- 마우스의 경우 미량의 다이옥신 섭취가 뇌의 유연성과 집단행동의 이상을 일으킨다 -

도쿄대학 대학원 의학계연구과 질환생명공학센터 건강환경의공학부문의 연구팀은 환경화학물질이 뇌발달에 미치는 영향을 동물실험에 의해 밝혀내었다. 즉, 사람의 고차원적인 뇌기능에 해당하는 인지기능과 사회성 기능을 조사할 수 있는 독자적인 행동시험 기술을 개발하였다. 다음에 신경생화학전공분야 및 생물통계학전공분야의 연구팀과 공동으로 아주 미량의 다이옥신을 투여한 어미 마우스에서 태어난 마우스(다이독신 노출 마우스)에 관하여 체내에 다이옥신이 거의 없는 상태일 때 행동시험기술을 이용하여 고차원적 뇌기능을 조사하였다.

이 시험에서는 시험장치에서 식수가 있는 네 군데 장소 중 두 군데가 정답으로 하여 이것을 왕복하는 행동습관을 마우스에 습득시킬 수 있다. 그 후 정답 장소를 변경하여 상황변화에의 적응력을 평가하는 “역전과제”를 반복하였다. 그 결과 다이옥신 노출 마우스는 행동습관의 습득은 가능하지만, “역전과제”의 상황변화에 대해 적응성이 낮았다. 즉 행동 유연선이 저하되어 있다는 것이 밝혀졌다. 또한 이러한 마우스는 식수 획득을 위한 반응을 반복하여 불필요한 “반복행동”도 나타났다. 이 반복행동은 식수를 얻을 수 있는 정답 장소에서 특히 많이 관찰되어 요구억제가 불가능할 때 발생하는 행동패턴의 이상이라고 생각된다.

이러한 행동유연성의 저하, 불필요한 반복행동은 고차원적 뇌기능 중에서도 “실행기능”이라는 목적달성을 위한 적절한 수단을 선택하여 자신을 조절하여 적절한 행동을 취하는 뇌기능 시스템이 파탄된 것에 기인한다고 생각된다. “실행 기능”의 이상은 다양한 정신병 환자에서도 관찰된다.

본 연구는 마우스 사회성 행동의 지표도 새롭게 개발하였다. 이번 행동시험에서는 시험장치 1대당 12마리의 마우스를 집단으로 생활하도록 하여 행동패턴 해석을 수행하였다. 1일 중 수 시간만 대량으로 식수가 있는 장소를 쟁탈하는 사회적 경쟁상황을 만든 결과, 다이옥신 노출 마우스는 이 사회적 경쟁상황에서만 활동레벨이 저하되었다. 이러한 증상은 식수에 대한 욕구보다도 다른 마우스와의 접촉에 따른 스트레스를 피하고 있기 때문이라고 생각할 수 있으며, 자폐증 스펙트럼장애 및 불안장애를 가진 사람에서도 타인과의 접촉을 피하는 경향과 유사하다고 생각된다.

신경활동의 지표인 Arc가 뇌에서 발현하는 분포를 면역조직 화학방법에 의해 조사하였다. 다이옥신을 섭취한 모친으로부터 태어나 행동이상이 관찰된 마우스에서는 Arc량이 전두전피질에서 감소하고 편도체에서는 증가하였다. 즉, 이러한 마우스에서는 전두전피질의 신경활동의 저하와 편도체의 신경활동 항진이 있다는 것이 판명되었다. 전두전피질은 행동 유연성 및 사회성 행동과 같은 인지기능을 조절하고 편도체는 공포 및 불안과 같은 감정반응을 연결하는 뇌영역으로서 알려져 있어 이러한 두 영역은 신경섬유에 의해 접촉하여 연락하고 있다.

사람의 임상적 연구에서도 강박성 장애 및 불안장애, 심적외상 후 스트레스장애, 통합실조증 환자 등에서 “전두전피질과 편조체의 기능적 협조성 파탄”이 보고되었다. 자폐증 스펙트럼 장애를 가진 사람에게 전두전피질의 활동부전과 편조체의 활동항진이 있다는 것도 최근 보고되었다.

이번에 밝혀진 다이옥신 노출에 의한 마우스의 뇌와 행동이상에 관한 연구결과는 미량의 환경화학물질의 체내 유입이 어린이의 “정신적인 건강”을 해치는 것을 나타내는 최초의 과학적 근거이며, 화학물질이 자폐증 증상 등 발달장애의 발병 및 중증화의 요인이 될 가능성을 강하게 시사한 것이다.

(그림 1) 행동 유연성의 설명도
(그림 2) 사회적 경쟁상황에서의 활동레벨 저하

출처 : http://www.m.u-tokyo.ac.jp/news/admin/release_20121213.pdf