[신경과학] 뇌가 너무 흥분되지는 않았나요? 과자극에 의한 신경 퇴화

Is Your Brain Too Excited?! Neurodegeneration By Over-Stimulation먼저 이 글은 @ngans의 글 를 번역한 것이며, @ngans에게 그의 모든 글에 대한 번역을 허락 받았음을 밝혀둡니다.

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신경 퇴화. 뇌 세포의 죽음.

순간을 경험하는 것에서부터 과거를 기억하거나 미래를 개념화할 수 있는 능력에 이르기까지 우리의 삶은 수억의 세포가 조화롭게 활동함으로써 일어납니다. 그리고 이러한 조화에 대한 노력이 바르게 작동할 때-우리는 이를 당연한 것으로 여기지만-완벽하고 의심할 여지가 없는 현실을 만들어냅니다. 우리는 상황이 의도대로 작동하지 않을 때에서야 (우리가 자동차나 컴퓨터를 다루는 것처럼) 뚜껑을 열어보게 됩니다. 그러나 우리의 두뇌는 닦고 조이고 기름치면 되는 단순한 기계 이상의 것입니다. 우리는 우리 자신을 돌아보는 능력에 분명한 한계가 있습니다. 우리의 두뇌는 문자 그대로 수십억 년의 진화에 의해 조각되었으며, 앞으로도 우리 종은 계속 적응을 해 갈 것입니다.

세포의 죽음은, 자동차의 엔진 문제나 컴퓨터의 회로 손상과 마찬가지로, 그 사람에 관한 것들을 반영합니다. 이를테면 신경 퇴화의 배경에는, 우리는 수년간의 환경적 요소를 발견할 수 있고, 해로운 행동들을 발견할 수 있으며, 유전적 원인을 발견할 수 있습니다. 신경 과학자들은 과학적 연구를 통해 이러한 퇴행성 요인을 조사함으로써 뇌를 행복하고 건강하게 만드는 것이 무엇인지 뿐만 아니라 어떤 종류의 것들이 잘못될 수 있는지에 대하여 많은 것을 배웠습니다.

신경 퇴화는 종종 알츠하이머 병, 파킨슨 병 또는 헌팅턴 병과 같은 질병을 가진 노인들의 경우에게만 고려됩니다. 물론 이러한 경우가 매우 심각하고 널리 퍼진 신경 죽음의 예이지만, 신경 퇴화가 유일한 원인인 것은 아닙니다. 흥분 독성(Excitotoxicity)은 과도한 자극으로 인한 세포의 죽음을 일으키는 병태 생리학적 증상입니다. 이는 기 언급된 신경 퇴행성 질환 뿐 아니라, 뇌졸중, TBI (외상성 뇌 손상), 알코올 또는 벤조디아제핀 금단, 저혈당증 및 심지어 청력 상실 등에서 세포가 죽는 메커니즘입니다. 흥분 독성은 세포의 죽음에 큰 책임이 있으며, 더 나아가 인간의 죽음까지 초래합니다.

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흥분 독성이란?

뉴런은 정보를 처리하고 전기·화학 신호를 보내어 그 의미를 해석합니다. 이 신호 메시지로써 우리의 각 세포가 의사소통하고, 우리가 정신 상태라고 부르는 데이터의 응집이 일어날 수 있습니다. 우리의 뉴런은 우리와 마찬가지로 물리 법칙의 적용을 받으며, 작업을 완료하기 위해 생리적·화학적 작용의 성공적인 활용이 필요합니다. 이것의 실패나 불균형이 발생할 경우 (여기에는 다양한 원인이 있습니다), 세포는 (질병이나 상해로 인한) 괴사 또는 (자체 프로그램 된) 사멸의 위험에 놓일 수 있습니다. 과도한 자극은 우리의 뉴런에 치명적인 파멸을 일으킬 수 있는 불균형인 것입니다. 그렇다면 뉴런이 과도하게 자극된다는 것은 무엇을 의미할까요?

뉴런이 화학적·전기적 신호를 보낼 때, 우리의 뉴련은 자극되거나 자극되지 않은 상태가 됩니다. 글루타메이트 (인간 CNS의 주된 흥분성 신경 전달 물질)를 사용하는 시냅스에 대한 양성 입력은 나트륨과 칼슘 이온이 후속 세포로 흘러들어 가도록 만들고 세포 내의 양전하를 증가시키는데, 여기서 세포가 문턱 전압에 도달한다면, 신호를 전달하는 활동 전위가 되는 것입니다. 반면, GABA (주요 억제 신경 전달물질)를 사용하는 시냅스에 대한 음성 입력은 반대의 효과를 일으키고, 후속 세포가 활동전위에 이를 기회를 감소시킵니다. 그런데 이때 세포가 너무 많은 양성 입력을 받으면, 과량의 칼슘과 나트륨이 세포로 쏟아지며 잇따른 신호의 범람을 일으킵니다. 이 과정은 세포의 구조물(세포 골격)과 내부 보호를 위한 세포막, 세포의 DNA를 파괴합니다. 이것은 차례로 세포를 파열시켜 그 내용물을 세포 외 공간으로 방출시킴으로써, 인접한 세포를 결국 동일한 운명에 처하도록 만듭니다. 심각한 발작의 경우에는, 제어되지 못한 세포들의 동시적 활성이 세포 죽음의 도미노 효과를 일으킬 수 있습니다.

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다행히 우리 뇌에는 흥분 독성으로부터 우리를 지키기 위해 각 세포의 이온 균형을 조절하는 신경 보호 메커니즘이 있습니다. 예를 들어, 교질 세포(glial cell)는 시냅스에서 글루타메이트를 제거하여 이온들의 통과를 허용하는 AMPA, NMDA 수용체가 활성화되지 않도록 합니다. 또한 억제 입력은 흥분을 줄이고 과도한 분극 상태를 제한합니다. 다만 이러한 시스템이 실패할 때 심각한 결과가 초래되는 것입니다. 우리의 뇌는 이렇게 자극의 균형을 매 순간 기적적으로 이루어 내며, 우리를 제대로 기능하고 배우고 성장하며 강력한 자연의 힘을 견딜 수 있도록 만들어 줍니다.

References:

• Ankarcrona Maria; et al. (October 1995). "Glutamate-induced neuronal death: A succession of necrosis or apoptosis depending on mitochondrial function". Neuron. 15 (4): 961–973.
• Rothstein, Jeffrey D., et al. "Knockout of glutamate transporters reveals a major role for astroglial transport in excitotoxicity and clearance of glutamate." Neuron 16.3 (1996): 675-686.
• Pitt, David, Peter Werner, and Cedric S. Raine. "Glutamate excitotoxicity in a model of multiple sclerosis." Nature medicine 6.1 (2000): 67.
• Doble, Adam. "The role of excitotoxicity in neurodegenerative disease: implications for therapy." Pharmacology & therapeutics 81.3 (1999): 163-221.

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