통증은 외부의 위험을 알아채고 몸의 이상을 느끼게 해 생명을 보호하는, 뇌의 핵심 기능이다. 그러나 통증에 과도하게 예민해지거나, 걸핏하면 통증을 느낀다면 괴로울 수밖에 없다. 만성 통증으로 고통받는 분들의 큰 어려움은 통증의 종류나 강도를 정확하게 전달하기가 불가능하다는 것이다. 나는 분명히 아픈데, 가족이나 병원에서 몰라준다면 몸이 아픈 것 이상으로 가슴도 아플 것이다.
통증은 단순히 자극에 대한 반응이 아니라, 여러 뇌 부위가 함께 작동하여 만들어내는 주관적인 감각 경험이다. 뇌에서 생기는 일인만큼 뇌신호, 특히 뇌파를 측정하여 고통의 정도를 파악하고자 하는 시도는 오랫동안 있었다.
통증을 느끼는 데엔 체감각피질, 대상피질, 섬피질 등 두뇌 영역이 관여한다는 것이 알려졌고, 주로 이 영역들에 대한 뇌파 연구가 집중됐다. 독일 하이델베르그대의 리네트 리치 탄(Linette Liqi Tan)박사와 로히니 쿠너(Rohini Kuner)박사 팀은 최근 《신경과학 트렌드》에 게재한 종설 논문에서 통증의 고유한 뇌파와 이를 설명할 수 있는 이론들에 대해 정리했다. 뿐만 아니라 최근 발전하는 비침습적 뇌자극 기술들을 활용해 뇌파를 변화시키고, 나아가 통증을 누그러뜨리려는 시도에 대해 소개했다.
통증을 느낄 때에는 빠른 뇌파 영역에 해당하는 감마파가 두드러지고, 그보다 느린 뇌파인 알파파나 베타파의 세기는 감소한다. 이런 뇌파의 변화는 통증의 강도에 비례하고, 통증의 감각에 중요하다고 알려진 체감각피질이나 섬피질, 대상엽 영역에서 주로 나타난다.
사람에게서 보인 뇌파의 변화에 대해 이해하기 위해 동물 모델에서도 많은 연구가 진행 중인데, 동물에서도 사람의 마찬가지로 통증을 느낄 때 감마파가 강화된다. 동물모델에서는 실험적으로 만성통증이나 염증성 통증을 유도할 수 있기 때문에, 만성 통증에서 보이는 뇌파에 대해 중요한 실마리를 제공하기도 한다.
동물 연구의 중요성은 통증 제어기술의 개발에서 두드러진다. 동물에서는 뇌파 형성의 원리가 어느 정도 알려져 있고, 뇌파를 변화시킬 수 있는 실험 기법도 개발되고 있다.
그렇다면 통증을 느낄 때도 동일한 뇌파 형성 원리가 작동하고, 뇌파를 변화시킴으로써 통증을 제어할 수 있을까? 뇌파는 하나하나의 신경세포가 만드는 활성을 전체적으로 합친 신호라고 할 수 있다. 각각의 신경세포가 특별한 통제 없이 각각 해야 할 일을 한다면 카페에 있는 사람들이 각자 자기 이야기를 할 때처럼 소음같은 뇌파가 관측되지만, 전체 신경세포가 동시에 켜졌다 꺼졌다 하는 패턴을 만들 수 있다면 알파파나 감마파와 같이 두드러진 뇌파의 모양이 관찰된다.
구체적으로 보자면, 통증에 중요한 감마파는 억제성 뉴런들이 동시적으로 켜지면서 전체 네트워크를 1초에 수십번 빠른 속도로 억제해 생성된다. 이들 억제성 뉴런을 광유전학적으로 활성화시켜서 인위적으로 감마파를 만들 수 있는데, 이 때에도 통증에 대한 과민성이 유도된다. 또한 신경계의 염증 반응에 중요한 교세포의 기능에 이상이 생기면 뇌파가 변하는데, 교세포가 뇌파 변화를 매개로 염증과 만성통증을 연결할 가능성은 주목할 만하다.
감마파를 통해 진통제와 같은 약물의 효과도 확인할 수 있다. 모르핀이나 엔도르핀 같이 통증을 누그러뜨리는 ‘행복 화학물질들’은 감마파를 덜 발생시켰고, 거꾸로 통증에 의해 저해되는 알파파를 강화하기도 했다.
통증과 뇌파 반응의 관계는 또 다른 부류의 과학자들에게 영감을 제시했다. 바로 공학적 기법을 이용해서 뇌파를 변화시키는 기술을 찾던 과학자들이다. 실제로 경두개 자기자극법으로 전전두엽을 자극해 진통제가 잘 듣지 않는 환자의 통증을 누그러뜨린 사례를 보고한 적도 있다. 또한 경두개 교류자극으로 체감각 영역의 알파파를 증가시켜 통증을 완화한 사례도 있다.
뇌파는 쉽게 측정할 수 있다는 장점 때문에 과학 논문 뿐 아니라, 방송의 뉴스나 심지어 예능프로그램과 같이 아주 다양한 상황에 등장한다. 그렇기 때문에 과학적인 기대감은 다른 뇌 측정 기술에 비해서 떨어질지도 모르겠다.
하지만 뇌파는 분명히 과학적인 현상의 하나이고, 어떻게 측정되고 활용되느냐에 따라 통증의 제어와 같이 가치 있는 작업에 활용될 수 있다. 또한 뇌파 형성의 원리에 대한 다양한 수준에서 신경과학 연구가 꾸준히 진행되고 있기에, 기초과학의 결실이 더 효율적이고 안전한 진통제의 개발로 이어질 수도 있을 것이다.
