낮과 밤 하루의 길이 변화, 계절성 정동 장애 등 뇌에 영향 있다

빛의 계절적 변화(여름에는 낮이 길고 겨울에는 짧아짐)는 인간의 행동과 오랫동안 관련되어 있어 수면과 섭식 패턴에서 뇌와 호르몬 활동에 이르기까지 모든 것에 영향을 미칩니다.

즉 시교차상핵의 뉴런은 세포 및 네트워크 수준에서 변화하는 다양한 일광 길이에 적응하도록 조정됩니다. 뉴런은 도파민의 혼합과 발현에서 변화하여 뇌 활동과 이후 일상적인 행동을 변화시켰습니다.

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1. 계절성 정동 장애(SAD)

계절성 정동 장애(SAD)가 대표적인 예입니다. 자연 햇빛에 대한 노출 감소와 관련된 우울증 유형으로, 일반적으로 겨울철에 발생하며 일조 시간이 가장 짧은 고위도 지역에서 더 자주 발생합니다.

밝은 빛 요법은 비계절성 주요 우울증, 산후 우울증 및 양극성 장애와 같은 질병과 함께 SAD를 치료하는 데 효과적인 치료법으로 입증되었지만 낮의 길이와 빛 노출의 계절적 변화가 세포 및 회로 수준에서 뇌에 영향을 미치고 변화시키는 방법은 과학자들을 대부분 어둠 속에 가두었습니다.

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2. 실험 과정

2022년 9월 2일 사이언스 어드밴스(Science Advances)에 발표된 새로운 연구에서 캘리포니아 대학교 샌디에이고 의과 대학의 연구원들은 마우스 모델을 사용하여 영향을 받는 뉴런이 낮의 길이 자극에 반응하여 신경 전달 물질의 발현을 전환하는 과정을 조명하고 관련 유발 행동 변화 과정을 관찰했습니다.

이 연구는 UC 샌디에이고 의과대학 정신의학과 부교수이자 UC 샌디에고의 일주기 생물학 센터 회원인 선임 연구 저자인 Davide Dulcis 박사가 주도했습니다.

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3. 실험 결과

인간 뇌의 시상하부에는 각각 약 20,000개의 뉴런으로 구성된 시교차상핵(SCN)이라는 작은 구조가 자리 잡고 있습니다. (평균적인 인간의 뇌에는 대략 860억 개의 뉴런과 850억 개의 비-뉴런 세포가 있습니다)

SCN은 신체의 시간 측정기로서 대부분의 일주기 리듬, 즉 24시간 주기를 따르고 신진대사와 체온에서 호르몬이 방출될 때까지 모든 것에 영향을 미치는 신체적, 정신적, 행동적 변화를 조절합니다.

SCN은 빛과 낮의 길이 변화를 우리 몸에 전달하는 망막의 특수 감광성 세포의 입력을 기반으로 작동합니다.

새로운 연구에서 덜시스와 동료들은 SCN 뉴런이 세포 및 네트워크 수준에서 변화하는 다양한 일광 길이에 적응하기 위해 서로 조정하는 방법을 설명합니다. 특히, 그들은 뇌가 인간과 유사하게 기능하는 쥐에서 뉴런이 혼합 및 주요 신경 전달 물질의 발현에서 변화하여 차례로 뇌 활동 및 후속 일상 행동을 변경한다는 것을 발견했습니다.

출처: 국립 일반 의학 연구소

빛 노출의 계절적 변화는 스트레스, 신진대사, 성장, 생식, 면역 및 기타 자율 기능을 제어하는 ​​데 필수적인 역할을 하는 뇌 영역인 뇌실주위핵(paraventricular nucleus, PVN)의 신경전달물질 발현 뉴런의 수를 변화시키는 것으로 나타났습니다.

덜시스 박사는 “이 연구에서 가장 인상적인 새로운 발견은 특정 SCN 뉴런의 활동을 인위적으로 조작하고 시상하부 PVN 네트워크 내에서 도파민 발현을 성공적으로 유도하는 방법을 발견했다는 것”이라고 말했습니다.

"우리는 시상하부 기능과 일상 행동을 조정하는 데 있어 낮의 길이에 대한 반응으로 SCN-PVN 네트워크의 새로운 분자 적응을 밝혀냈습니다."라고 Dulcis 연구실의 일원인 Alexandra Porca 박사가 덧붙였습니다.

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4. 연구 의의

"이 연구에서 우리가 보여준 다중 시냅스 신경 전달 물질 전환은 기분의 계절적 변화와 광선 요법의 효과를 매개하는 해부학적/기능적 연결을 제공할 수 있습니다."

저자들은 그들의 발견이 뇌가 빛 노출의 계절적 변화에 적응하는 방법을 설명하는 새로운 메커니즘을 제공한다고 제안합니다. 그리고 적응은 SCN에 독점적으로 위치한 뉴런 내에서 발생하기 때문에 후자는 빛 노출의 계절적 변화와 관련된 장애에 대한 새로운 치료법에 대한 유망한 표적을 나타냅니다.