뇌의 일지정지 버튼, 클라우스트룸(Claustrum)

클라우스트룸(Claustrum, 전장)은 오랫동안 기능이 명확히 밝혀지지 않은 뇌 영역으로 여겨졌으나, 최근 20여 년 동안 뇌 영상기술과 유전자 조작 기술의 발달을 통해 인간의 의식과 인지 기능을 조절하는 핵심 기관이라는 사실이 점차 밝혀지고 있다.

사례 1. 의식의 스위치
대표적인 연구 사례는 2014년 미국 조지워싱턴대학교 의과대학의 모하메드 쿠베시(Mohamad Koubeissi) 교수 연구팀의 실험이다. 연구팀은 뇌전증 환자의 발작 원인을 찾기 위해 뇌 여러 부위에 전극을 삽입하여 전기 자극을 가하던 중 우연히 클라우스트룸의 기능을 발견하였다. 환자가 책을 읽거나 손짓을 하는 동안 클라우스트룸에 고주파 전기 자극을 가하자, 환자는 발작이나 기절 없이 모든 행동을 즉시 멈추고 의식만 사라진 상태가 되었다. 마치 일시적으로 의식의 스위치가 꺼진 것과 같은 현상이 나타났으며, 자극을 중단하자 즉시 의식을 회복하였다. 또한 환자는 의식을 잃어 있던 동안의 일을 기억하지 못하였다. 이 연구는 클라우스트룸이 인간의 의식을 조절하는 '온·오프 스위치' 역할을 할 수 있음을 보여준 최초의 사례로 평가된다.

<참고영상>

https://youtu.be/d3ohDrcwQog?si=585opPUdQo0pvOvW

사례 2. 뇌 전체의 연결성
클라우스트룸이 뇌 전체를 연결하는 핵심 구조라는 사실도 밝혀졌다. 프랜시스 크릭은 오래전부터 클라우스트룸이 뇌의 다양한 정보를 통합하는 역할을 할 것이라는 가설을 제시하였으며, 2017년 앨런 뇌과학연구소는 이를 실험적으로 입증하였다. 연구진은 생쥐 클라우스트룸에 존재하는 단 3개의 뉴런을 유전학적 기술로 추적한 결과, 이 뉴런들이 대뇌피질의 거의 모든 영역으로 복잡하게 연결되어 있다는 사실을 확인하였다. 이러한 뉴런은 머리에 쓰는 가시왕관과 형태가 비슷하여 '가시왕관 뉴런(Crown of Thorns Neuron)'이라는 이름이 붙었으며, 클라우스트룸이 여러 감각 정보를 하나의 통합된 의식으로 만드는 해부학적 기반을 제공한다는 점을 보여주었다.

사례 3.  깊은 수면의 조절자
클라우스트룸은 수면 조절에도 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었다. 2020년 일본 이화학연구소(RIKEN)의 연구에서는 광유전학 기술을 이용하여 생쥐의 클라우스트룸 뉴런을 선택적으로 활성화하거나 억제하였다. 그 결과 클라우스트룸이 활성화되면 대뇌피질 전반의 뉴런 활동이 동시에 억제되며, 깊은 수면에서 나타나는 서파(Slow-wave) 활동과 유사한 현상이 발생하였다. 이후 2024년 발표된 인간 뇌전증 환자 연구에서도 클라우스트룸이 수면 중 서파 활동을 조절한다는 사실이 확인되었다. 이러한 결과는 클라우스트룸이 깨어 있을 때에는 의식을 유지하고 정보를 통합하는 역할을 하며, 수면 시에는 뇌 전체를 동기화하여 휴식 상태로 전환시키는 기능을 수행함을 시사한다.

사례 4. 인지 제어의 활성화
최근 연구에서는 클라우스트룸이 복잡한 인지 기능에도 관여한다는 사실이 밝혀지고 있다. 메릴랜드대학교 브라이언 매더(Brian Mathers) 연구팀은 사람들에게 쉬운 주의력 과제와 높은 집중력 및 작업기억이 필요한 어려운 과제를 수행하도록 하면서 기능성 자기공명영상(fMRI)을 촬영하였다. 연구 결과 쉬운 과제를 수행할 때에는 클라우스트룸의 활동이 거의 나타나지 않았으나, 복잡하고 어려운 과제를 수행할 때에는 클라우스트룸의 활성도가 크게 증가하였다. 또한 생쥐 실험에서 클라우스트룸의 기능을 차단하자 쉬운 과제는 정상적으로 수행했지만, 난이도가 높은 과제에서는 수행 능력이 크게 저하되었다. 이는 클라우스트룸이 단순히 의식을 유지하는 것에 그치지 않고, 복잡한 문제 해결과 집중력 조절에도 중요한 역할을 한다는 사실을 보여준다.

종합하면 클라우스트룸은 뇌의 여러 영역에서 전달되는 정보를 하나로 통합하여 의식을 유지하고, 복잡한 인지 과제에서는 필요한 신경망을 효율적으로 조절하여 집중력을 높이며, 수면 시에는 대뇌피질 전체를 동기화하여 깊은 휴식을 유도하는 역할을 수행한다. 이러한 연구 결과들은 클라우스트룸이 인간의 의식, 집중력, 수면을 통합적으로 조절하는 뇌의 핵심 제어 기관임을 뒷받침하고 있다.