도파민과 두뇌 가소성

도파민은 두뇌에 수많은 영향을 미치는데 그중 하나는 습관 형성에 핵심적인 역할을 한다는 것이다. 도파민은 두뇌 속 변화의 기본 메커니즘, 시냅스 가소성을 조절한다. 시냅스 가소성을 이해하기 위해 뉴런이 다른 뉴런과 소통할 때 어떤 일이 벌어지는지 살펴보자.

대뇌피질의 뉴런은 선조체의 중간돌기뉴런에 투사한다고 생각해보자. 대뇌피질 뉴런이 활동 전위를 발화하면, 선조체 뉴런과 시냅스를 형성하는 축삭돌기 말단의 소포에 저장되어 있던 흥분성 신경전달물질(글루타메이트)이 분비된다. 이 분자들은 축삭돌기와 선조체의 타깃 뉴런 사이의 틈새로 분비된다. 이 틈새를 시냅스라고 한다. 분비 후 신경전달물질 분자들은 시냅스를 타고 흘러가는데, 이 중 일부는 반대편 시냅스의 뉴런 표면에 있는 수용체와 결합한다. 이때 신경전달물질 분자들이 세포에 전기적 변화를 일으키고 결과적으로 뉴런의 활동 전위를 발생시키는 것으로 이어진다. 여기서 다양한 이유로 특정 뉴런 하나가 활동 전위를 일으키는 데 있어 다른 뉴런들보다 강력한 효과를 발휘한다. 이유를 몇 개만 들어보자면, 해당 뉴런이 신경전달물질을 더 많이 분비할 수도 있고, 시냅스가 더 많은 것일 수도 있고, 아니면 시냅스의 크기가 더 클 수도 있다. 그 밖에도 후속 뉴런의 표면에 수용체가 더 많은 경우도 있다. 시냅스 가소성은 경험이 시냅스의 강도를 변화시키는 과정으로, 이를 통해 어떤 뉴런은 다른 뉴런들을 흥분시키는 힘이 더욱 강해지고 또 어떤 뉴런은 그 힘이 약해진다. 이 가소성은 학습에 대단히 중요한 것으로 알려져 있다.

도파민은 시냅스 가소성을 직접적으로 유발하지 않는다. 대신 세 가지 요인 법칙을 통해 가소성을 조절하는데 중요한 역할을 한다. 가소성의 가장 일반적인 형태 중 하나는 세포 하나가 연달아 다른 세포를 발화시키고 두 세포 간 시냅스의 강도가 높아지는 것이다. 이런 유형의 가소성(신경 과학자인 도널드 헵의 이름을 따 헤비안 가소성이라고 한다)은 '함께 발화하는 세포들은 연결되어 있다'라는 말로 표현될 때가 많다. 선조체를 포함해 두뇌의 어떤 영역은 살짝 변형된 세 가지 요인 법칙을 따른다. "도파민이 있을 때 함께 발화하는 세포들은 연결되어 있다. 도파민이 없으면 함께 발화하는 세포들은 연결이 끊긴다." 여기서 세 가지 요인은 접근하는 뉴런의 발화, 타깃 뉴런의 잇따른 발화, 인접해 존재하는 도파민이다. 이렇게 도파민은 습관을 포함한 새로운 행동 발달의 문을 여는 역할을 한다.

러셀 폴드랙. (2022). 습관의 알고리즘 (신솔잎, 역). 서울: 비즈니스북스.