인간에서 처음으로 확인된 뇌의 노폐물 제거 림프계 시스템

 (nih.gov)
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  • NIH가 일부 지원한 연구에서 뇌종양 제거 수술을 받는 지원자 5명을 통해, 살아 있는 사람의 뇌에서도 글림프계(glymphatic system)가 작동함을 처음 확인함
  • 연구진은 뇌척수액에 가돌리늄 염료를 주입하고 MRI로 이동 경로를 추적해, 뇌척수액이 무작위 확산이 아니라 특정 통로를 따라 뇌로 들어간다는 점을 관찰함
  • MRI 영상은 뇌혈관 옆의 액체 공간인 혈관주위공간(perivascular spaces) 을 따라 뇌척수액이 흐르고, 이곳에서 뇌 기능 조직으로 염료가 이동하는 모습을 보여줌
  • 결과는 생쥐 영상 연구와 맞아떨어지며, 사후 인간 뇌 샘플에서만 단서가 있던 기능하는 글림프계를 살아 있는 사람에서 확인했다는 점이 중요함
  • 글림프계 손상은 알츠하이머병과 다른 인지장애 발달에 기여할 수 있어, 수면 질 개선처럼 이 시스템을 높이거나 복구하려는 연구의 근거가 커짐

살아 있는 사람에서 확인된 뇌척수액 흐름

  • 림프계는 혈관계보다 덜 알려져 있지만, 몸 전체의 림프관 네트워크를 통해 혈류에서 죽은 세포와 노폐물을 제거하고 감염과 싸우는 면역세포 이동을 도움
  • 과거에는 림프계가 뇌에 도달하지 않는다고 여겨졌으나, 지난 12년 동안 생쥐 뇌 조직에서 뇌척수액을 포함한 혈관 시스템이 발견됨
    • 이 혈관들은 림프계와 연결돼 있는 것으로 보이며, 뇌에서 독소를 제거하는 데 도움을 줄 수 있음
  • 이 뇌 노폐물 제거 시스템은 글림프계(glymphatic system) 로 불림
    • 나이 관련 손상이나 물리적 손상이 글림프계에 생기면 알츠하이머병과 다른 인지장애 발달에 기여할 수 있다는 연구들이 있음
  • 생쥐에서는 글림프계의 실시간 작동이 관찰됐고, 사후 인간 뇌 샘플에서도 유사한 혈관 단서가 발견됐지만, 살아 있는 사람에서 기능하는 글림프계는 이번 연구 전까지 확인되지 않았음

수술 중 염료 주입과 MRI 추적

  • Oregon Health & Science University의 Juan Piantino 박사가 이끄는 연구진은 뇌종양 제거 수술이 필요한 지원자 5명을 모집함
  • 수술 중 지원자들은 뇌척수액에 가돌리늄 염료를 주입받았고, 이후 MRI로 염료가 뇌 안으로 이동하는 경로를 추적함
    • 지원자 1명은 수술 후 12시간과 24시간에 T2/FLAIR MRI를 받음
    • 나머지 4명은 수술 후 24시간과 48시간에 T2/FLAIR 영상을 촬영함
  • 스캔 결과 뇌척수액은 뇌 안에서 혈관을 따라 이어진 액체 공간인 혈관주위공간을 통해 뚜렷한 통로로 흘러 들어감
    • 염료가 이 공간에서 뇌의 기능 조직으로 이동하는 모습도 관찰됨
    • 이 결과는 생쥐에서 이전에 관찰된 영상 결과와 일치함
  • Piantino는 뇌척수액이 물에 담근 스펀지처럼 무작위로 뇌에 들어가는 것이 아니라, 이 통로들을 통해 이동한다고 설명함
  • 연구 결과는 2024년 10월 7일 Proceedings of the National Academy of Sciences에 게재됨
  • 다른 연구들은 글림프계가 수면 중 가장 활발할 수 있다고 제안해 왔으며, 이번 결과는 알츠하이머병과 다른 치매 위험이 있는 사람에게서 수면 질 개선 같은 글림프계 기능 강화·복구 노력이 중요함을 뒷받침함

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 깨어 있는 상태에서도 특정 이미지 패턴으로 이 과정을 유도할 수 있고, MRI로 확인한 논문들이 몇 편 있음 [1]. NIH의 확인은 과학을 따라가지 못하는 편이고, 독립 연구가 꽤 앞서 있다고 봄
    작년에 이 논문을 보고 논문에서 쓴 매개변수로 아주 단순한 페이지를 구현했음 [2]
    글림프 배출이 줄거나 없는 여러 질병 모델이 있고, 이런 사람들에게는 뇌를 비우는 치료가 필요해 보이며 이런 이미지 루틴이 도움이 되는 듯함. 권장 횟수만큼 이 패턴을 보는 걸 매우 힘들어하는 사람이 많고, 뇌에 효과가 느껴지는데 설명하기 어렵고 약간 멍해지는 느낌임. 주기가 돌아가면서 이미지가 변하는 듯한 시각적 속임수 같은 감각도 있음. 처음엔 머리를 한 대 맞은 것처럼 느낄 수도 있음
    이건 내가 살펴보는 질병 연구의 한 측면이라 흥미롭고, Long Covid와 ME/CFS와도 관련 있음
    [1] https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/jou...
    [2] https://www.paulkeeble.co.uk/posts/cff/

    • Paul의 애니메이션이 내 환경에서는 어떤 이유인지 일정한 속도로 재생되지 않아서, 논문처럼 16초 켜짐/꺼짐 주기와 처음 꺼짐 구간을 넣고 254초 동안 재생되는 8Hz와 12Hz 비디오 두 개를 만들었음
      이 버전들은 깜빡임에서 식히는 용도로 추가 꺼짐 구간으로 끝남. 논문에서는 120Hz였지만 여기서는 40Hz 깜빡임을 시도하지 않으므로 24Hz 프레임률이어도 문제가 없을 것 같음. 압축 때문에 선 가장자리에 영향이 있을 수 있지만 다운로드는 가능함
      8Hz 버전 - https://vimeo.com/1023278230/8ad6db6234
      12Hz 버전 - https://vimeo.com/1023275135/378186db55
    • 정말 놀라운 작업이고, Langford Basilisk가 신경학적으로 가능하다는 내 믿음도 25%쯤 올라감
    • 시각 패턴이 뇌 활동에 영향을 준다는 건 잘 알려져 있고, 신경생리학자들이 임상에서 활용함. EEG 캡을 쓰고 체크보드 패턴을 보여준 뒤 활동이 정상인지 확인하는 식임
      이제 질문은 이런 자극과 그 결과인 뇌척수액 흐름이 실제로 유익한가임. 활동을 급격히 올려 신경 스파이크로 생긴 노폐물 축적 때문에 반동성 청소 시도가 일어나는 건지, 아니면 뇌 마사지처럼 상쾌한 뇌척수액 배출을 주는 건지 모르겠음
      건강을 개선하는 활동은 아닐 수 있다고 의심함. 전신 원심분리기에서 6G로 돌리면 뇌척수액은 더 많이 흐를 수 있겠지만, 그것도 건강에 좋지는 않을 것 같음
    • 논문에서는 이미지를 만들 때 http://psychtoolbox.org/를 썼다고 함

      Psychophysics Toolbox Version 3 (PTB-3) is a free set of Matlab and GNU Octave functions for vision and neuroscience research
      과학자들이 코드를 거의 공유하지 않으려는 게 슬픔. 왜 논문을 더 쉽게 재현 가능하게 만들고 싶어 하지 않는 걸까?

    • v0.3을 바라보면 내가 원할 때 수동으로 유발할 수 있는 것과 비슷한 효과가 남. 항상 내가 뇌에서 어떤 흐름을 유발하는 것 같다고 느꼈지만, 실제로 무슨 일이 벌어지는지 확인할 방법은 없음
      수동으로 유발할 때가 더 강하고, 척추 아래로 흘러가다가 결국 약한 신호가 사지까지 닿는 느낌임. 어쩌면 그래서 뇌척수액은 아닐 수도 있음. 이상하게도 이후에는 더 명료하게 생각할 수 있는 것 같지만, 뇌는 자기 자신을 판단하는 데 매우 서투르니 실제 효과라기보다 착각일 가능성이 더 큼. 이런 느낌을 뇌에서 수동으로 유발할 수 있는 사람 있음?

  • “이게 생쥐에 존재한다”에서 “인간에게도 실제로 존재하고 흔적기관이 아니다”까지 오는 데 12년이 걸렸다는 건 꽤 길게 느껴짐
    사람들은 조영제를 넣은 뇌 MRI를 항상 찍는데, 왜 이게 한 번도 드러나지 않았을까? 아무도 찾고 있지 않아서였나? 아니면 느린 메커니즘이라서였나?

    • “조영 뇌 MRI”를 찾아보니 가장 큰 차이는 일반 MRI에서는 조영제가 혈액으로 가지만, 여기서는 조영제가 바로 뇌척수액으로 들어간다는 점 같음. 그러려면 두개골을 열어야 해서 확실히 간단해 보이지 않음
    • 두 가지가 있음. 첫째, 혈액뇌장벽과 뇌척수액은 아주 작은 분자를 제외하면 분리되어 있어야 함. 그래서 CT 혈관조영술로 서로 구분되는 혈관을 볼 수 있음. 이런 종류의 과정에 살아 있는 상태에서 직접 접근하기가 꽤 어려움
      둘째, 신경과학 커뮤니티의 상당수는 생쥐 모델에서 나온 일부 발견이 인간에게도 작동한다고 가정해 왔음. 쉽게 증명할 수 없어서, 사람들이 고급 영상기법 같은 차선의 도구를 써서 그럴 가능성이 매우 높다는 걸 보여줬음. 추가 증거를 넘어, 이런 연구는 머리를 열지 않고 생체 내 과정을 추정하는 차선 도구들이 실제와 얼마나 가까운지 정확히 짚기 시작하게 해줌
    • 확산 패턴을 확인하려고 염료를 뇌척수액에 주입했음
      이 절차가 먼저 인간에게 안전하다는 확인이 필요했을 것 같음. 또한 이미 특정 유형의 뇌수술을 받고 있는 대상자가 필요했음
    • 보통 가돌리늄을 뇌척수액에 주입하지 않기 때문임. 그렇게 하는 것 자체가 꽤 미개척 영역이고, 이 연구자들은 이 독특한 데이터셋을 찾아 흥미로운 질문을 던질 수 있었음

  • “다른 연구들은 글림프계가 수면 중에 가장 활발할 수 있다고 제안했다.”
    그뿐 아니라 올바른 수면 자세도 여기서 관련 있음. 과학자 이름은 기억나지 않지만, 영장류와 자연스러운 수면 자세를 연구했고 바로 그 자세가 축적된 뇌 노폐물을 씻어내도록 뇌척수액 통로를 열어준다고 했음

    • 어떤 자세였는지 기억남?

  • 흥미롭네. 주파수-반응 가설은 뭘까? 림프 배액은 시스템에 문제가 있는 게 아니라면 매일 하고 싶지는 않을 것 같음

  • 과학이 얼마나 느리고, 정보 배포 메커니즘이 얼마나 파편화되어 있는지 정말 잘 보여줌

    • 또는 뇌가 매우 복잡한 기관이고, 특정하거나 일반적인 필요를 충족하는 수많은 알려진·알려지지 않은 기능으로 가득 차 있기 때문일 수도 있음. 우리가 현재의 뇌 이해에 도달하는 데 인간으로서 10만 년이 걸렸다는 점을 잊으면 안 됨. 조금 가혹하게 보는 것 같음
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