Perinatal environmental enrichment affects murine neonates' brain structure before their active engagement with environment

모든 생명체는 그 초기 시절의 각인을 간직하고 있다. 갓 태어난 생명체가 걷거나 말하기도 전, 즉 세상과 마주하는 그 순간부터의 환경은 신체와 정신이 발달하는 방식에 흔적을 남긴다. 과학자들은 복잡하고 자극적인 환경이 뇌를 재형성하여 더욱 유능하고 회복력 있게 만들 수 있다는 사실을 오래전부터 알고 있었다. 성체 동물을 대상으로 한 연구에서 이는 명확히 드러났다. 설치류를 장난감, 터널, 사회적 동료들이 가득한 우리에 넣었을 때, 그들의 뇌는 물리적으로 변화하며 특히 기억을 담당하는 영역에서 새로운 연결과 구조를 만들어냈다. 그러나 한 가지 중요한 질문이 여전히 해결되지 않은 채 남아 있었다. 과연 이 현상이 동물이 아주 어린 아기일 때도 동일하게 일러나는가? 환경이 아직 세상을 탐험하기에는 너무 어린 신생아의 뇌를 형성하는가, 아니면 그 효과는 세상을 상호작용할 수 있을 만큼 나이가 든 개체들에게만 국한되는 것인가?

연구팀은 출생 전후의 시기인 주산기 동안의 생쥐를 관찰함으로써 이 질문에 답하고자 했다. 그들은 새끼가 외부 세계와 직접 접촉하기도 전에, 어미가 처한 환경이 새끼의 뇌 구조를 변화시킬 수 있는지 확인하고 싶었다. 이를 위해 일부 생쥐 어미들은 표준적이고 조용한 우리에서 키웠고, 다른 어미들은 새로운 물체와 사회적 복잡성이 가득한 풍요로운 환경에서 키웠다. 연구진은 생쥐 새끼들이 눈도 보이지 않고 소리도 듣지 못하며 전적으로 어미에게 의존하는 시기인 생후 7일이 될 때까지 기다렸다. 이 단계에서 새끼들은 기어오르거나, 놀거나, 문제를 해결할 수 없으며, 그저 둥지 안에 존재할 뿐이다. 연구진은 고해상도 자기공명영상(MRI)을 사용했는데, 이는 과학자들이 뇌를 절개하지 않고도 내부를 볼 수 있게 해주는 강력한 스캔 기술이다. 이를 통해 생후 7일 된 뇌의 물리적 구조를 측정하였다.

스캔 결과, 신생아의 뇌는 어미가 살았던 환경에 따라 실제로 차이가 있음이 밝혀졌다. 하지만 이러한 변화는 성체 생쥐를 대상으로 한 연구에서 예상했던 것과는 달랐다. 성체 설치류의 경우, 가장 극적인 변화는 대개 학습 및 기억과 연관된 영역인 해마에서 나타난다. 그러나 이 신생아들의 경우 해마에서는 차이가 거의 나타나지 않았다. 대신, 가장 유의미한 구조적 변화는 기본 생명 기능을 조절하는 후뇌, 운동 및 습관 형성에 관여하는 배측 선조체, 그리고 뇌 깊숙한 곳에 위치한 작은 구조물인 내측 붕괴핵에서 나타났다. 이는 발달 초기 단계의 뇌가 성체 때와는 다른 방식으로 환경적 복잡성에 반응한다는 것을 시사한다.

신생아 생쥐들은 풍요로운 장난감이나 복잡한 사회적 환경과 상호작용하기에는 너무 어렸기 때문에, 연구진은 환경이 어떻게 아기의 뇌에 도달할 수 있는지에 대해 의문을 가졌다. 그들은 어미가 가교 역할을 한다는 가설을 세웠다. 연구진은 풍요로운 환경에 있는 어미들이 표준적인 우리에 있는 어미들과는 다르게 행동하며, 새끼들에게 다른 방식의 돌봄을 제공한다는 점을 관찰했다. 데이터는 명확한 연관성을 보여주었다. 어미가 새끼를 돌보는 특정한 방식은 새끼 뇌에서 관찰된 구조적 변화와 직접적으로 상관관계가 있었다. 더욱이, 풍요로운 환경의 효과와 모성 돌봄의 효과가 유사하다는 점은 어미의 행동이 복잡한 세상의 이점을 새끼에게 전달하는 데 적어도 부분적으로 책임이 있음을 시사한다. 이 연구는 발달 중인 생쥐의 뇌가 환경에 의해 형성되지만, 신생아의 경우 이는 스스로의 탐험이 아니라 어미로부터 받는 변화된 돌봄을 통해 이루어진다는 결론을 내린다.