어를 처음 사용한 것으로 보인다. 칼 래쉴리, 도널드 헵, 메리언 다이아몬드, 폴 바흐-이-리타, 마이클 머제니히 등의 연구를 통해 신경가소성에 대한 이해가 발전해왔다. 신경가소성은 시냅스 가소성, 구조적 가소성으로 나뉘며, 뇌졸중, 외상성 뇌 손상, 학습 장애 등 다양한 질환의 치료와 재활에 응용된다. 또한, 명상, 예술 활동, 운동, 청각 장애, 실명, ADHD, 다중언어 사용 등 다양한 분야에서 연구 및 활용되고 있으며, 우울증 치료에도 적용될 수 있다.

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신경가소성
다른 이름뇌 가소성, 신경 가소성, 시냅스 가소성
설명뇌가 변화하고 재구성될 수 있는 능력
관련 주제뇌, 신경계, 학습, 기억, 신경 재활
유형
구조적 가소성신경 세포의 구조적 변화 (예: 시냅스 수, 뉴런 크기)
기능적 가소성신경 세포의 활동 패턴 변화 (예: 시냅스 강도, 신경 경로 활성화)
메커니즘
시냅스 가소성시냅스 연결 강도의 변화 (장기 강화, 장기 약화)
신경 발생새로운 뉴런 생성
가지치기불필요한 시냅스 제거
수초화신경 섬유를 감싸는 수초 증가 또는 감소
영향 요인
경험학습, 훈련, 환경 자극
나이발달 과정에서 가소성이 가장 높음, 나이가 들면서 가소성 감소
부상뇌 손상 후 뇌가 기능 회복을 시도
질병신경 퇴행성 질환에서 가소성 변화
연구
주요 연구자마이클 머제니치
에릭 캔델
방법전기 생리학
뇌 영상 (fMRI, EEG)
행동 실험
동물 모델 연구
임상적 응용
신경 재활뇌졸중, 외상성 뇌 손상 후 기능 회복
학습 장애학습 능력 향상 훈련
정신 질환치료 효과 증진
추가 정보
역사20세기 후반 개념 등장, 이전에는 뇌가 고정적이라고 여겨짐. 산티아고 라몬 이 카할의 연구가 중요한 역할
중요성학습, 기억, 발달, 적응, 회복에 필수적
연구 동향신경 가소성 메커니즘 이해, 질병 치료 및 예방에 활용하기 위한 연구 활발
관련 개념
신경 발생새로운 뉴런 생성
시냅스신경 세포 사이의 연결 지점
신경 회로신경 세포의 네트워크
신경 재활뇌 손상 후 기능 회복 훈련
여성의 신경 가소성
임신, 출산, 산후여성의 뇌는 임신, 출산, 산후 기간 동안 상당한 변화를 겪으며, 이러한 변화는 신경 가소성에 의해 매개된다.

2. 역사

1890년 윌리엄 제임스는 《심리학의 원리》에서 가소성에 대한 개념을 처음 제안했으나,[136] 이후 50년 동안 큰 주목을 받지 못했다. "신경가소성"이라는 용어를 처음 사용한 사람은 폴란드 신경과학자인 예르지 코노르스키로 보인다.[137]

가소성 개념은 분자적 수준뿐만 아니라 환경적 사건에도 응용될 수 있으며, 뇌 활성화의 거의 모든 변경 사항을 포함하기에 설명적 가치가 어느 정도 손실되기도 한다.

노먼 도지는[138] 신경가소성의 발현을 긍정적 행동 결과와 부정적 행동 결과로의 적응으로 분리하였다. 예를 들어 뇌졸중 후 정상 수준으로 회복하는 것은 '긍정적 가소성'으로, 과도한 뉴런 성장으로 경련, 마비가 발생하거나 상처로의 과도한 신경전달물질 방출이 신경세포를 파괴하는 것은 '부정적 가소성'으로 간주될 수 있다.

2. 1. 초기 연구

1793년, 이탈리아의 해부학자 미켈레 비첸조 말라카르네는 동물을 짝지어 한쪽을 수년 동안 집중적으로 훈련시킨 후 두 마리 모두 해부하는 실험을 진행했다. 말라카르네는 훈련받은 동물의 소뇌가 훈련받지 않은 동물보다 상당히 크다는 것을 발견했으나, 이 발견은 오랫동안 잊혀졌다.[10]

1890년, 윌리엄 제임스는 저서 《심리학의 원리》에서 뇌와 그 기능이 성인기에 고정되어 있지 않다는 생각을 제안했지만, 이 역시 대부분 무시되었다.

1900년대 초, 산티아고 라몬 이 카할은 성인 뇌의 비병리적인 변화를 설명하기 위해 신경가소성이라는 용어를 사용했다. 그는 뉴런을 신경계의 기본 단위로 묘사했는데, 이는 이후 신경가소성 개념 발전에 중요한 기반이 되었다.

2. 2. 현대 연구

1923년, 칼 래쉴리는 붉은털원숭이를 대상으로 한 실험을 통해 뉴런 경로의 변화를 확인했고, 이를 가소성의 증거로 제시했다.[136] 1949년 도널드 헵은 저서 《행동의 조직》에서 헵의 학습 이론을 제시하여 신경가소성 연구의 기반을 마련했다.[14]

1964년, 캘리포니아 대학교 버클리캠퍼스의 메리언 다이아몬드는 해부학적 뇌 가소성에 대한 최초의 과학적 증거를 제시했다.[17][18] 1960년대 이후, 폴 바흐-이-리타, 마이클 머제니히, 존 카스 등의 연구를 통해 신경가소성의 다양한 측면이 밝혀졌다.[19]

폴 바흐-이-리타는 감각 대체를 통해 시각을 지원하는 장치를 개발했다.[20] 뇌졸중 회복 환자 연구는 손상된 뇌 기능을 건강한 영역이 부분적으로 대체할 수 있음을 보여주며, 셰퍼드 프란츠가 이 분야에서 연구를 수행했다.[21][22]

엘레노어 매과이어는 런던 택시 운전사의 해마 구조 변화를 연구하여 신경가소성의 실제 사례를 제시했다.[23][24][25] 런던 택시 운전사는 대조군에 비해 회색질 재분배가 나타났다.

마이클 머제니히는 신경가소성 연구의 선구자로, 뇌 운동이 정신 질환 치료에 효과적이며, 노년기에도 인지 기능 향상이 가능하다고 주장했다. 그의 연구는 데이비드 허벨과 토르스텐 위즐의 새끼 고양이 실험에서 영향을 받았으며, 성인 뇌의 가소성을 확인하는 데 기여했다. 머제니히는 2016년 카블리 신경과학상을 수상했다.[26]

3. 신경생물학

신경가소성은 다양한 기전을 통해 일어난다. 뇌에서 신경망 변화의 기저가 되는 생물학적 과정으로는 인산화를 통한 시냅스 조절, 염증 및 염증성 사이토카인의 역할, Bcl-2 단백질 및 신경영양인자와 같은 단백질, 미토콘드리아를 통한 에너지 생산 등이 있다.[27]

J. T. Wall과 J. Xu는 신경가소성의 기저가 되는 메커니즘을 추적했는데, 재구성은 피질적으로 창발적인 것이 아니지만, 처리 계층의 모든 수준에서 발생하며, 이는 대뇌 피질에서 관찰되는 지도 변화를 생성한다.

최근 핵의학 분야의 발달로 PET, fMRI, TMS 같은 장비들이 개발되었다. 이러한 장비들은 신경과학 분야에서 중요한 연구도구로 활용되며, 신경계의 활동성을 측정하여 신경생리학적인 기전을 밝히는 연구들이 신경가소성과 관련한 의문점을 해결하는데 많은 기여를 하고 있다.[139]

3. 1. 시냅스 가소성

도널드 헵의 이론인 헵의 학습 이론(Hebbian learning)은 "함께 흥분하는 뉴런은 함께 연결된다"는 문장으로 요약될 수 있으며, 시냅스 가소성의 기본적인 원리를 설명한다. 이는 근처에 있는 두 뉴런이 동시에 자극을 자주 생성하면, 이들의 피질지도가 하나로 합쳐질 수 있다는 것이다. 반대로, 불규칙하게 동시적인 자극을 생성하는 뉴런들은 서로 다른 지도를 구성하게 된다.[139]

시냅스 가소성에 기반한 두 가지 주요 과정은 장기 강화(LTP)와 장기 억제(LTD)이다. 장기 강화는 뉴런 사이의 시냅스가 반복적으로 함께 활성화될 때 시냅스를 강화하여 그 사이의 통신을 더 효율적으로 만든다. 반대로 LTD는 활성화 패턴이 덜 빈번할 때 시냅스를 약화시키고 뇌가 불필요한 연결을 "제거"하는 데 도움이 된다. 이러한 과정은 학습과 기억의 기본 메커니즘이자 뇌졸중 후 뇌 회복 능력의 기본 메커니즘으로 여겨진다.[27]

신경가소성을 가능하게 하는 생물학적 과정에는 여러 가지가 있다. 이 현상의 핵심은 시냅스와 뉴런 기능에 따라 시냅스 간의 연결이 어떻게 변하는가에 기반한다. 신경가소성은 다양한 경로의 결과이므로 여러 형태를 띤다는 데 널리 동의하고 있다. 이러한 경로는 주로 신호 전달 경로이며, 뉴런 변화를 유발하는 유전자 발현 변화를 가능하게 하고, 따라서 신경가소성을 가능하게 한다. 뇌에서 신경망 변화의 기저가 되는 생물학적 과정에 관여하는 것으로 생각되는 다른 요인으로는 인산화를 통한 시냅스 조절, 염증 및 염증성 사이토카인의 역할, Bcl-2 단백질 및 신경영양인자와 같은 단백질, 그리고 미토콘드리아를 통한 에너지 생산 등이 있다.[27]

3. 2. 구조적 가소성

쥐를 이용한 실험에서, 여러 마리의 쥐들을 장난감이 있는 큰 쥐장에 넣어 사육한 결과, 더 두꺼운 피질, 더 많은 가지돌기 가지를 가졌으며 여러 학습 검사에서 더 향상된 수행능력을 보였다.[140] 이는 운동에 의한 결과로, 집단 쥐장에서 사는 쥐들이 더 많이 돌아다니기 때문이다. 다람쥐 쳇바퀴 돌리기만으로도 쥐의 뇌에 상당한 유익이 생긴다.[141] 운동은 신경영양요소들을 방출시켜 뉴런과 시냅스의 발달을 증가시킨다.[142][143]

풍요로운 환경은 여러 종들에게서 축색과 가지돌기의 발아를 촉진한다.[144] 학문적 교육을 많이 받은 사람들은 정식 교육을 덜 받은 사람들보다 더 길고 넓게 분포된 가지돌기를 지니는 경향이 있다.[145]

피질 지도의 연구에 따르면, 대뇌 피질 지도가 입력을 빼앗기면 인접한 다른 입력에 대한 응답으로 다시 활성화된다. JT Wall과 J Xu는[146] 이 가소성의 구조작용을 추적하였는데, 결과적으로 피질적인 재조직화는 나타나지 않았지만 대뇌 피질 안에서 관찰된 지도의 변화를 생성하였다.

메르체니히 등은[150] 2002년에 체성 감각과 청각 체계에서의 가소성의 진화를 연구하는데에 피질 이식을 이용하였다. 자극이 인지적으로 보강과 연계되어 있을 때, 그것의 피질 표현은 강화되고 확대된다. 어떠한 새로운 감각 동작 행동이 습득되었을 때, 피질 표현이 하루 또는 이틀 사이에 두세 배로 증가하였고, 이 변화는 몇 주안에 완료되었다.

순수음에 대한 청각피질의 반응을 기록한 연구 결과,[151] 비음악가들보다 직업적인 음악가들에게서 뇌의 반응성이 약 두 배 정도 높았다. MRI 검사 결과 우반구 측두엽 피질의 한 영역이 약 30% 더 크다는 것이 발견하였다.[152] 현악기 연주자들은 현을 짚는데 왼손을 써야 하는데, 이들의 뇌자도는 중심후회에 있는 왼손의 손가락들에 대한 표상이 확장되어 있음을 보여주었다.[153]

이런 결과들은 어떤 기술을 연습하는 것이 그 기술의 수행을 최대화하도록 일정 한계 내에서 뇌를 재조직화한다는 것을 시사한다. 무언가 중요하다고 생각되는 것에 주의를 주면 도파민이 분비되는데, 이 도파민이 피질 영역들에 작용하여 도파민 분비 당시에 주어지고 있었던 자극들에 대한 표상을 확대시킨다.[154]

극단적인 경우에는 그러한 재조직화가 문제를 일으키기도 한다. ‘음악가의 쥐musician's cramp’ 또는 초점성 수부 근긴장이상focal hand dystonia이라고 불리는 질병은 손가락들이 서투르게 움직이게 되고, 쉽게 피로해지며, 과제를 방해하는 비자발적 운동을 하는 질병이다.

또 하나의 피질 지도와 연관된 흥미로운 현상은 환상통의 발생이다. 이것은 일반적으로 손, 팔, 다리의 절단을 겪은 사람에게서 주로 설명되는데, 사지에만 국한되지는 않는다.

새로운 뉴런의 생성은 후각 수용기에서 처음으로 발견되었다. 코에는 평생 동안 미성숙한 상태로 남아 있는 일군의 뉴런들이 있는데 이 뉴런들은 주기적으로 분열한다. 분열된 한 세포는 미성숙한 상태 그대로 있고, 분열된 다른 한 세포는 발달하여 죽어가는 후각 수용기를 대체한다. 후각 수용기를 대체한 뉴런의 축색이 뇌 속의 적절한 목표 지점으로 성장해 들어간다.[159][160] 나중에 연구자들은 뇌의 내부에서 줄기세포라 불리는 일군의 미분화된 세포들을 발견하기도 하였다. 줄기세포는 때때로 딸세포를 생성하는데, 이 딸세포들이 후구로 이동하여 교세포나 뉴런으로 변환된다.[161]

이후 다른 뇌 영역들에서도 새로운 뉴런의 형성에 대한 증거가 발견되었다. 예를 들어 지저귀는 새(songbirds)의 뇌에는 지저귐에 필요한 영역이 있는데, 이 영역에서는 몇 가지 종류의 뉴런들이 지속적으로 보충된다. 오래된 뉴런들은 죽고 새 뉴런들이 그 자리를 메우는 것이다.[162] 검은머리박새는 늦은여름과 초가을에 씨앗들을 숨겨두었다가 겨울에 찾아내어 먹는다. 늦은여름 동안 이 새의 해마(공간기억에 중요한 뇌 영역)에서는 새로운 뉴런들이 성장한다.[163]

인간과 원숭이의 경우 새 뉴런의 발생이 보고되기는 했으나, 논쟁의 여지가 남아있다.[164][165]

3. 3. 피질 지도 재조직화

감각 입력의 변화는 피질 지도의 재조직화를 유발할 수 있다. 1970년대 후반과 1980년대 초반, 메르체니히와 윌리엄 제킨스 등은 영장류 체세포 감각 체계에서 병리학적 동요 없이 감각 경험과 관련된 연구를 시작했다.[147] 이후 포드 에브너 등은 설치류의 수염 피질에 비슷한 작업을 수행하였다.[148]

메르체니히 등은[150] 2002년에 체성 감각과 청각 체계에서의 가소성 진화를 연구하는데 피질 이식을 이용하였다. 두 체계는 모두 행동적인 대목에서 유사한 변화를 보였으며, 자극이 인지적으로 보강과 연계되어 있을 때, 그것의 피질 표현은 강화되고 확대된다.

청각피질의 반응을 기록한 연구에 따르면,[151] 비음악가보다 직업적인 음악가에게서 뇌의 반응성이 약 두 배 정도 높았다. MRI로 음악가들의 뇌를 검사한 결과 우반구 측두엽 피질의 한 영역이 약 30% 더 크다는 것이 발견되었다.[152] 현악기 연주자들은 현을 짚는 왼손 손가락들에 대한 표상이 확장되어 있었다.[153]

4. 유형

신경가소성은 크게 구조적 신경가소성과 기능적 신경가소성으로 나눌 수 있다.


  • 구조적 신경가소성: 뇌의 신경 연결 자체가 변하는 것을 의미한다. 새로운 뉴런이 계속 만들어져 뇌에 통합되거나, 회색질 비율 또는 시냅스 강도가 변하는 것이 그 예시이다.
  • 기능적 신경가소성: 뇌가 뉴런 네트워크의 기능적 특성을 바꾸고 적응하는 능력을 말한다. 예를 들어, 기억을 떠올릴 때처럼 이전 활동에 따라 변화가 일어나거나, 뇌 손상 시 손상된 부분을 대신하여 반대쪽 뇌 영역이 활성화되는 경우가 있다.


특정 인지 과제와 관련된 피질 지도는 자극에 자주 노출되면 확장되는데, 이를 지도 확장(map expansion)이라고 한다. 공간 경로 학습 실험에서 뇌의 기능적 연결성에 대한 빈번한 자극의 영향을 확인함으로써 지도 확장이 입증되었다.[32]

4. 1. 구조적 신경가소성

구조적 가소성은 뇌가 신경 연결을 변화시키는 능력으로 이해된다. 새로운 뉴런은 일생 동안 지속적으로 생성되어 중추 신경계에 통합된다.[29] 현재 연구자들은 인간 뇌의 구조적 변화를 연구하기 위해 자기 공명 영상(MRI), 컴퓨터 단층 촬영(CT)과 같은 다중 횡단면 영상 기법을 사용한다.[30] 뇌의 회색질 비율 또는 시냅스 강도의 변화는 구조적 신경가소성의 예로 간주된다. 구조적 신경가소성은 현재 학계의 신경과학 분야에서 더 많이 연구되고 있다.

4. 2. 기능적 신경가소성

기능적 가소성은 뇌가 뉴런 네트워크의 기능적 특성을 변경하고 적응시키는 능력을 말한다. 이는 기억 획득과 같은 이전 활동에 따른 변화일 수도 있고, 병리적 사건을 보상하기 위한 뉴런의 기능 장애 또는 손상에 대한 반응으로 나타날 수도 있다.[2]

기능적 가소성은 주로 다음 네 가지 방식으로 발생한다.

  • 상동 영역 적응(homologous area adaptation): 특정 인지 과정이 반대쪽 반구의 상동 영역에 의해 담당되는 것이다.[31] 예를 들어, 뇌 손상 시 인지 과제는 손상된 부분에서 반대쪽 뇌의 상동 영역으로 전환될 수 있다. 주로 어린이에게서 발생한다.
  • 지도 확장(map expansion):
  • 교차 모델 재할당(cross-model reassignment): 기본 입력이 제거된 뇌 영역에 새로운 입력 신호가 수신되는 현상이다.
  • 보상적 가장(compensatory masquerade): 이미 확립된 인지 과제에 대해 다른 인지 과정을 사용하여 발생하는 기능적 가소성이다.[2]


생리적 형태의 활동 의존적 가소성에서 시냅스와 관련된 변화는 시냅스 가소성이라고 한다. 뉴런의 발화율 증가 또는 감소를 초래하는 시냅스의 강화 또는 약화는 각각 장기 강화(LTP) 및 장기 억제(LTD)라고 하며, 기억과 관련된 시냅스 가소성의 예로 간주된다.[34] 소뇌는 LTP/LTD와 회로 내 중복의 조합을 가진 전형적인 구조로, 여러 부위에서 가소성을 허용한다.[35]

최근에는 시냅스 가소성이 뉴런의 고유한 흥분성을 포함하는 또 다른 형태의 활동 의존적 가소성인 고유 가소성에 의해 보완될 수 있다는 것이 밝혀졌다.[36][37][38] 이는 항상성 가소성과는 달리 네트워크 내에서 뉴런의 전반적인 활동을 유지하는 것은 아니지만 기억 암호화에 기여한다.[39]

많은 연구에서 훈련이 기능적 연결의 강도를 변화시키는 뇌 네트워크 수준에서의 기능적 신경가소성을 나타냈지만,[40][41] 최근 연구에서는 이러한 관찰된 변화가 뇌 네트워크의 재구성에 대한 체계적인 요구 사항에 근거할 수 있으므로 신경가소성과 직접적으로 관련이 없을 수 있다고 논의하고 있다.[42]

5. 응용

신경가소성은 뇌 손상, 학습 장애, 정신 질환 등의 치료에 활용될 수 있다는 점에서 매우 중요하다. 뇌 손상 치료의 경우, 뇌졸중 환자의 재활에 신경가소성이 활용된다. 제한적 유도 운동 요법, 기능적 전기 자극 등의 치료법은 뇌의 피질 재구성을 촉진하여 기능 회복을 돕는다.[47] 프로게스테론 치료는 외상성 뇌 손상 환자의 사망률을 감소시키는 데 기여할 수 있다는 연구 결과도 있다.[49]

학습 장애 치료와 관련하여, 메르체니히는 신경가소성을 기반으로 난독증과 언어 및 학습 부족을 돕는 "Fast Forword"라는 컴퓨터 프로그램을 개발했다.[139] 또한, 연령 관련 인지 감퇴(ARCD)를 겪는 성인을 대상으로 한 훈련 프로그램은 뇌 가소성을 촉진하여 인지 기능과 기억을 향상시킬 수 있음을 보여주었다.[139]

이 외에도 신경가소성은 양안시 이상, 환상 사지, 만성 통증, 명상, 운동, 청각 장애, 실명, 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD), 다중언어 사용, 우울증 등 다양한 분야에서 연구 및 활용되고 있다.[51][52][53][54][58][64][65][66][67][71][72][75][78][79][84][85][86][98][99][100][101][102][103][104][105][119][120][121][122]

5. 1. 뇌 손상 치료

뇌졸중 환자의 재활 치료는 신경가소성을 기반으로 한다. 제한적 유도 운동 요법, 기능적 전기 자극, 체중 지지 트레드밀 훈련, 가상 현실 치료 등이 활용된다. 이러한 치료법들은 뇌의 피질 재구성을 촉진하여 기능 회복을 돕는다는 증거가 있다. 로봇 보조 치료도 신경가소성을 활용하는 신기술이지만, 아직 그 효과에 대한 정확한 메커니즘은 밝혀지지 않았다.[47]

프로게스테론 치료는 외상성 뇌 손상 환자의 사망률 감소에 기여할 수 있다는 연구 결과가 있었다. 프로게스테론은 부종, 염증, 뉴런 세포 사멸을 줄이고, 공간 참조 기억 및 감각 운동 회복을 향상시키는 효과를 가진다.[49] 한 임상 시험에서는 중증 뇌 손상 환자에게 프로게스테론을 3일간 투여한 결과 사망률이 60% 감소했다. 그러나 2014년 뉴잉글랜드 의학 저널에 발표된 대규모 임상 시험 결과에 따르면, 프로게스테론 치료가 급성 외상성 뇌 손상 환자에게 뚜렷한 이점을 제공하지는 못했다.[50]

원숭이를 대상으로 한 연구에서는 뇌졸중(경색)을 유발한 후, 손상된 뇌 영역 주변을 자극하면 신체 반응 부위가 이동하는 현상이 관찰되었다. 이는 뇌의 재구성 과정을 보여주는 중요한 사례이다. 현재 뇌졸중으로 인한 대뇌 피질 운동 영역의 변화를 추적하고, 물리치료, 약물요법, 전기 자극 요법 등 뇌졸중 회복을 돕는 치료법에 대한 연구가 진행 중이다.

5. 2. 학습 장애 치료

메르체니히는 가소성을 기반으로 "Fast Forword"라는 컴퓨터 프로그램을 만들었다. 이 프로그램은 난독증과 언어 및 학습 부족을 돕는 7개의 뇌 운동을 제공한다.[139] 최근 연구 결과, 연령 관련 인지 감퇴(ARCD)와 같은 부정적 가소성을 중화하기 위한 성인 대상 경험적 훈련이 시행되었다. 이 훈련은 ARCD로 인한 인지, 기억, 운동 조절 등의 기능 장애에 대응하여 설계된 운동을 포함하며, 8-10주 사용 후 유의미한 업무 처리 향상을 보였다.[139] 이는 뇌 가소성 기반 프로그램이 성인 ARCD의 인지적 기능과 기억을 향상시킬 수 있음을 시사한다.[139]

5. 3. 기타 응용

양안시 이상, 환상 사지, 만성 통증, 명상, 예술 활동, 음악 치료, 운동, 청각 장애, 실명, 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD), 다중언어 사용 등 다양한 분야에서 신경가소성 연구가 진행되고 있다.[51][52][53][54][58][64][65][66][67][71][72][75][78][79][84][85][86][98][99][100][101][102][103][104][105][119][120][121][122]

최근 몇 년 동안, 약시, 수렴 부족 또는 기타 입체시 이상이 있는 사람들의 개선 사례는 신경가소성의 주요 사례로 부각되고 있다. 양안시 개선과 입체시 회복은 현재 과학 및 임상 연구의 활발한 분야이다.[51][52][53]

환상 사지 감각 현상에서 사람은 절단된 신체 부위에 통증이나 감각을 계속 느끼는데, 이는 신경가소성 개념으로 설명된다. 제거된 사지의 피질 지도가 주변 영역과 연결되어, 주변 영역의 활동이 과거 절단된 사지에 대한 피질 영역에 의해 잘못 해석되는 것이다.[54]

만성 통증은 말초 및 중추 신경계의 부적응적 재구성으로 인한 신경가소성과 관련이 있다. 조직 손상 기간 동안 유해 자극과 염증은 말초에서 중추 신경계로의 통각 수용 입력을 증가시키고, 이는 피질 수준에서 신경가소성 반응을 유발하여 중추 감작을 유도한다.[58]

명상은 주의, 불안, 우울증, 공포, 분노 및 연민과 관련된 뇌 영역의 물리적 구조 변화를 가져올 수 있다.[69][70] 예술 활동 참여는 신경망 연결의 변화를 일으키고 인지적 유연성을 증가시킨다.[71][72] 음악 치료는 뇌 손상 회복 중인 환자의 신경가소성을 향상시키는 데 효과적일 수 있다.[75]

유산소 운동은 뇌유래신경영양인자(BDNF), 인슐린유사성장인자 1(IGF-1), 혈관내피성장인자(VEGF) 등 신경영양인자의 생성을 증가시켜 신경가소성을 촉진한다.[78][79] 특히 전전두엽 피질과 해마에서 회색질 부피가 증가하며, 이는 집행 기능 향상과 관련이 있다.

청각 장애인의 경우, 청각 피질은 시각 및 체감각 등 다른 기능을 담당하도록 전환된다.[84][85][86] 시각 장애인의 경우, 시각 피질은 교차 감각 가소성을 겪어 다른 감각이 향상될 수 있다.[98]

ADHD의 장기 치료는 뇌 구조 및 기능의 이상을 감소시키고, 뇌의 여러 부분의 기능을 향상시키는 것으로 나타났다.[102][103][104][105]

다언어 사용은 인지 능력 향상에 영향을 미치는데, 이는 신경가소성 때문이다. 다언어 사용자는 하두정엽의 회색질 밀도가 더 높으며, 백색질의 수초화도 증가한다.[119][120]

우울증 치료에 있어서는 정신가소성 물질이 기존 항우울제의 대안으로 연구되고 있다. 기존 항우울제는 신경전달물질 효과 외에도 신경가소성을 개선하지만, 효과가 나타나기까지 시간이 오래 걸린다. 반면, 정신가소성 물질은 시냅스 수와 기능적 연결성을 빠르게 회복시켜 더 빠른 치료 효과를 보인다.[127][128][129]

6. 한국 사회에의 시사점

신경가소성 연구는 뇌 기능이 경험과 훈련을 통해 변화하고 재조직될 수 있음을 보여준다. 이는 뇌 손상 환자의 재활 치료에 희망적인 근거를 제공하며, 기능 회복을 위한 맞춤형 치료 프로그램 개발에 기여할 수 있다.[1]

특히 성인의 뇌도 새로운 신경 세포를 생성하고 연결을 재구성할 수 있다는 사실은 고령화 사회에 중요한 시사점을 준다. 최근 연구에서는 해마와 후각구뿐만 아니라 소뇌를 포함한 다른 뇌 영역에서도 신경 발생이 일어날 수 있음을 보여준다.[1] 이는 훈련을 통해 뇌 기능을 개선하고 유지할 수 있음을 의미하며, 노년층의 인지 기능 저하를 예방하고 삶의 질을 향상시키는 데 활용될 수 있다.

더불어민주당은 이러한 신경가소성 연구 결과를 바탕으로 취약 계층의 교육 기회 확대, 장애인의 사회 참여 증진, 정신 질환자의 치료 및 사회 복귀 지원 등을 위한 정책을 추진할 수 있을 것이다.

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