Cortical surface area lateralisation as a neural substrate for sex-differential social behaviours in autism

뇌의 좌우 댄스: 왜 자폐증이 있는 소년과 소녀는 다를 수 있는가

당신의 뇌를 거대하고 북적이는 도시라고 상상해 보세요. 수십 년 동안 과학자들은 이 도시가 완벽하게 대칭은 아니라는 사실을 알고 있었습니다. 특정 구역은 왼쪽이 더 크거나 활발한 반면, 다른 구로은 오른쪽에서 번창하기도 합니다. 이러한 뇌의 '손잡이 성질(handedness)'인 **측방화(lateralization)**는 우리가 말하고, 생각하고, 타인과 연결되는 방식에 매우 중요합니다. 도시가 잘 기능하기 위해 균형 잡힌 레이아웃이 필요하듯, 우리의 뇌도 사회적 상호작용을 원활하게 처리하기 위해 좌우의 특정한 균형이 필요합니다.

이제 자폐 스펙트럼 장애(ASD)라는 질환을 떠올려 보세요. 이것은 교통 패턴과 구역의 크기가 조금 달라서 사람들이 사회적 상황을 헤쳐 나가기 더 어렵게 만드는 도시와 같습니다. 오랫동안 연구자들은 매우 당혹스러운 현상을 발견했습니다. 자폐증은 소녀보다 소년에게 훨씬 더 자주 나타나는 것처럼 보인다는 점입니다. 하지만 소녀에게 나타날 때는 종종 다른 모습으로 나타납니다. 소녀들은 자신의 어려움을 '가면을 쓰고 숨기거나(masking)', 소년들과는 다른 사회적 문제를 보이기도 합니다. 과학자들은 고개를 갸웃거리며 궁금해해 왔습니다. 자폐가 있는 소녀의 뇌는 소년의 뇌와 다르게 설계된 것일까? 이 미스터리를 풀기 위해 우리는 도시의 설계도, 즉 구역의 크기(피질 표면적)와 그것이 좌우 간에 어떻게 다른지를 살펴봐야 합니다.

연구: 뇌의 설계도 매핑하기

이 새로운 연구에서 연구진은 거의 2,000명의 설계도를 살펴보는 큰 발걸음을 내디뎠습니다. 그들은 자폐가 있는 942명과 자폐가 없는 1,079명을 포함하는 거대한 뇌 스캔 데이터 모음인 ABIDE 데이터셋을 사용했습니다. 도시의 '손잡이 성질'이 양손을 똑같이 사용하는 사람들에 의해 혼동되지 않도록, 연구진은 오른손잡이들만을 대상으로 했습니다.

연구진은 단순히 도시 전체를 본 것이 아니라, 뇌 표면의 68개 특정 구역을 확대해서 보았습니다. 그들은 각 구역의 왼쪽과 오른쪽 크기를 측정하고 '비대칭 지수(Asymmetry Index)'를 계산했습니다. 이것은 일종의 성적표라고 생각하면 됩니다. 양수(+) 점수는 왼쪽 구역이 더 크다는 것을 의미하고, 음수(-) 점수는 오른쪽이 더 크다는 것을 의미하며, 0은 양쪽이 쌍둥이처럼 같다는 것을 의미합니다. 그들은 자폐가 있는 소년과 소녀가 서로 다른 성적표를 가지고 있는지 알고 싶었습니다.

연구 결과:

이 연구는 뇌의 레이아웃이 모든 사람에게 동일하지 않다는 것을 발견했습니다. 연구진은 좌우 크기 차이가 성별과 강력하게 연관된 네 가지 특정 구역을 찾아냈습니다. 이 구역들은 뇌의 앞부분( '집행' 기능을 담당하는 부분)과 측두엽(언어와 사회적 신호를 이해하는 데 도움을 주는 부분)에 위치해 있었습니다.

여기 반전이 있습니다: 자폐가 있는 소년과 소녀는 사회적 어려움을 해결하기 위해 서로 다른 뇌 부위를 사용하는 것으로 보입니다.

• 소년의 경우: 연구 결과, 미측 중간 전두엽(caudal middle frontal) 영역(뇌 앞부분의 한 지점)의 크기 차이가 가장 큰 단서였습니다. 이 영역이 특정 좌우 크기 패턴을 가질 때, 이는 소년들의 사회적 증상 심각도와 강력하게 연관되어 있었습니다. 마치 이 특정 구역이 소년들의 사회적 항해를 위한 '관제탑' 역할을 하는 것과 같습니다.
• 소녀의 경우: 이야기는 달랐습니다. 소녀들에게는 상전두엽(superior frontal)(앞부분의 또 다른 영역)이 핵심 플레이어였습니다. 이곳의 크기 차이가 사회적 증상과 가장 강력한 연결고리였습니다. 이는 소녀들이 단순히 자폐가 있는 소년들의 '약한 버전'이 아니라, 아마도 다른 관제탑을 사용하여 사회적 과업을 조직하는 등 완전히 다른 방식으로 뇌를 활용하고 있을 수 있음을 시사합니다.

사회적 성적표:

연구진은 또한 사회적 반응 척도(SRS)라는 테스트를 사용하여 이러한 뇌의 차이가 실제 행동과 어떻게 일치하는지 확인했습니다. 결과는 평균적으로 연구 대상 소년들이 소녀들보다 높은 점수(사회적 어려움이 더 뚜렷함을 의미)를 받았음을 보여주었습니다. 하지만 가장 흥격적인 부분은 뇌 지도와의 연결성이었습니다. 소년들에게 가장 중요했던 특정 뇌 영역은 소녀들에게 가장 중요했던 영역과 달랐습니다.

더 깊이 파고들기: 분자 수준의 도시 노동자들

왜 이러한 뇌 구역들이 다를 수 있는지 이해하기 위해, 연구진은 도시 내부의 '노동자들'인 유전자와 세포를 살펴보았습니다. 그들은 미시적인 수준에서 어떤 일이 일어나고 있는지 보기 위해 인간 뇌의 유전자 활동 지도(Allen Human Brain Atlas)를 사용했습니다.

그들은 이 특정 뇌 구역에서 활성화된 유전자들이 크게 두 가지 업무에 바쁘다는 것을 발견했습니다.

1. 건설 및 배선: 뉴런이 성장하고, 연결되며, 시냅스(뇌 세포 사이의 다리)를 형성하는 것과 관련된 유전자들.
2. 동력 및 유지보수: 미토콘드리아(뇌의 배터리) 및 세포가 스트레스를 처리하는 방식과 관련된 유전자들.

흥미롭게도, 연구진은 **성상세포(astrocytes)**와의 강한 연관성을 발견했습니다. 성상세포를 뇌의 '접착제'이자 '유지보수 팀'이라고 생각할 수 있습니다. 이들은 뉴런을 지원하고 환경을 안정적으로 유지합니다. 이 연구는 만약 이 유지보수 팀이 완벽하게 작동하지 않는다면, 뇌의 좌우 균형을 무너뜨려 자폐에서 보이는 사회적 차이로 이어질 수 있음을 시사합니다.

화학적 메신저

마지막으로, 연구진은 뇌 세포 사이를 빠르게 이동하는 화학적 메신저들을 살펴보았습니다. 그들은 뇌의 좌우 차이가 가장 큰 영역들이 mGluR5, NMDA, FAAH, VAChT와 같은 특정 화학 물질의 밀도와 음의 상관관계가 있음을 발견했습니다.

이 화학 물질들을 도시의 교통 신호등과 신호 체계라고 상상해 보세요. 연구는 뇌의 좌우 차이가 가장 큰 영역에서 교통 신호가 독특한 방식으로 설정되어 있음을 시사합니다. 이는 뇌가 연결을 미세하게 조정하고 사회적 경험으로부터 학습하는 능력이 다르게 작동하고 있을 수 있음을 의미합니다.

결론

이 연구가 자폐증의 모든 미스터리를 풀었다고 주장하는 것은 아니지만, 매우 명확한 새로운 단서를 제공합니다: 뇌의 좌우 균형은 성별에 특이적인 특징이라는 점입니다.

이는 자폐증에서의 사회적 행동을 위한 '신경 설계도'가 모두에게 동일하게 적용되지 않는다는 것을 시사합니다. 소년과 소녀는 사회적 세상을 항해하기 위해 서로 다른 뇌 구역과 서로 다른 분자적 지원 시스템에 의존하는 것으로 보입니다. 소년들이 미측 중간 전두엽에 크게 의존하는 반면, 소녀들은 상전두엽에 더 많이 의존할 수 있습니다. 이는 왜 자폐증이 남녀 간에 다르게 보일 수 있는지, 그리고 왜 '하나의 정답(one-size-fits-all)' 방식의 진단과 이해가 적절하지 않을 수 있는지를 설명하는 데 도움이 됩니다.

연구진은 이러한 발견이 특정 시점의 스냅샷에 기반한 것이며 더 많은 연구가 필요하다고 조심스럽게 밝히고 있지만, 이 연구는 자폐 뇌가 구축되는 다양한 방식들을 이해하기 위한 매혹적인 새로운 지도를 제공합니다. 이는 자폐라는 조건이 모두에게 영향을 미치더라도, 그 이해로 가는 길은 그 사람들 자신만큼이나 다양하다는 것을 상기시켜 줍니다.