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위장과 뇌의 관계를 알아보는 새로운 방법

Gut feeling이란 말이 있지요. 머리 속으로 일일이 생각해 판단한 것이 아니라 느낌으로 판단할 때 쓰는 말입니다. 그런데 그야말로 위장에서 직접 느끼는 감각 기능은 얼마나 민감할까요? 사실 우리가 위 속에 무엇이 들어있는지 느낄 수 있는 능력은 없다고 생각됩니다. 그래서 오래도록 직접 내시경을 통해 보지 않는 이상 입을 통해 들어간 음식물이 위에서 어떻게 되는지 아는 사람이 없었던 거죠. 그런데 사실 우리 위장은 음식물이 있는지 없는지 단백질이나 지방이 적은지 많은지 심지어는 pH에 관한 정보도 알고 있습니다. 그에 따라 여러 가지 소화와 관련된 호르몬을 분비할 수 있는 거죠. 하지만 그런 정보들이 적어도 우리가 인식할 수 있는 수준까지 올라오지는 못하는거죠.
아래 소개한 글은 위장 속 기계적수용기들이 얼마나 민감하게 작동하며 여기에 자극을 주었을 때 우리 몸에 어떤 변화가 생기는지 소개한 글입니다. 진동하는 캡슐을 자극제로 이용했다는 것이 아이디어인 것 같습니다. 가끔 위장에는 따로 뇌가 있다고 할 정도로 주인의 의지와는 상관없이 활동하는데 이 방법으로 정말 gut-feeling을 조절할 수 있을까요?

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과학자들은 사람들의 위장의 민감도와 뇌가 이를 어떻게 해석하는지를 알아보기 위해 작은 진동 캡슐을 이용했다.

우리 몸속 기관들은 복잡한 신호체계를 이용해 끊임없이 뇌와 교신하고 있다. 체내 기관들 간에 신호를 감지하는 과정인 interception (체내 감지, internal perception)이 잘 알려지지 않은 탓에 과학자들 사이에선 뇌가 어떻게 이런 신호들을 해석하고 조정하는지 수수께끼로 여기고 있다. 이번에 Laureate Institute of Brain Research (LIBR)에서 위장-뇌 관계를 측정할 수 있는 새로운 방법을 Nature Communication지에 발표하였다. 연구자들은 이 방법을 이용해 건강한 집단과 환자 집단이 반응하는 패턴을 밝힐 수 있을 것이다.

이 연구의 공동저자이자 LIBR의 정신과 의사이며 동시에 신경과학자인 Sahib Khalsa는 신경계가 건강할 때나 병에 걸렸을 때 어떻게 내부 기관의 인지과정에 영향을 주는지에 관심이 있었다. “저는 섭식장애를 가진 사람들을 상대로 뇌-신체 상호작용을 연구했고, 일반적으로 정상적인 내부 인지능력을 갖는다고 이해하는데, 이는 음식에 관련해서는 현실에 맞지 않습니다.” Khalsa의 말이다.

어떻게 뇌가 다른 내부 기관에서 신호를 받는지 알아보고자, Khalsa는 소화관을 자극하는데 최소 침습성 진동 캡슐(minimally invasive vibrating capsule)을 이용하였다. 이 연구자들은 만성 변비 치료를 위해 개발된 이 약을 다른 용도로 사용한 것이다. 이들은 남, 녀 40명에게 공복 상태에서 이 약을 주었다. 이어진 시간에 연구자들은 그들에게 몸 속에 진동이 느껴지면 언제든 버튼을 누르도록 하였고 이와 동시에 뇌파검사(electroencephalogram)를 통해 뇌의 활성을 측정 하였다.

우선 연구팀은 실험대상자들이 위에서는 약의 떨림에 잘 반응하여 느끼는 것을 알 수 있었다.  이들이 느끼는 것과 뇌에서의 활동을 비교해본 결과 이 진동은 뇌의 두정엽-후두엽 부위에 신호를 나타냈다. 즉, 이 지역이 위에서의 느낌을 받아들이는 곳임을 알 수 있다. 연구자들은 또한 진동의 세기와 비례하여 이 부위에 반응의 세기가 나타나는 것을 알 수 있었다.

이어 Khalsa와 그의 연구팀은 이런 위의 신호가 다른 신체부위의 반응에 영향을 주는지 알아보고자 캡슐이 진동할 때 다른 생리적 지표들이 변하는지 측정하였다. 캡슐의 진동은 심장박동수를 높이고 발한 촉진(땀나게 함) 등 다른 신체 신호를 빠르게 변화시켰으며 이는 위장-뇌 축의 상호관계가 다른 신체 기관 들과도 연결되어 있음을 보여준 것이다.

“흥미로운 연구입니다만 답보다는 질문을 더 많이 주는 군요.” 이 연구에 직접 참여하지 않은 Flinder University의 신경생리학자인 Nick Spencer의 말이다. Spencer는 이런 기구를 임상에 사용하려면 더 많은 연구가 필요하다며 “면밀하게 설정된 대조군과 좀더 심층적인 분석이 필요합니다.”라고 말을 보탰다.

Khalsa는 이런 기구가 환자의 위장-뇌 축의 민감도를 측정하는 방법으로 활용될 수 있기를 바란다고 했다. 위장-뇌 축이 무너진 환자의 경우 이 캡슐이 장의 민감도를 측정하는데 도움이 되고 일반인과 비교하여 치료법을 판단 할 수 있을 것이다. 이와 비슷하게 이 진동 캡슐을 다른 용도의 약으로 사용하는 것과 관련하여 몇몇 지표에 집중하기 보다는 신체 전반에서 어떤 반응을 일으키는지 알아볼 필요가 있다.

<이 글은 아래의 기사를 반역한 것입니다.>

Anna Napolitano, Ph.D., A novel tool to explore the gut-brain connection. The Scientist, Aug. 28, 2023.

원문의 REFERENCES

1. Mayeli A, et al. Parieto-occipital ERP indicators of gut mechanosensation in humans. Nat Commun. 2023;14(1):3398..

2. Nelson AD, et al. A single-center, prospective, double-blind, sham-controlled, randomized study of the effect of a vibrating capsule on colonic transit in patients with chronic constipation. Neurogastroenterol Motil. 2017;29(7):10.1111/nmo.13034.

3. Rao SSC, et al. Randomized placebo-controlled phase 3 trial of vibrating capsule for chronic constipation. Gastroenterology. 2023;164(7):1202-1210.e6.

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