왜 아침 9시에는 프로젝트를 힘차게 진행하다가 오후 3시가 되면 모든 의욕을 잃는지 궁금한 적이 있나요? 일본 나고야 대학의 연구자들이 어려운 상황에서 동기부여가 지속되거나 사라지는 메커니즘을 설명할 수 있는 뇌 메커니즘을 찾아냈습니다. 그들의 연구는 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 게재되었으며, 오렉신 뉴런이 지속적인 동기부여 행동에 중요한 역할을 한다는 것을 강조합니다.

동기부여 상실은 우울증, 중독, ADHD의 특징이지만, 그 기저에 있는 뇌 과정은 여전히 답답할 정도로 불분명했습니다. 나고야 대학 의학대학원의 미조구치 히로유키 부교수와 야마다 기요후미 명예교수가 이에 주목했습니다. 그들은 이미 수면, 식욕, 에너지 소비를 조절하는 오렉신 뉴런에 초점을 맞췄습니다. 이전의 단서들은 이 뉴런들이 동기부여에도 영향을 미칠 수 있음을 시사했지만, 그 정확한 기여는 안개 낀 아침처럼 불분명했습니다.

이를 규명하기 위해 연구팀은 음식 보상을 찾는 쥐를 연구했습니다. 전형적인 생쥐 모델과 달리 쥐는 복잡한 행동 과제에 뛰어나지만, 뉴런을 조작하기는 더 까다롭습니다. 해결책은? 유전자 변형 '오렉신-Cre' 쥐를 사용하여 오렉신 생성 뉴런을 정밀하게 표적화하는 것이었습니다.

화학유전학을 사용하여 이 뉴런들을 활성화시키고, 점진적 비율 검사(progressive ratio test)를 실시했습니다. 이 검사에서는 각 보상에 대해 더 많은 코 찌르기가 필요했습니다. 쥐가 포기하는 '중단점(breakpoint)'은 동기부여의 척도로 사용되었습니다. 활성화된 쥐는 더 높은 중단점에 도달하여 보상을 위해 더 열심히 일했습니다. 반대로 오렉신 뉴런이 선택적으로 퇴화된 쥐는 더 일찍 포기했고, 동기부여가 눈에 띄게 위축되었습니다.

섬유 광측정법(fiber photometry)은 실시간 오렉신 활동을 보여주었습니다: 쥐가 음식을 기대할 때 활동이 급증하고, 음식이 제공된 후에는 감소했지만, 예상된 보상이 나타나지 않을 때는 높은 수준을 유지했습니다. 또한 활동은 과제 난이도에 따라 증가하여, 뇌가 보상 기대와 필요한 노력을 연결한다는 것을 시사합니다.

인과 관계를 확인하기 위해 연구팀은 광유전학(optogenetics)을 사용했습니다. 억제성 단백질로 오렉신 활동을 억제하면 쥐가 더 게을러져 노력이 필요한 과제에 더 오래 걸리고 중단점이 낮아졌습니다. 그러나 흥분성 단백질로 활동을 증가시켜도 추가 노력이 유발되지는 않았습니다. 따라서 오렉신 뉴런은 동기부여에 필요하지만, 그것을 강화한다고 해서 생산성 마법의 해킹이 되는 것은 아닙니다.

미조구치 교수는 "우리의 연구는 예상 보상과 필요한 노력에 따라 오렉신 뉴런 활동의 유의미한 변화를 보여주었으며, 이는 기대를 지속적인 행동으로 전환하는 잠재적 메커니즘을 시사합니다"라고 결론지었습니다.

향후 연구는 이 뉴런들로 들어오고 나가는 회로를 매핑하여 동기부여 결핍에 대한 치료법 개발에 기여할 수 있을 것입니다. 그동안 우리는 계속해서 할 일 목록을 바라보며 의욕을 어디에 두고 왔는지 궁금해할 것입니다.

이 연구는 다양한 재단의 지원을 받았습니다: Grant-in-Aid for Scientific Research [22K19749; 23K27360; 23H02669 (2023)], SENSHIN Medical Research Foundation, Naito Foundation, Takeda Science Foundation, SRF, Asahi Glass Foundation, Mishima Kaiun Memorial Foundation, Kao Health Science Foundation, 그리고 AMED (JP21wm0425014). 자료는 나고야 대학에서 제공되었습니다.