뇌의 복잡한 작용은 신경전달물질 시스템에 의존합니다. 이러한 신경전달물질은 인간의 인지, 감정, 행동 등을 광범위하게 조절합니다. 이 글에서 우리는 신경전달물질이라는 뇌 화학물의 흥미로운 세계를 탐구하고 신경전달물질이 우리의 기분, 감정, 그리고 전반적인 행동에 어떻게 영향을 미치는지 탐구할 것입니다. 신경전달물질과 뇌 기능 간의 상호 작용을 이해함으로써 정신장애와 이에 대한 잠재적 치료전략에 대해 알아봅시다.
1. 신경전달물질이란?
신경전달물질은 우리의 생각, 감정, 행동을 조율하는 미세한 분자로, 뇌에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이러한 화학적 메신저는 신경세포 간 신호 전달에 중추적인 역할을 하여 뇌가 우리 몸의 다른 부분과 소통할 수 있도록 합니다. 각 신경전달물질은 고유한 특성을 지니고 있으며 정신과 신체에 특정한 방식으로 영향을 미칩니다. 예를 들어 도파민의 쾌락부터 세로토닌의 차분함까지 신경전달물질은 우리의 기분, 인지, 심지어 수면 패턴까지 형성합니다. 신경전달물질의 복잡한 다이나믹을 이해하는 것은 뇌 기능, 정신 건강, 인간 의식의 본질에 대한 신비를 풀기 위한 열쇠입니다.
2. 주요 신경전달물질과 기능들
뇌 안에는 정말 다양한 신경전달물질이 있습니다. 그 모든 것들을 다 나열하기 보다는 가장 친숙하고 기본적인 다섯 가지의 신경전달물질을 간단히 다뤄보고자 합니다. 여기에는 세로토닌, 도파민, 가바, 글루타메이트, 그리고 노르에프네프린이 있습니다.
2.1. 세로토닌
5-hydroxytryptophan(5-HT)로도 불리는 세로토닌은 기분과 감정 조절에 광범위한 영향을 미치는 신경전달물질입니다. 세로토닌의 기능은 단순한 기분 안정을 넘어 인지와 신체 건강까지 조절합니다. 뇌에서 세로토닌 경로는 안정감과 만족감에 영향을 미치는 신호를 전달합니다. 세로토닌이 분비되면 뇌의 감정 상태가 조절하여 평온함과 만족감을 증진하는 데 도움이 된다고 알려져 있습니다. 세로토닌 수치가 균형을 이루면 정서적 회복력, 스트레스에 대처하는 능력, 전반적인 행복감을 경험하게 됩니다.
그렇기에 세로토닌의 불균형은 기분장애, 특히 우울증과 불안을 유발할 수 있는 것을 알려져 있습니다. 세로토닌 수치가 낮으면 지속적인 슬픔, 에너지 저하, 수면 패턴 장애와 같은 증상이 나타나는 경우가 많습니다. 이를 토대로 우울증과 불안을 치료하는 데 사용 되는 약물인 선택적 세로토닌 재흡수 억제제(SSRI)가 개발되었습니다.
그 원리를 간단히 다뤄보자면, 이름에서 알 수 있다시피 SSRI는 세로토닌이 흡수 되는 것을 막는 역할을 한다는 것을 알 수 있습니다. 본래 분비된 신경전달물질은 작동하는 영역 바깥으로 흩어져 버리거나, 분해되거나, 재흡수 되어 장기적인 활성화를 막도록 되어 있습니다. 그러나 기분장애의 경우 애초에 세로토닌의 양이 적어져 있으니, 분비된 후 재흡수를 막음으로써 세로토닌의 작용 기간을 늘리는 것이 그 원리가 되겠습니다.
SSRI는 뇌의 세로토닌 수치를 증가시켜 정서적 평형을 회복하는 데 도움을 줍니다. 세로토닌은 기분 외에도 식욕, 수면, 사회적 행동 등 다양한 생리적 기능에도 영향을 미칩니다. 심지어 통증 인식과 위장 조절에도 관여하는 것으로 알려져 있기에 전반적인 인간의 생리적 작용에서 세로토닌이 다방면으로 중요하다는 것을 알게 해줍니다.
2.2. 도파민
도파민은 보상, 동기부여, 그리고 쾌락에 관여하는 것으로 잘 알려진 신경전달물질입니다. 도파민의 기능은 목표 지향적인 행동을 촉진하는 것부터 행동과 관련된 의사결정에 영향을 미치는 것까지 광범위한 행동에 걸쳐 있습니다. 도파민은 즐거운 경험과 관련된 행동을 강화하는 뇌의 보상 시스템의 핵심입니다. 맛있는 음식을 먹거나 사랑하는 사람과 유대감을 형성하거나 개인적인 목표를 달성하는 등의 활동에 참여할 때 도파민이 분비되어 보상과 만족감을 느끼게 됩니다. 결과적으로 이러한 보상 중심 메커니즘은 강력한 동기 부여 역할을 하여 유익한 행동을 추구하고 목표에 부합하는 선택을 하도록 영감을 줍니다.
그러나 쾌락에 관한 도파민의 역할을 더 깊게 알아보면 ‘도파민 = 쾌락’의 단순한 관계라기 보단 미래에 얻을 수 있는 보상을 예측하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있습니다. 좀 더 구체적으로, “예측오류“라고 하는 이 개념은 우리가 보상으로 받을 것으로 예상하는 것과 실제로 받는 것을 비교했을 때 차이가 있는 것을 의미합니다. 기대치를 뛰어넘는 결과가 나오면, 즉 예측했던 것 보다 큰 보상을 받아 예측오류가 생기면, 도파민 수치가 급상승하여 관련 행동을 강화합니다. 반대로 결과가 기대에 미치지 못하면, 즉 예측했던 것 보다 작은 보상을 받아 예측오류가 생기면, 도파민 수치가 떨어지면서 행동이나 전략을 조정하도록 유도합니다.
문제는 도파민과 쾌락, 그리고 예측오류의 복잡한 상호작용이 일상적인 선택에 영향을 미칠 뿐만 아니라 중독, 위험감수 행동, 신경정신과적 장애와도 연결된다는 점입니다. 구체적으로 도파민 조절 장애는 강박적인 행동과 중독으로 이어질 수 있습니다. 약물 남용, 도박중독, 섭식장애와 같은 질환은 뇌의 도파민 경로가 불균형한 것이 특징입니다.
또한 도파민 생성의 결핍은 운동장애와 경직이 특징인 파킨슨병과 같은 신경학적 장애와 관련이 있습니다. 이러한 질환의 치료를 위해 도파민 수용체를 표적으로 하는 약물을 사용하여 그 효과를 강화하거나 약화시킵니다. 쾌락과 운동기능에 영향을 미치는 도파민의 이중적인 역할은 뇌에서 도파민의 다면적인 중요성을 강조합니다.
2.3. 가바(GABA)
감마아미노낙산(GABA)은 중추신경계의 주요 억제 신경전달물질로, 뇌 활동을 억제하고 진정시키는 효과를 보입니다. 가바는 뇌의 활성을 단순히 억제시키는 것이 아니라 뇌의 흥분과 억제 사이의 섬세한 균형을 유지하는 데 중추적인 역할을 합니다. 즉, 특정 신경세포가 보이는 리드믹한 활성의 패턴을 가바가 조절해주기도 합니다.
구체적으로, 가바 신경전달은 뒤에서 다룰 글루타메이트와 같은 흥분성 신경전달물질의 영향을 상쇄하는 근본적인 역할을 합니다. 가바가 수용체에 결합하면 음의 전기적 성질을 지닌 이온(Cl-)이 신경세포에 들어가 신경세포가 흥분하지 못하도록 방지하고 신경세포의 발화 속도를 감소시킵니다. 이러한 억제 효과는 신경 회로의 과잉 활동을 방지하는 데 도움이 되며 전반적인 뇌 기능을 유지하는 데 중요합니다.
가바 신경신호에 불균형이 일어나면 불안, 뇌전증, 심지어 정신증과 같은 증상으로 이어질 수 있습니다. 그렇기에 불안을 완화하고 이완을 유도하기 위해 벤조디아제핀과 같이 가바 활동을 강화하는 약물을 처방하는 경우가 많습니다.
2.4. 글루타메이트
글루타메이트는 뇌의 주요 흥분성 신경전달물질로, 신경세포 간의 신호전달을 촉진하고 뇌 활동을 향상시킵니다. 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트는 시냅스를 통해 다음 신경세포를 자극하여 신경세포 간 연쇄적인 발화를 촉진합니다. 이러한 글루타메이트의 역할은 학습과 기억 등 다양한 인지 기능에 매우 필수적입니다.
글루타메이트는 경험에 반응하여 시간이 지남에 따라 적응하고 변화하는 뇌의 능력인 시냅스가소성에서 핵심적인 역할을 합니다. 글루타메이트는 장기강화와 같은 메커니즘을 통해 시냅스 연결을 강화하여 기억과 학습 과정을 형성하는 데 기여합니다.
그러나 반대로 글루타메이트 과잉은 뇌 건강에 해로울 수 있습니다. 글루타메이트 수용체를 과도하게 자극하면 신경독성에 의해 신경세포의 손상 및 사멸이 발생할 수 있습니다. 그렇기 때문에 글루타메이트와 앞서 언급한 가바 사이의 균형은 전반적인 뇌 기능을 유지하는 데 매우 중요합니다. 서로 차의 액셀과 브레이크의 역할을 하는 것이지요.
사실 이러한 글루타메이트의 작용은 우울, 치매, 조현병 등 광범위한 정신장애와 밀접한 관련이 있을 수 있다는 과학적 증거가 쌓이고 있습니다. 그렇기에 글루타메이트 수용체를 조절하는 약물을 통해 치매와 조현병 등 다양한 정신장애의 회복에 영향을 줄 수 있는지에 대해 활발히 연구가 이뤄지고 있습니다.
2.5. 노르에피네프린
노르아드레날린으로도 불리는 노르에피네프린은 스트레스와 각성에 대한 신체의 반응에 중추적인 역할을 하는 신경전달물질이자 호르몬입니다.
잠깐 신경전달물질과 호르몬의 차이를 언급하자면, 신경전달물질은 기본적으로 신경세포에서 생산되며, 신호전달 방향에 있어 전후가 명확해야한다는 특징이 있지만, 호르몬의 경우 혈관을 통해 온 몸을 돌며 호르몬을 인식하는 수용체가 있는 경우 전후 관계와 상관 없이 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다.
노르에피네프린은 뇌에서 주의력, 각성, 기분 조절, 신체의 ‘투쟁 또는 도피’ 반응 등 다양한 기능에 관여합니다. 스트레스가 심하거나 위험한 상황에서 노르에피네프린이 분비되면 심박수, 혈압, 각성이 증가하여 신체가 행동할 준비를 하게 됩니다. 즉 흥분한 상태가 되는 것이지요. 이러한 생리적 반응은 개인이 인지된 위협에 효과적으로 대응하는 데 도움이 됩니다.
노르에피네프린은 스트레스 반응에 대한 역할 외에도 기분과 감정 조절에 영향을 미칩니다. 노르에피네프린 조절장애는 우울증이나 불안과 같은 기분장애와 관련이 있습니다. 노르에피네프린 재흡수 억제제(NRI)와 같이 노르에피네프린 경로를 표적으로 하는 약물은 이러한 질환을 치료하는데 사용됩니다. 노르에피네프린은 주의력결핍과잉행동 장애(ADHD)와 같은 질환에서도 중요한 역할을 하는데, 노르에피네프린 신호의 불균형이 부주의와 충동성 증상을 유발하는 것으로 여겨지기도 합니다.
3. 일상 생활에서 신경전달물질 밸런스 맞추기
3.1. 식단 및 영양
식단에 다양한 단백질을 포함시키면 신경전달물질 생산에 도움을 줄 수 있습니다. 면밀히 살펴보면 단백질 공급원마다 다른 아미노산을 제공합니다. 예를 들어 살코기에는 각각 도파민과 세로토닌의 전구체인 티로신과 트립토판이 함유되어 있는 반면 콩과 같은 식물성 단백질은 도파민의 또 다른 전구체인 페닐알라닌을 공급합니다.
또한 복합탄수화물은 포도당을 지속적으로 방출하여 세로토닌 수치를 유지합니다. 귀리, 퀴노아, 통곡물 빵은 하루 종일 기분을 안정시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 게다가 식사에 복합 탄수화물과 단백질을 함께 섭취하면 뇌의 아미노산 흡수를 최적화할 수 있습니다.
탄수화물과 단백질에 대해 다뤘다면, 지방 또한 신경전달물질 밸런스에 영향을 줄 수 있습니다. 지방이 많은 생선과 아마씨에 함유된 오메가-3 지방산은 인지기능과 신경전달물질 균형에 도움이 되는 것으로 알려져 있습니다. 일주일에 몇 번 연어와 고등어 같은 생선을 식단에 추가하거나 아마씨를 아침 시리얼이나 스무디에 넣어 드시는 것을 고려해 보세요.
마지막으로 주요 에너지원 외에도 비타민 B군(특히 비타민 B6와 B9)은 신경전달물질 대사에 매우 중요하다는 점을 강조할 필요가 있습니다. 시금치, 케일과 같은 잎이 많은 채소와 강화 시리얼을 통해 이러한 필수 영양소를 섭취할 수 있습니다. 세로토닌 생성에 중요한 역할을 하는 비타민 D는 적절한 햇빛 노출과 강화 식품을 통해 얻을 수 있습니다.
3.2. 운동
위에서 다루진 않았습니다만 신체활동을 하면 신체 분비되는 진통제인 엔돌핀을 가장 먼저 떠올릴 수 있습니다. 엔돌핀은 화학적으로 오피오이드, 즉 우리가 병원에도 투여 받거나 마약의 일종과 유사하며 뇌의 특정 수용체에 결합합니다. 엔돌핀이 뇌의 특정 수용체와 결합하면 통증 지각이 감소하고 깊은 행복감을 느끼게 됩니다. 이러한 “엔돌핀 러쉬”는 운동 중과 운동 후에 경험할 수 있으며, 기분 개선에 크게 기여하고 자연적인 스트레스 해소제로도 작용합니다.
또한 신체활동은 뇌의 세로토닌 수치를 높이는 것으로 알려져 있습니다. 세로토닌은 기분, 수면, 식욕을 조절하는 데 중요한 신경전달물질입니다. 운동을 하면 뇌에서 세로토닌의 생산과 방출이 증가합니다. 이렇게 향상된 세로토닌 기능은 우울증과 불안증상을 완화하는 등 큰 효과를 발휘할 수 있습니다. 세로토닌은 평온함과 만족감을 촉진하기 때문에 규칙적인 운동은 정서적 균형과 긍정적인 기분을 유지하는 데 강력한 도구가 됩니다.
신체활동은 신체의 스트레스 반응에 관여하는 신경전달물질인 노르에피네프린을 활성화합니다. 노르에피네프린이 적당량 분비되면 집중력과 주의력을 향상시켜 인지기능을 개선하고 주의력을 높일 수 있습니다. 2012년 알츠하이머병 저널의 한 연구에 따르면 운동에 의한 노르에피네프린 상승이 일반인과 인지손상을 지닌 사람들 모두에게 있어 기억력을 높이는 효과를 관찰했다고 보고하였습니다. 따라서 운동에 의한 노르에피네프린 상승은 실제 인지적 기능에도 영향을 미친다는 것을 알 수 있습니다.
3.3. 수면
질 좋은 수면은 수면 동안 일어날 수 있는 신경전달물질과 관련된 조절 기전을 통하여 기분안정, 정서적균형, 인지기능에 도움을 줍니다. 먼저, 수면은 글루타메이트와 아세틸콜린과 같은 신경전달물질의 균형과 최적의 기능을 지원합니다. 이러한 신경전달물질은 시냅스가 시간이 지남에 따라 강화되거나 약화되는 능력인 신경가소성에 필수적인데, 이는 기억형성에 매우 중요한 역할을 합니다. 그러므로 적절한 수면을 통한 신경전달물질의 균형은 습득된 정보와 관련된 신경연결이 굳어지고 유지되도록 합니다.
이때 깊은 수면의 한 단계인 렘수면(REM)은 기억을 통합하고 강화하는 데 중요한 역할을 합니다. 렘수면 중에 풍부하게 분비되는 아세틸콜린과 같은 신경전달물질은 단기 기억에서 장기 기억으로의 정보 전달을 촉진하여 기억력을 향상시키는 데 기여합니다.
이 외에도 수면은 다른 신경전달물질의 생성과 재충전을 하는 시기입니다. 뇌는 수면 중에 세로토닌, 도파민, 아세틸콜린과 같은 신경전달물질을 합성하여 깨어 있을 때 정서적안정, 동기부여, 그리고 인지기능에 필요한 충분한 양을 공급합니다. 이때 수면과 관련하여 가장 중요한 물질은 멜라토닌입니다. 비록 일반적인 신경전달물질로 여겨지진 않지만 수면과 매우 밀접하기에 좀 더 깊게 다뤄보겠습니다.
멜라토닌은 어두운 곳에서 세로토닌이 변화하여 생성이 촉진됩니다. 기본적으로 멜라토닌의 정상적인 생성 및 분비는 우리 수면의 질을 매우 상승 시킵니다. 그러나 또한 멜라토닌의 생성은 인지 및 정서적 기능과도 연관되어 있습니다. 먼저 인지기능에 대하여 멜라토닌은 산화 스트레스로부터 뇌 세포를 보호하는 항산화 특성을 가지고 있습니다. 이러한 보호 기능은 인지기능을 유지하고 노화와 관련된 인지기능 저하를 예방하는 데 필수적입니다. 또한 멜라토닌은 정서적 웰빙에도 영향을 미칩니다. 멜라토닌 생성을 감소시키는 수면 패턴 장애는 우울증이나 불안과 같은 기분 장애와 관련이 있습니다. 양질의 수면을 통해 건강한 멜라토닌 생성을 보장하면 정서적 안정과 회복력에 기여할 수 있습니다.
이러한 멜라토닌의 정상적인 생성을 망치는 가장 일반적이고 중요한 요인은 ‘잠자기 직전의 불빛’입니다. 잠자리에 들기 최소 한 시간 전에는 스마트폰, 태블릿, 컴퓨터 등 전자기기를 사용하지 마시길 바랍니다. 화면에서 방출되는 블루라이트는 멜라토닌의 자연 생성을 억제하여 수면-각성 주기에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 효과의 메커니즘에는 블루라이트에 민감한 망막의 특수 세포인 광수용체가 관여합니다. 블루라이트에 노출되면 이 광수용체는 낮이라는 신호로 해석하여 뇌에 멜라토닌 생성을 줄이라는 신호를 보냅니다. 멜라토닌 수치가 감소하면 잠들기 어렵고 수면의 질이 떨어질 뿐만 아니라 인지 및 정서적 기능의 손상과도 연결될 수 있습니다. 그러므로 취침 전에 화면 시청 시간을 제한하면 자연적인 멜라토닌 생성 능력을 지원하여 수면의 질을 개선할 수 있습니다.
3.4. 스트레스 관리
스트레스는 신경전달물질 전반에 대해 광범위한 영향을 미칩니다. 사실 아직까지 명확하게 규명되지 않은 내용도 많습니다. 따라서 여기서는 만성스트레스와 신경전달물질 간 관련성에 대해 간단하고 가능성 있는 설명들 위주로 다뤄보겠습니다.
만성스트레스는 주요 스트레스 반응 시스템인 시상하부-뇌하수체-부신(HPA) 축을 활성화합니다. HPA축은 스트레스 호르몬인 코르티솔의 분비를 촉발합니다. 코르티솔 수치가 높아지면 세로토닌의 전구물질인 트립토판을 세로토닌으로 전환하는 효소의 활성을 억제시킵니다. 이로 인해 뇌에서 세로토닌의 양이 감소하여 기분장애를 유발할 수 있습니다.
다음으로, 만성스트레스는 도파민 수용체의 밀도와 민감도에 변화를 일으킬 수 있습니다. 스트레스 관련 신경전달물질은 도파민 수용체 활동을 조절할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 도파민 신호가 변경되어 동기 부여와 기분 조절에 영향을 미칠 수 있습니다.
만성스트레스는 글루타메이트와 노르에피네프린과 같은 스트레스 관련 신경전달물질의 방출을 활성화합니다. 그런데 이러한 신경전달물질은 가바성 신경세포를 억제하여 가바의 합성과 방출을 감소시킬 수 있습니다. 이러한 가바 신경신호의 교란은 뇌의 흥분성을 증가시켜 불안을 유발시킬 수 있습니다.
마지막으로, 만성스트레스는 글루타메이트의 과도한 분비를 유발할 수 있습니다. 장기간의 글루타메이트 과잉활동은 신경세포를 손상 시킵니다. 또한 만성스트레스는 글루타메이트와 감마 아미노낙산(GABA) 사이의 균형을 깨트려 전반적인 신경전달물질의 균형에 영향을 미칠 수 있습니다.
마치며
신경전달물질은 우리의 기분, 행동, 전반적인 뇌 기능을 형성하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 화학적 메신저의 불균형과 조절장애는 정신건강을 해치는데 영향을 줄 수 있습니다. 신경전달물질과 뇌 기능 사이의 복잡한 상호 작용을 이해함으로써 연구원과 임상가는 신경전달물질의 균형을 회복하고 증상을 완화하기 위한 표적 개입을 개발하고자 노력하고 있습니다. 또한, 식단, 운동, 수면, 스트레스 관리와 같은 생활 방식 요소는 신경전달물질 수준에 영향을 미칠 수 있으므로 뇌 건강을 유지하기 위해 일상생활에서의 실천 또한 간과할 수 없습니다. 신경전달물질에 대한 지식을 지속적으로 발전시킴으로써 정신건강에 대한 이해를 높이고 보다 효과적인 치료 및 개입을 위한 길이 열리길 바라며 글을 마무리하겠습니다.