뇌 발달의 대부분은 생애 초기, 특히 어린 시절에 이뤄지고 이후에는 큰 변화 없이 유지된다는 것이 오랫동안 신경과학계의 정설로 여겨져 왔다. 이에 따라 감각 처리와 기본적인 인지 기능 역시 청소년기에 이르면 이미 성숙 단계에 도달해, 성인기와 큰 차이가 없을 것으로 받아들여져 왔다.

 

그러나 최근 이러한 통념을 뒤집는 연구 결과가 제시됐다. 성인기에 이르면서 뇌는 감각 회로를 다시 정교하게 재조정하며, 청소년기와 비교해 감각 정보 처리에서 현저한 수준의 정밀도 차이를 보인다는 사실이 밝혀졌다.

▲연세대 생명공학과 정은지 교수(왼쪽), 이동수 박사,

충남대 의과대학 한경아 교수, DGIST 뇌과학과 고재원 교수

 

연세대학교 생명공학과 정은지 교수 연구팀(제1저자 이동수 박사)은 뇌 시상부의 시상망상핵(thalamic reticular nucleus, TRN)이 성인기에도 지속적으로 재구성된다는 원리를 규명했다. 이번 연구는 2026년 4월 1일 자 국제 학술지 「Neuron」 표지 논문으로 선정됐다.

 

시상망상핵은 감각 정보를 대뇌피질로 전달하기 전에 선별하는 ‘감각 검문소’ 역할을 하는 핵심 회로다. 기존에는 이 회로가 어린 시절 ‘결정적 시기(critical period)’를 지나면 안정화된다고 여겨졌으나, 연구팀은 청소년기 이후에도 지속적인 회로 재조정이 일어난다는 사실을 실험적으로 확인했다.

 

연구팀은 생쥐 모델을 활용해 청소년기와 성인기의 감각 회로를 비교 분석한 결과, 성인기에는 감각 회로가 재구성되면서 미세한 정보 차이까지 구별할 수 있는 정밀한 감각 처리 능력이 뚜렷하게 향상되는 것을 확인했다. 이는 단순한 경험 축적이 아니라, 불필요한 신호를 제거하고 유효한 정보만을 정교하게 추출하는 회로 수준의 능동적 재설계 과정임을 의미한다.

 

[그림1. Neuron(Volume 114, Number 7) 표지]

 

연구팀이 제시한 표지 이미지는 이러한 차이를 직관적으로 보여준다. 청소년기의 뇌가 환경의 전반적인 형태와 주요 정보를 인지하는 수준에 머무른다면, 성인기의 뇌는 질감, 경계, 미세한 변화와 같은 세부 정보까지 선명하게 구별하는 높은 해상도의 정보 처리가 가능하다.

 

이러한 변화의 핵심 기전으로 연구팀은 두 가지 억제 시스템, 이른바 ‘dual GABA’ 메커니즘을 제시했다. 빠르고 강한 억제를 유도하는 synaptic GABA는 회로를 안정적으로 고정하는 역할을 하며, tonic GABA는 입력 신호를 미세하게 조정하는 역할을 수행한다.

 

성인기에는 synaptic GABA에 의한 강한 억제가 일부 완화되고, 대신 tonic GABA의 정밀 조정 기능이 강화되면서 감각 정보가 더욱 세밀하게 처리된다. 이러한 억제 조절 방식의 변화가 청소년기와 성인기 사이 감각 처리 능력의 격차를 만들어내는 핵심 요인으로 작용한다.

 

또한 연구팀은 이 같은 회로 재구성이 시냅스 접착 단백질 LRRTM3에 의해 조절된다는 사실을 DGIST 고재원 교수, 충남대학교 한경아 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 밝혀냈다. LRRTM3 기능이 저하된 경우, 성인기에도 회로 정교화가 충분히 이루어지지 않아 미세한 촉감 구별 능력이 크게 저하되는 것으로 나타났다.

 

이번 연구는 자폐 스펙트럼 장애, ADHD, 조현병 등 감각 처리 이상을 동반하는 신경정신질환을 회로 수준에서 이해할 수 있는 새로운 관점을 제시한다. 나아가 감각 기능 회복을 위한 신경 조절 기술 및 디지털 치료제 개발에도 중요한 기반이 될 것으로 기대된다.

 

정은지 교수는 “성인기에도 뇌는 멈추지 않고 스스로를 정밀하게 조율한다는 사실을 규명했다”며 “이번 연구가 감각 인지 질환 치료와 뇌 기반 기술 개발에 중요한 전환점이 될 것”이라고 밝혔다.

 

한편, 이번 연구는 삼성미래기술육성사업 및 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

 

[그림2. 유년기부터 성인기에 이르기까지 우리 뇌의 '감각 검문소'가 정교해지는 과정]