죽어가는 뇌에서 발생하는 극적인 변화 '죽음의 파동'

죽어가는 뇌에서 발생하는 극적인 변화 '죽음의 파동'

무산소 상태에 빠진 생쥐의 뇌파를 해석하는 연구에 의해 죽음으로 향하고 있는 뇌에서 일어나는 임사체험의 실태와 그에 이은 '죽음의 파동'이라고 불리는 다이내믹한 프로세스의 상세한 내용이 밝혀졌다고 발표되었습니다. 이 연구는 뇌파가 포착되지 않는 것이 뇌 기능의 돌이킬 수 없는 정지의 결정적인 신호라는 현대 의료 상식에 의문을 제기하는 것이 되고 있습니다.

 

Death is a difficult concept to define from a neurological point of view. It is not a precise moment that marks the switch from life to death, but a process that lasts several minutes and which, in some cases, can be reversible. In a previous study, researchers from the “Dynamics of Epileptic Networks and Neuronal Excitability” team at Paris Brain Institute showed that after a long period of oxygen deprivation—called anoxia—brain activity undergoes a cascade of successive changes that can now be described precisely.

의료의 발달로 삶에서 죽음으로의 전환은 어느 순간의 사건이 아니라 천천히 이행하는 연속적인 과정이며, 때로는 역전될 수도 있는 복잡한 현상이라는 것을 알게 되었습니다.

프랑스에 있는 소르본 대학교 파리뇌연구소 연구자들은 이전 연구에서 무산소 상태가 장시간 지속되면 뇌의 활동이 연쇄적인 반응인 캐스케이드(cascade) 변화를 일으킨다는 것을 보여주었습니다.

먼저 호흡이나 맥박 정지 등으로 산소가 공급되지 않게 된 뇌에서는 에너지원인 ATP가 급속히 고갈되고, 이로 인해 뉴런의 전기적 균형이 붕괴되면서 신경전달물질인 글루탐산이 대량 방출됩니다.

처음에는 신경회로가 셧다운된 것처럼 보이지만 이후 뇌 활동이 급증하고, 특히 감마파와 베타파가 증가합니다. 이러한 파장은 의식적인 경험과 관련이 있으며, 이것이 심폐정지에서 생환한 사람이 말하는 임사체험인 것으로 보인다."라고 파리 뇌 연구소의 신경학자인 세브린느 마온은 말합니다.

이 후 뉴런의 활동은 서서히 떨어지고 뇌파가 포착되지 않게 되면서(평평해지는) 완전한 전기적 침묵(electrical silence) 상태에 이르게 됩니다. 그러나 이 정적은 전문가들 사이에서 '죽음의 파동'로 알려진 큰 파장에 의해 곧 중단되고 뇌의 기능과 구조에 변화가 찾아옵니다.

논문의 최대 저자인 파리 뇌 연구소의 앙투안 칼튼, 르클레어는, 「무산소성 탈분극이라고 하는 이 중대한 사건은, 대뇌피질 전체에 뉴런의 죽음을 일으킵니다.즉, 죽음 직전에 아름다운 목소리로 운다는 백조의 노래와 같은 뇌 활동의 정지로의 이행을 보여주는 진정한 지표라고 할 수 있습니다."라고 말합니다.

죽음에 직면한 사람의 소생이나 뇌의 기능 유지에는 죽음의 파동 성질을 이해하는 것이 중요하지만, 지금까지는 '죽음의 파동'이 대뇌피질 어디에서 일어나는지와 발생한 죽음의 파동이 뇌에 어떻게 퍼져 나가는지는 알지 못했습니다.

그래서 파리 뇌 연구소 연구팀은 쥐를 이용한 연구를 수행하여 뇌의 다양한 층의 전위와 뉴런의 전기활동을 기록했습니다.

그리고 무산소성 탈분극이 일어나기 전과 일어나고 있는 중의 뇌 활동을 비교했는데, '죽음의 파동'이 대뇌 신피질의 제5층에 위치한 추체 뉴런이라는 신경세포에서 발생하고 그것이 뇌 표면이나 안쪽의 백질을 향해 퍼져나가는 것으로 나타났습니다. 이 실험은 쥐에 의한 것이지만 연구자들은 인간에서도 같은 일이 일어나고 있다고 생각합니다.

다음은 실험 중인 쥐의 생리 반응 파라미터를 모니터링한 것입니다. 산소공급 중단(Vent.off)으로 산소결핍(asphyxia)이 되면 얼마 지나지 않아 뇌활동(ECoG)이 줄어드는데, 무산소성 탈분극의 파동(WAD), 즉 '죽음의 파동'이 발생했을 때 산소공급을 재개함으로써 무산소성 탈분극 후 재분극(WpAR)이 일어나고 있습니다.

이 내용은 "죽음의 파동이 발생한 대뇌피질의 심층이 산소 결핍에 대해 가장 약하다는 것을 시사한다고 합니다. 그 이유로는 제5층 추체 뉴런의 활동에는 많은 에너지가 필요로 함을 생각할 수 있습니다. 또 연구자들이 생쥐의 뇌에 다시 산소를 공급하면 뇌세포가 ATP를 보충해 뉴런의 재분극과 시냅스 활동 회복으로 이어지는 것도 확인됐습니다.

연구팀 책임자인 스테판 샤르피에 교수는 생리학적 견지에서 죽음은 시간을 두고 진행되는 것으로 삶과 엄밀하게 분리하는 것은 불가능합니다. 또한 뇌파가 포착되지 않는다고 해서 반드시 뇌 기능의 결정적인 정지를 의미하지는 않는다는 것도 알려져 있습니다. 앞으로는 이러한 기능이 회복되기 위한 조건을 정확하게 규명하고 심부전이나 폐부전 환자의 소생을 돕는 신경보호제 개발이 필요합니다."라고 말합니다.

그리고 이번 연구에 사용된 쥐는 해부를 위해 안락사 당했지만, 논문에는 「실험은 프랑스 연구부 및 윤리위원회의 승인을 받아 유럽연합의 가이드 라인에 따라 실시했습니다. 각 실험에서 사용하는 동물의 수 및 스트레스를 최소화하기 위해 모든 예방 조치가 강구되었으며, 모든 실험절차는 동물실험에 관한 지침에 따라 수행되었습니다."라고 적고 있습니다.

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Laminar organization of neocortical activities during systemic anoxia - ScienceDirect
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969996123003613

Brain dynamics of the "wave of death" highlig | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/1010894

Brain dynamics of the "wave of death" highlighted for the first time

Laminar organization of neocortical activities during systemic anoxia