피오릴로 교수 “뇌세포, 보상-처벌 따로따로 구분해 인식”

피오릴로 KAIST 교수 사이언스 8월호에 발표
“보상 받을 때만 도파민 분비 처벌 반응물질 별도 존재 가능성”

아이들에게 어떤 행동을 유도할 때 부모들은 보통 “잘하면 장난감 사줄게, 그런데 안 하면 혼낼 거야”라는 말을 하곤 한다. 이처럼 일상 언어생활에서는 흔히 보상과 처벌을 관계 지어 한번에 이야기하는 경우가 많다.

‘도파민’이라는 뇌의 신경전달물질이 보상과 처벌에 한꺼번에 관여하는 것으로 알려졌기 때문인데, 정작 뇌는 보상과 처벌, 즉 ‘당근과 채찍’을 따로 인식한다는 연구결과가 나왔다.

KAIST 바이오및뇌공학과 크리스토퍼 피오릴로 교수는 도파민 신경세포가 보상에만 반응할 뿐 처벌에는 반응하지 않는다는 사실을 발견하고 ‘사이언스’ 2일자에 발표했다.

도파민은 뇌에서 분비되는 핵심 신경전달물질로 행복감이나 만족감 등을 전달하는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 특히 보상과 처벌에도 관여해 기대보다 나은 보상이나 예상보다 덜한 처벌에 도파민이 많이 나온다고 여겨졌는데, 이번 연구결과는 이 같은 상식을 완전히 뒤집었다는 평가를 받고 있다.

피오릴로 교수는 붉은털원숭이를 모니터가 있는 방에 두고 까만색 원이 보이면 달콤한 주스(보상)를 주고, 빨간색 원이 보이면 코에 바람을 불어넣거나 소금물(처벌)을 줘서 조건 반사 반응을 보이도록 만들었다.

며칠 후 원숭이 뇌 속 도파민 신경세포의 변화를 관찰했는데, 까만색 원을 보여주면서 이전보다 주스를 더 많이 주자 원숭이는 도파민을 많이 만들어냈다. 까만색 원을 보여주고도 주스를 주지 않자 도파민은 평소보다 적게 나왔다. 도파민이 보상에 특히 민감하게 반응한다는 사실을 확인한 것이다.

반면, 처벌에는 도파민의 양에 별다른 변화가 없었다. 빨간색 원을 보여준 뒤 예전보다 약한 바람이나 덜 짠 소금물을 줬지만 도파민이 더 많이 나오지 않았던 것이다. 이는 도파민이 보상에만 반응하는 신경전달물질이고, 처벌에 반응하는 신경전달물질은 별개로 존재할 가능성이 높다는 말이다.

피오릴로 교수는 “신경전달물질은 보상을 받는 것과 받지 못하는 것, 처벌을 받는 것과 받지 못하는 것 등 네 가지 상황을 전달해야 하는데, 흥미롭게도 뇌 속에는 도파민과 비슷한 역할을 하는 신경전달물질이 세 가지 더 있다”며 “세로토닌, 노르에피네프린, 아세틸콜린 등 세 종류의 물질이 나머지 세 가지 상황을 담당할 가능성이 있다”고 말했다.

또 그는 “이들 물질의 역할을 정확히 구분해 낸다면 고통이나 공포 등을 완화하는 데 활용할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

이재웅 동아사이언스 기자 ilju2@donga.com