건강기능식품 기능성 평가 가이드 ‘인지능력개선/기억력개선에 도움을 줄 수 있음’ 편

뇌의 지능(intelligence)을 이용하여 문제를 인식하고 해결할 수 있는 방법 또는 과정을 생각해내는 능력을 인지능력(cognition)이라고 할 수 있으며 문제를 해결하는 방법을 생각해내기 위해서는 과거의 체험 등을 응용하게 되는데 이때 과거의 체험을 기억해낼 수 있는 기억력이 필요하게 된다. 인지(라틴어: cognoccere로 아는 것, 개념화하는 것, 또는 인식하는 것이란 정보를 가공하는 과정, 지식을 적용하는 것 및 적용사례 바꾸는 능력으로 정의될 수 있으며 사용하는 분야에 따라 인지(력)의 의미가 달라질 수 있다. 그 예로 심리학과 인지과학에서는 인지는 개인의 정보 처리 능력을 의미하며 인지력의 발달된 다른 개념으로 개인의 심리상태 집단 및 조직 간의 사회적 연결기능을 포함한다. 단기기억으로 임시 저장된 기억이 반복 또는 저장된 다른 정보와의 연합을 통해 강화되어 더 영구적인 형태로 유지되는 것이 장기기억이다. 이 저장 과정은 항상 연습과 시연(rehearsal)을 통한 노력이 요구되는 능동적인 과정을 거치기도 하고, 일부 정보는 우리의 삶을 통해서 수동적으로 저장된다. 장기기억은 세 가지 특성을 가진다. 첫째는 선택성으로, 아무 자극이나 장기기억으로 남지 않고, 자기에게 중요한 정보만을 선별하여 장기기억으로 저장하게 된다. 둘째는 영속성이다. 동물의 기억이 10분 내외인 반면, 인간이 과거에 일어난 경험들도 언제든지 기억에서 불러올 수 있는 것처럼 항상 역동적으로 변화하는 시냅스 연결망들이 수십 년간 장기기억을 유지하는 것이다. 셋째는 유전자의 발현이 조절되어 새로운 단백질이 합성되고, 시냅스에서 새로운 돌기가 형성되어 단기기억이 장기기억으로 바뀌게 된다. 뇌는 인지, 정서, 행동과 판단 등에 영향을 미치는 인간의 가장 중요한 신체부위 중의 하나이다. 뇌는 구조상 좌우의 반구와 간뇌로 이루어져 있으며, 이는 대뇌, 소뇌, 간뇌, 뇌간(중뇌, 뇌교, 연수)으로 구분된다. 대뇌(cerebrum)는 기억과 판단을 관장하는 정신활동 및 감각과 수의운동의 중추로서, 대부분의 행동을 통합하고 조절하는 기능을 한다. 대뇌 표면은 수많은 주름으로 이루어져 다양한 뇌 구성 세포들이 여러 층으로 구성되어 있고, 약 1,000억 개의 뇌세포가 있다. 해마(hippocampus)는 내측두엽 안에 위치하면서 다양한 기능별 뇌 부위와 복합한 네트워크를 구성하고 변연계와 구조적으로 밀접한 관계가 있으며, 학습과 기억 형성에 중추역할을 한다. 기억 형성에 문제가 있는 노인의 경우, 일반적으로 해마가 위축되어 있으며, 신경세포의 손상 정도가 높은 것으로 알려져 있다. 뇌는 뉴런(neuron)과 신경교세포(glial cell)라는 지지세포(supporting cell)로 이루어져 있다. 뉴런은 신경계를 구성하는 기본단위로 받은 자극을 다른 세포로 전달하는 기능을 감당한다. 신경교세포는 지지작용, 탐식작용 및 영양공급 작용을 통해 뉴런을 보호하고 뉴런의 기능을 보조하는 역할을 한다. 신경계를 구성하고 신경활동을 담당하는 기본 단위인 뉴런은 자극을 받으면 이를 전기 신호화하고, 뉴런의 말단에서 신경전달물질(neurotransmitter)을 분비함으로써 다른 세포들에게 자극 정보를 한쪽의 일정한 방향으로 전달한다. 따라서 이러한 특징이 신경세포의 신호 전달의 방향성과 신경물질에 따른 신호의 강도를 결정하게 된다. 뉴런의 구조는, 핵을 포함한 세포체(nerve cell body), 수상돌기(dendrite), 축삭돌기(axon), 신경종말(axon terminals)로 이루어져 있다. 신경종말의 작은 주머니 안에는 신경전달물질이 저장되어 있으며, 자극에 따라 이를 시냅스로 분비하여 다음 뉴런으로 정보를 전달한다. 신경 세포가 손상되면 정상적인 뇌기능을 할 수 없게 되며, 일단 손상되면 다시 재생되지 않기 때문에 신경세포를 건강하게 유지하는 것이 중요하다. 신경전달물질(neurotransmitter)은 하나의 신경에서 또 다른 신경 세포로 시냅스(synapse)를 통해 신호를 전달하는 내인성 화학물질(endogenous chemicals)이다. 신경전달물질의 전달 과정은 다음과 같다. 신경전달물질은 시냅스전 뉴런(presynaptic neuron)의 축색말단부(axon terminal)에서 시냅스 소포로 포장된다. 신경전달물질은 시냅스 간극(synaptic cleft)으로 방출되고 확산되어 시냅스후 뉴런(postsynaptic neuron)의 막에 있는 특정 수용체에 결합하여 고유한 작용을 나타낸다. 그리고 시냅스 간극에 있는 신경전달물질들은 신경전달물질 운반단백질(neurotransmitter transporter)에 의해 시냅스 전 뉴런으로 되돌아가 재합성되기도 하고, 시냅스 간극에 있는 분해효소들에 의해 분해되기도 한다. 장기강화(long-term potentiation, LTP)는 두 신경세포의 신호전달이 지속적으로 향상되는 현상을 말한다. 신경세포는 시냅스 결합을 통하여 신호전달을 하며, 기억은 이 시냅스에 단백질의 형태로 축적되어 있다고 여겨진다. 장기강화는 학습과 기억의 형성 및 강화의 주요 세포학적 메커니즘의 하나로 여겨지고 있다. 장기강화는 시냅스 후 NMDA 및 AMPA 수용체 수의 증가로 시냅스 전 뉴런과 시냅스 후 뉴런이 시냅스를 통해 신호를 전달하는 능력을 증가시킨다. 현재 장기강화의 기초생물학적 이해 및 장기강화와 행동학적 학습의 인과관계 관하여 활발한 연구가 진행되고 있으며, 장기강화를 유도할 수 있는 약리학적 방법 등의 개발도 진행되고 있다. 아래의 그림 4는 장기강화의 단계를 도식화한 것으로, 장기강화는 시냅스에 지속적으로 자극이 전달되어 시냅스 후 수용체 수가 증가하고, 그와 관련된 신경전달 물질의 분비가 증가하여 시냅스 간 연결이 강화되는 과정을 거친다. NMDA 수용체는 해마의 CA1 영역의 장기 증강(long-term potentiation, LTP)이나 장기 억제(long-term depression, LTD)의 유도에 글루타민산 수용체의 하나인 NMDA가 중요한 역할을 한다. 뇌조직에서 단백질을 추출하여 단백질 및 mRNA 발현을 측정할 수 있다. 니코틴성 아세틸콜린 수용체의 활성은 효소처리로 분리된 단일 골반 신경절 세포에서 dialyzed 혹은 gramicidin-perforated patch clamp 방법으로 이온전류 및 막전압을 측정하거나, 형광측정장치를 이용하여 세포 내 칼슘이온농도를 측정함으로써 확인할 수 있다. 또한, 역전사 연쇄중합반응(RT-PCR)을 시행하여 수용체 서브유닛들의 발현 정도를 확인할 수 있다.