청소년의 뇌 연구해 보니

만성 스트레스·기분장애 등 원인
대뇌 피질 비정상적으로 얇아져
전두엽·감정 영역 연결성 떨어져
뇌 덜 성장해 내외부 자극에 취약
인지 능력·주의력 저하까지 발생‘뇌’는 무게 약 1.4㎏, 신경세포 약 1000억개, 이들을 연결해 주는 시냅스 약 100조개가 모여 있는 신체 기관으로 ‘작은 우주’라고 불린다. 우주, 심해와 함께 뇌는 과학계 마지막 탐구 영역으로 남아 있다. 실제로 이들 세 영역에 관한 관심은 고대부터 지금까지 이어지고 있다.

최근에는 뇌의 비밀을 풀기 위해 의학과 생물학뿐만 아니라 수학, 물리학, 화학 등 다양한 영역이 협력하고 있어 수수께끼로 남아 있던 부분이 하나둘씩 풀리고 있다.

11~15일 미국 워싱턴DC에서 열린 미국 신경과학회 주관 ‘신경과학 2023 콘퍼런스’에서는 뇌와 관련한 새로운 연구 결과들이 쏟아져 나왔다.

뇌과학에 따르면 청소년기는 사회적, 생물학적, 정서적 변화에 더불어 뇌가 폭발적으로 발달하는 시기다. 특히 아동기를 거쳐 청소년기에는 뇌 시냅스 연결의 15% 이상이 형성되는 것으로 알려져 있다.

미국 질병통제예방센터(CDC)는 코로나19 팬데믹 이전부터 청소년 정신 건강이 악화되는 경향을 보이기 시작했는데 팬데믹으로 인해 어린이와 청소년에게는 새로운 스트레스 요인이 추가됐다는 조사 결과를 내놓기도 했다. 이에 과학자들은 첨단 뇌 영상 기술을 통해 만성 스트레스, 기분 장애 같은 요인이 청소년의 뇌에 어떤 영향을 미치는지 분석했다.

미국 시애틀 워싱턴대 연구팀은 기능성 자기공명영상(fMRI)을 이용해 코로나19 팬데믹 전후 청소년의 뇌 구조와 기능을 분석했다. 그 결과 팬데믹 이후 청소년들의 뇌는 이전에 비해 대뇌피질 표면이 양쪽 뇌 반구 모두에서 비정상적으로 얇아진 것으로 확인됐다. 이렇게 피질이 얇아지는 현상은 남자 청소년보다 여자 청소년에게 더 두드러지게 나타났다.

연구를 주도한 퍼트리샤 쿨 교수(언어 신경학)는 “보통 대뇌피질의 두께는 노화로 점차 얇아지지만 젊은 시기에 대뇌피질이 얇아지는 증상은 만성 스트레스나 외상이 원인인 경우가 많다”고 말했다. 쿨 교수는 “이번 연구 결과로 코로나19 팬데믹이 청소년들에게 상당한 스트레스를 준 것으로 추정할 수 있다”고 덧붙였다.

하버드대 의대 계산신경과학 연구실, 보스턴 아동병원 소아청소년과 공동 연구팀도 fMRI를 이용해 비슷한 연구를 했다. 분석 결과 팬데믹 이후 청소년의 뇌에서 전두엽과 감정 처리를 지원하는 뇌 영역 간 연결이 약해지고 형태학적으로도 비정상적인 경우가 많은 것으로 확인됐다. 이는 팬데믹 동안 청소년들의 스트레스가 더 심고 우울함을 비롯한 부정적 감정이 더 늘었다는 설문 조사 결과와도 일치한다고 연구팀은 밝혔다.

카테리나 스타물리스 교수(청소년 뇌신경학)는 “완전히 성장하지 못한 청소년의 뇌는 내외부 자극에 취약하기 때문에 스트레스는 뇌의 구조와 조직 방식에 중대한 영향을 미칠 수 있으며 결국 정신 건강에도 심각한 위협 요소가 된다”고 지적했다.

또 우울증은 청소년에게 흔한 신경정신질환이며 어른과는 다른 방식으로 발생한다고 알려져 있다. 이에 캘리포니아 샌디에이고대(USCD) 연구팀은 인공지능 딥러닝 기술을 적용해 ‘청소년 뇌 인지 발달(ABCD) 연구’에 참여한 청소년들의 데이터를 정밀 분석했다. ABCD 연구는 미국 국립보건원(NIH)이 아동, 청소년기의 뇌 인지 발달 과정을 정확히 파악하기 위해 진행 중인 장기 연구다.

분석 결과 우울증이 있는 청소년은 그렇지 않은 청소년에 비해 뇌의 기능적 연결 패턴이 끊어진 부분이 많은 것으로 나타났다. 이런 뇌의 변화는 인지능력과 주의력 저하를 가져오고 자아 및 타인에 대한 판단과 의사 결정 기능을 약화시키는 것으로 확인됐다.