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신종 코로나바이러스 감염증 (코로나19)에 감염되면 후각과 기억, 인지와 관련된 뇌 영역이 줄어들거나 위축된 것으로 나타났다. 코로나19에 걸린 뒤 3개월 이상 지난 이들의 뇌를 분석한 결과 코로나19가 뇌의 크기를 줄이는 것으로 분석됐다.

그웨넬 두오드 영국 옥스퍼드대 교수 연구팀은 코로나19에 걸린 환자들의 뇌 영상을 확진 전후로 비교한 결과 이 같은 결론을 얻었다고 3월 7일 국제 학술지 ‘네이처’에 발표했다.

코로나19는 모든 장기뿐 아니라 뇌에도 영향을 줄 수 있다는 사실이 속속 확인되고 있다. 머리에 안개가 낀 듯한 느낌이 들며 집중력이나 인지 저하가 일어나는 '브레인 포그'가 대표적 예다. 그러나 이들의 뇌를 관찰하는 연구는 중증 환자에게 국한돼 왔다. 코로나19가 일반적으로 뇌에 어떠한 영향을 줄 수 있는지는 명확히 확인되지 않은 상황이다. 

연구팀은 영국의 유전자 정보 수집 계획인 영국 바이오뱅크에 참여한 51세부터 81세 사이 785명의 뇌 변화를 조사했다. 이들 중 401명은 두 번의 뇌 영상 촬영 사이에 코로나19 양성 판정을 받았다. 코로나19에 감염된 후 이뤄진 뇌 영상 촬영의 경우 소요된 기간이 평균 141일로 연구팀은 이들을 통해 코로나19에 걸린 후 3개월 뒤에 뇌에 어떤 영향을 주는지를 살폈다.

분석 결과 코로나19 환자는 뇌 여러 부위에서 크기가 줄어드는 것으로 나타났다. 안와전두피질과 해마곁이랑에서 회백질 두께가 감소했다. 안와전두피질은 인간 뇌의 4분의 1 이상을 차지하는 부위로 인지 정보와 감정 정보를 통합하는 역할을 한다. 대뇌 반구 아래에 있는 긴 이랑인 해마곁이랑은 후각, 사건 기억과 관련된 영역으로 알려져 있다. 나이가 많을수록 코로나19 감염으로 뇌 부위가 줄어드는 정도가 더 큰 것으로 나타났다.

▲ Fig. 1 | The most significant longitudinal group comparison results from the hypothesis-driven approach. a–d, The top four regions consistently showing longitudinal differences across the three models comparing SARS-CoV-2 cases and controls demonstrated either a significantly greater reduction in grey matter thickness and intensity contrast, or an increase in tissue damage (largest combined |Z| across Models 1–3). All three models pointed to the involvement of the parahippocampal gyrus (a), whereas Models 1 and 2 also showed the significant involvement of the left orbitofrontal cortex (b) and of the functional connections of the primary olfactory cortex (c, d). For each region, the IDP’s spatial region of interest is shown at the top left in blue, overlaid either on the FreeSurfer average inflated cortical surface, or the T1 template (left is shown on the right). For each IDP, the longitudinal percentage changes are shown with age for the two groups (control participants in blue, participants with infection in orange), obtained by normalising ΔIDP using the values for the corresponding IDPs across the 785 participants’ scans as the baseline. These are created using a 10-year sliding window average, with s.e.m. values shown in grey. The counter-intuitive increase in thickness in the orbitofrontal cortex in older controls has been previously consistently reported in studies of ageing. The difference in cortical thickness, intensity contrast or diffusion indices between the two time points is shown for the 384 controls (blue) and 401 infected participants (orange), enabling a visual comparison between the two groups in a binary manner (therefore underestimating the effects estimated when modulating with age; see the ‘Main longitudinal model, deconfounding’ section in the Methods). The 15 hospitalised patients are indicated (red circles). ISOVF, isotropic volume fraction; OD, orientation dispersion. All y axes represent the percentage change.

▲ Fig. 2 | Vertex-wise and voxel-wise longitudinal group differences in grey matter thickness and mean diffusivity changes. Top, the main analysis (Model 1): the thresholded map (|Z| > 3) shows that the strongest, localised reductions in grey matter thickness in the 401 infected participants compared with the 384 controls are bilaterally in the parahippocampal gyrus, anterior cingulate cortex and temporal pole, as well as in the left orbitofrontal cortex, insula and supramarginal gyrus. Similarly, the strongest longitudinal differences in mean diffusivity (|Z| > 3, left is shown on the right) could be seen in the orbitofrontal cortex and anterior cingulate cortex, as well as in the left insula and amygdala (top). Bottom, secondary analysis (Model 4): the thresholded cortical thickness map (|Z| > 3) demonstrated longitudinal differences between the 15 hospitalised and 386 non-hospitalised SARS-CoV2-positive cases in the orbitofrontal frontal cortex and parahippocampal gyrus bilaterally, right anterior cingulate cortex, as well as marked widespread differences in fronto-parietal and temporal areas, especially in the left hemisphere. We show the voxel-wise or vertex-wise longitudinal effects for illustrative purposes, avoiding any thresholding based on significance (as this would be statistically circular), similar to our previous analyses.

▲ 코로나19에 감염된 환자 (주황색)는 감염 이후 해마곁이랑의 크기가 비감염인에 비해 더욱 줄어든 것으로 나타났다. 이미지 출처: NATURE

코로나19 환자는 후각 수용기에서 나오는 신호를 받아들이는 후각 피질에서도 조직이 손상된 흔적이 나타났다. 또 인지와 관련된 소뇌 영역도 코로나19 감염 전과 비교해 봤을 때 감염 이후 더욱 위축된 것으로 나타났다. 이러한 특징은 코로나19와 비슷한 증상을 보이는 폐렴과 같은 일반적 호흡기 질환에 걸린 사람들에게서는 나타나지 않는 특성이라는 것을 확인했다고 연구팀은 덧붙였다.

연구팀은 “후각 경로나 신경계 염증, 후각 상실로 감각 입력이 부족해지면서 퇴행성 질환이 나타날 수 있다”며 “코로나19에 영향을 받는 뇌 영역 중 어느 부위가 취약한지 추가 조사가 필요하다”고 말했다.

Douaud G, Lee S, Alfaro-Almagro F, Arthofer C, Wang C, McCarthy P, Lange F, Andersson JLR, Griffanti L, Duff E, Jbabdi S, Taschler B, Keating P, Winkler AM, Collins R, Matthews PM, Allen N, Miller KL, Nichols TE, Smith SM. SARS-CoV-2 is associated with changes in brain structure in UK Biobank. Nature. 2022 Mar 7. doi: 10.1038/s41586-022-04569-5. 

출처 

NATURE https://www.nature.com/articles/s41586-022-04569-5

PubMed https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35255491/

동아사이언스 https://www.dongascience.com/news.php?idx=52797