스트레스·과도한 자극에 염증 발생뇌 안에 작은 불 계속 타고 있는 셈폭식·과음 줄이고 ‘수면 질’ 높여야 추석 연휴에 푹 자고 휴식을 취했는데도 극심한 피로감이나 무기력함을 호소하는 사람들이 많다. 이는 육체 피로가 아니라 우리 몸의 컨트롤타워인 ‘뇌 피로’ 때문일 가능성이 높다. 28일 의학계에 따르면 이런 현상은 뇌세포의 기능 부전과 밀접한 관련이 있다. 뇌 피로는 스트레스나 과도한 자극으로 인해 뇌가 본래의 기능을 수행하기 어려운 상태다. 핵심 원인은 ‘뇌 염증’이다. 다치거나 감기에 걸리면 몸에 염증이 생기듯, 뇌도 과도한 부담을 받으면 미세한 염증 상태가 만성화된다. 모우나이 히로무 일본 오차노미즈 여자대학 교수는 “뇌 피로의 대부분은 만성적인 뇌 염증으로 인해 뇌 상태가 생물학적으로 변하고 기능 부전을 일으키기 때문”이라고 설명한다. 몸은 누워 쉬고 있어도 뇌 안에서 작은 불이 계속 타오르는 셈이다. 이 상태가 지속되면 집중력 저하, 기억력 감퇴, 업무 능률 저하, 사물을 부정적으로 바라보는 인지 편향이 나타난다. 연휴에 쉬었는데 왜 뇌는 회복되지 못할까. 열쇠는 뇌세포의 절반을 차지하는 ‘글리아 세포(Glial cell)’, 그중에서도 별 모양의 ‘아스트로사이트(Astrocyte)’에 있다. 뇌 안 ‘뉴런’은 스스로 영양(포도당)을 섭취하거나 노폐물을 치우지 못하는 신경 세포다. 이 뉴런을 묵묵히 지원하는 조력자가 아스트로사이트이다. 혈관에서 영양을 흡수해 뉴런에 전달하고 뉴런이 활동하며 배출한 노폐물을 회수해 뇌 환경을 쾌적하고 깨끗하게 유지한다. 그러나 스트레스가 극심하거나 수면의 질이 낮고, 체내에 만성 염증이 있으면 아스트로사이트에 과부하가 걸린다. 마치 주방에 화재가 난 것처럼 뉴런을 돌볼 겨를이 없어지면서 뇌 안에 노폐물이 정체된다. 모우나이 교수는 “잠을 자도 피로가 풀리지 않을 때는 원래 수면 중에 뇌에서 씻겨 나가야 할 노폐물이 정체되어 있을 가능성이 있다”고 지적한다. 뇌 피로를 가중시키는 또 다른 주범은 ‘신체의 만성 염증’과 ‘자아 소모’다. 연휴 동안 폭식 및 과음을 하거나, 평소 치주염·내장 지방 등을 앓고 있다면 체내에서 증가한 염증 물질이 혈액을 타고 뇌로 전해져 뇌 염증을 악화시킨다. 또 스마트폰을 수시로 확인하고 사람들과 어울리며 에너지를 끊임없이 소모하는 상태도 뇌 에너지를 고갈시킨다. 뇌는 체중의 약 2%에 불과하지만 기초대사량의 약 20%를 소비한다. 뇌는 멍하게 있을 때도 에너지를 쓰고 있다. 따라서 피로가 누적되면 결론을 서두르기 위해 편향된 사고에 쉽게 빠진다. “내가 왜 이렇게 무기력할까” 자책하는 것도 바로 이 때문이다. 연휴가 끝났음에도 피로가 가시지 않는다면, 뇌의 아스트로사이트가 회복할 수 있는 환경을 만들어 줘야 한다. 첫 번째가 수면의 질이다. 수면 중에 스마트폰을 멀리하고 깊은 잠을 자야 뇌의 노폐물이 청소된다. 폭식과 과음을 피하고, 항염증 식단과 규칙적인 운동을 통해 내장 지방과 신체 염증을 줄여야 뇌 염증도 함께 완화된다. 또한 뇌가 쉴 틈 없이 정보를 처리하는 환경에서 벗어나, ‘멍 때리기’를 의도적으로 만들어 뇌의 에너지 소모를 줄여야 한다. 윤영호 서울대병원 강남센터 원장은 “뇌 피로는 뇌가 보내는 SOS 신호”라며 “적절한 관리와 휴식을 취할 때 진정한 의미의 활력을 되찾을 수 있다”고 강조했다.

우리 뇌는 수십억 개의 신경세포(뉴런)가 만들어내는 활동으로 외부 세계를 머릿속에 그려낸다. 정교해 보이지만 이 시스템은 의외의 약점이 있다. 똑같은 그림에 여러 번 노출될 경우 같은 뉴런이 똑같이 반응하지 않는다. 어떤 때는 활발하게 반응하고 다른 때는 활성도가 떨어지게 된다. 자극은 그대로인데 반응이 달라지는 것인데 신경과학에서는 이를 ‘잡음’이라고 한다. 이런 문제를 뇌는 일종의 ‘인해전술’로 해결한다. 같은 정보를 뉴런 한 개가 아니라 수천, 수만 개에 나누어 담아두는 ‘집단 부호화’ 전략을 쓰는 것이다. 여론조사에서 한 사람에게 똑같은 질문을 던지더라도 기분에 따라 답이 달라지지만 표본 수를 늘려 평균을 내면 개인차는 상쇄돼 사라지는 것이다. 참여자가 많아질수록 오차가 줄어드는 방식이다. 그러나 이것 역시 문제가 있다. 수많은 뉴런의 신호가 한꺼번에 올라갔다 내려가는 일이 벌어진다. 여러 뉴런이 공유하는 흔들림을 ‘잡음 상관’이라고 부른다. 여론조사에 비유하면 1000명에게 물었을 때 그들 모두가 똑같은 정보에 노출돼 같은 생각을 하는 경우다. 이럴 때는 표본을 아무리 늘려도 오차가 줄지 않게 된다. 게다가 자극 자체가 흔들리는 것과 구별되지 않는 미분 상관이라는 잡음까지 생긴다. 뉴런을 늘리면 신호도 커지는 동시에 이 잡음도 똑같은 비율로 커지기 때문에 아무리 많은 세포를 동원해도 구별 능력이 나아지지 않는다. 뉴런이 계속 늘어봐야 특정 지점부터는 정보량이 더 이상 늘지 않는 한계에 부딪친다는 점이다. 그렇다면 일차시각피질 한 곳에만 수십만 개의 뉴런이 있는데 한계가 있다면 뇌는 왜 이렇게 많은 세포를 유지하는 것일까. 일본 교토대, 미국 하버드대, 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA) 공동 연구팀은 지난 30년 동안 신경과학계를 지배했던 상식을 깨고 뉴런들이 공유하는 잡음은 정보가 쌓이는 속도만 늦출 뿐 뇌가 담을 수 있는 정보량에 한계를 지우지는 않는다고 밝혔다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 9월 26일 자에 실렸다. 연구팀은 생쥐 5마리를 대상으로 눈에서 들어온 신호가 대뇌에서 가장 먼저 처리되는 일차시각피질을 연구한 내용을 재분석했다. 이 연구에는 생쥐 한 마리당 약 1만 8000~2만 1000개 뉴런의 활동이 담겨 있다. 연구팀은 전체 뉴런 중 크기가 제각각인 집단을 무작위로 수백 번 뽑아내 비교하는 부분 추출 기법을 활용했다. 이를 통해 뉴런 수가 늘어날 때 정보량은 어떻게 변하는지를 추적했다. 그 결과 집단 크기를 보정하면 뉴런이 100개든 1000개든 잡음 모양이 거의 똑같은 것으로 확인됐다. 연구팀은 뉴런 집단 잡음에서 잡음 성분들의 세기가 어떻게 분포하는지와 각 잡음 성분이 정보가 실린 방향과 얼마나 일치하는지 두 종류의 거듭제곱 법칙을 찾아냈다. 그 결과 생쥐 다섯 마리 모두에서 잡음 상관은 정보량에 상한을 씌우지 않는 것으로 나타났다. 또 정보량은 뉴런 수에 정비례해 늘지 않는다. 뉴런을 두 배로 늘려도 정보는 두 배가 안 된다. 그렇지만 증가가 멈추지도 않는다. 공유된 잡음은 정보가 늘어나는 속도를 늦출 뿐 성장 자체를 가로막지는 못한다는 것이다. 아날로그 반도체나 뉴로모픽 칩, 양자 소자처럼 잡음을 피할 수 없는 기술들의 경우 부품을 더 많이 붙이면 정확도가 계속 좋아질 것인지, 아니면 공유된 잡음 때문에 처리 정보량에 한계가 있는 것인지에 대한 질문에서도 이번 연구가 내놓은 답은 “느려지더라도 계속 좋아진다”는 방향으로 해석할 수 있다. 연구를 이끈 시마자키 히데아키 일본 교토대 교수는 “지난 30년 동안 학계에서는 뉴런들이 공유하는 요동 때문에 정보량이 결국 포화될 것이라고 예상했지만 이번 연구 결과는 그것이 필연이 아니라는 점을 보여준다”라고 설명했다.

‘잘 되면 내 탓, 못 되면 조상 탓’이라는 속담이 있다. 일이 잘 풀리면 내 실력 덕으로 생각하고 일이 잘 안 풀리면 남이나 조상 등 외부 탓으로 돌리는 태도를 꼬집는 내용으로 책임을 회피하고 합리화하려는 심리를 의미하기도 한다. 영국 옥스퍼드대 실험심리학과, 옥스퍼드대 부속 존 래드클리프 병원 공동 연구팀은 속담에서 말하는 것처럼 우리가 경험하는 결과가 우리 자신의 행동 때문인지 아니면 통제할 수 없는 외부 상황 때문인지 파악하는 데 영향을 미치는 뇌 메커니즘을 규명했다고 23일 밝혔다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴런’ 8월 21일 자에 실렸다. 연구팀은 성인 남녀 22명을 대상으로 화면에 파란색 점과 주황색 점 중 어느 것이 더 많은지 판단하고 각 선택에 대해 얼마나 확신하는지 답하도록 했다. 여기서 중요한 점은 연구팀이 세상일이 내 노력대로 되는 상황과 완전히 운에 좌우되는 상황을 인위적으로 만들어 뇌가 어떻게 반응하는지를 살피기 위해서 참가자들의 게임 채점 방식을 몰래 조작했다는 것이다. 실력이 통하는 정직한 게임인 ‘통제 가능한 상황’은 참가자들이 정답을 고르면 90%의 확률로 정답으로 제대로 채점해주고 운에 좌우되는 ‘통제 불가능한 상황’에서는 90% 이상 참가자가 정답을 맞히든 틀리든 상관없이 무작위로 정답이나 오답 판정을 내리는 것이다. 연구팀은 참가자에게 실력 게임인지 운 게임인지 미리 알려주지 않고 문제를 풀고 채점 결과를 받으면서 스스로 판단하도록 했다. 즉 “내 실력대로 점수가 나오네”라고 안심하거나 “정답으로 확신했는데 왜 틀렸다고 나오는 것이지” 하며 상황의 패턴을 스스로 눈치채고 학습하도록 했다. 그 결과, 연구팀은 결과의 원인을 파악할 때 자기 확신을 사용한다는 사실을 확인했다. 참가자들은 강한 확신을 갖고 있었음에도 예상치 못한 부정적 결과를 통보받으면 그것이 무작위로 생성됐다고 생각할 가능성이 높았다. 반면 확신이 낮았을 때는 부정적 피드백을 자기 능력 탓으로 돌릴 가능성이 큰 것으로 나타났다. 이와 동시에 이런 경험을 바탕으로 외부 상황에 대해 자기들이 어느 정도의 통제력을 갖고 있는지에 대해 예측하는 것으로 확인됐다. 연구팀은 참가자들이 게임을 하는 동안 초고해상도 기능성 자기공명영상(fMRI)과 비침습적 뇌 자극 기법으로 뇌를 관찰했다. 그 결과, 실험 참가자들이 확신을 갖고 결과를 분석할 때 배내측 전전두피질(dmPFC)과 뇌 깊은 곳의 작은 구조인 배측 솔기핵을 연결하는 회로가 활발하게 신호를 주고받는다는 점을 확인했다. 연구팀은 추가로 뇌의 dmPFC 부위가 내 탓과 환경 탓을 구별할 때 관여하는지 명확히 알아보기 위해 20명의 새로운 남녀 참가자를 대상으로 ‘비침습적 자기 뇌 자극’(TMS) 기술로 실험했다. TMS로 dmPFC 부위 활동을 일시적으로 교란시켜 내 탓과 환경 탓을 구별하지 못하도록 한 뒤 똑같은 의사결정 게임을 수행했다. 그 결과, 자기가 받는 점수가 ‘자기 수행 능력’을 반영하는 것인지 아니면 ‘무작위로 나오는 엉터리 점수’인지 파악하는 데 평소보다 훨씬 오랜 시간이 걸리는 것으로 나타났다. 연구팀은 사람들이 어떤 문제를 맞닥뜨렸을 때 자신의 결정에 확신이 있지만 예상치 못한 부정적인 결과를 얻었을 때 외부 상황 탓으로 돌릴 가능성이 더 높지만 자신의 결정에 대한 확신이 부족할 때는 자기 수행 능력을 원인으로 여길 가능성이 더 크다고 설명했다. 연구를 이끈 옌허 리우 옥스퍼드대 박사(실험 심리학)는 “결과가 우리 자신으로 인해 발생했는지, 통제할 수 없는 외부 요인에 의해 발생했는지 아는 것은 학습에서 중요한 역할을 한다”며 “원인을 잘못 판단하면 잘못된 교훈을 얻고 엉뚱한 방향으로 움직일 수 있게 된다”라고 말했다. 리우 박사는 “이번 연구 결과는 사람들의 통제력에 대한 인식이 때로 왜곡되는 이유를 이해하는 데 도움을 준다”고 덧붙였다. 매튜 러시워스 교수(실험 생물학)는 “통제감은 우리가 행동하는 방식에 지대한 영향을 미친다”며 “만약 결과가 우리 자신의 행동으로 인해 발생했다고 믿는다면 다음번에는 그 행동을 바꾸는 것이 합리적이지만 통제할 수 없는 무언가에 의해 발생했다고 믿는다면 대응 방식은 완전히 달라지기 때문”이라고 지적했다. 러시워스 교수는 “이번 연구는 우리가 그러한 구별을 할 수 있게 해주는 뇌 회로를 밝혀내기 시작했다는 데 의미가 크다”며 “우울증, 불안증, 조현병 등 정신신경질환과 관련된 임상적 개입 방법을 설계하는 데 도움을 받을 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

전 세계 어린이 절반 이상이 학대나 폭력, 그 밖의 충격적 경험으로 극심한 스트레스에 노출돼 있다. 어린 시절 이렇게 극심한 스트레스를 겪은 사람은 어른이 된 뒤 불안장애, 우울증 같은 기분장애에 더 취약한 경우가 많다. 미국 세인트루이스 워싱턴대 의대, 프린스턴대 공동 연구팀은 생애 초기 스트레스로 인한 트라우마가 어떻게 뇌 속에 흔적을 남겨 성인기까지 영향을 미치는지 메커니즘을 찾았다고 12일 밝혔다. 연구팀에 따르면 어린 시절 스트레스는 뇌세포가 DNA를 포장하는 방식을 변화시켜 뇌의 스트레스 반응 장치가 쉽게 켜지는 상태로 만들어 스트레스에 취약하게 한다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴런’ 8월 8일 자에 실렸다. 연구팀은 뇌의 복측피개영역(VTA)에 주목했다. VTA 신경세포는 도파민을 생산하고 보상 회로 작동에 관여한다. 스트레스로 이 세포들이 비정상적으로 활성화되면 뇌의 보상 처리 방식에 문제가 생겨 불안과 우울에 취약하게 된다. 연구팀은 특히 도파민 생성 신경세포 중에서도 유전자 스위치라고 할 수 있는 ‘후성유전체’에 집중했다. 이를 위해 연구팀은 어린 생쥐에게 극심한 스트레스를 준 다음 일반적 환경에서 자란 생쥐들과 비교했다. 그 결과 스트레스를 받은 생쥐의 도파민 신경세포에서 ‘SETD7’이라는 효소가 더 많이 발견됐다. 이 생쥐들은 일반 생쥐보다 세포 내에 용수철처럼 감겨 있는 DNA 가닥이 늘어나 벌어져 있는 것이 확인됐다. 또 스트레스를 받지 않은 어린 생쥐에게 SETD7이 많이 만들어지도록 유전자를 조작하면 도파민 생산 뇌세포의 DNA 가닥이 늘어나는 것이 관찰됐다. 도파민 생산 뇌세포의 DNA 구조가 늘어나 벌어진 상태로 어른이 되면 스트레스에 반응하는 유전자가 더 쉽게 켜진다. 이런 생쥐들은 성체가 됐을 때 도파민 신경세포 반응성이 높아져 스트레스를 견디는 힘이 떨어지게 된다. 반대로 스트레스를 겪은 어린 생쥐에게서 SETD7 수치를 낮추면 유전자 용수철은 닫힌 상태로 유지됐고 성장 후에도 일반 생쥐처럼 사회적이고 탐색적인 행동을 유지했고 도파민 신경세포 활동도 정상 범위에 머무는 것으로 확인됐다. 연구를 이끈 캐서린 젠슨 페냐 프린스턴대 교수는 “생애 초기 스트레스가 장기적 정신질환 취약성으로 이어지는 명확한 분자 메커니즘을 찾았다”며 “트라우마의 영향에 관한 새로운 치료법과 개입 방법을 찾는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다.

올해 여름은 온난화에 엘니뇨 현상까지 겹쳐 평년보다 덥고 극한 기상이 빈번해질 것으로 전망됩니다. 지구가 뜨거워지면 ‘더워서 생활하기 불편한 것 빼고는 크게 달라지는 것이 있을까’라는 생각을 하곤 합니다. 실제로는 우리가 알지 못하는 많은 변화를 유발합니다. 대기 중 이산화탄소 농도 상승으로 인한 해양 산성화는 다양한 바다 생물에 심각한 위협이 된다는 사실은 잘 알려져 있습니다. 캐나다 아카디아대 생물학과, 대만 중앙연구원 해양연구소 공동 연구팀은 온난화로 인해 바닷물에 녹아드는 이산화탄소 농도가 계속 높아질 경우 오징어를 비롯한 두족류의 뇌 부피가 절반으로 줄어들 수 있다고 밝혔습니다. 이는 이탈리아 피렌체에서 7~9일 열리는 ‘실험생물학 2026 컨퍼런스’에서 발표됐습니다. 두족류는 좌우 대칭형이며 몸통이 머리 위에 붙어 있고 머리 밑에 다리가 존재하는 동물로 1000~1200종에 이릅니다. 개와 비슷한 개수의 신경세포(뉴런)를 지녀 바다에서 가장 지능이 높은 동물로도 유명합니다. 연구팀은 부화 순간부터 무늬오징어를 두 집단으로 나눠 한쪽은 현재 바다와 비슷한 수준의 pH(산도) 8.20 수준의 수조에, 다른 쪽은 기후변화 예측 시나리오에 따라 2100년의 바다를 상정한 pH 7.80의 수조에 넣었습니다. 90일 후 오징어를 수조에서 꺼내 머리를 보존 처리해 확산형 자기공명영상(dMRI)으로 촬영했습니다. 연구팀은 몸통 크기에 따른 뇌 부피 변화도 살펴봤습니다. 그 결과, 이산화탄소 농도가 높은 곳에 있었던 오징어들의 뇌 부피가 감소한 것이 확인됐습니다. 감소 폭이 가장 컸던 뇌 부위는 시력과 관련 있는 곳으로 나타났습니다. 현재 바다 환경과 비슷한 수조에서 자란 오징어에 비교했을 때 시각 관련 뇌 부위가 52~62% 작았습니다. 바다의 이산화탄소 농도가 높아지면 오징어의 사냥 행동이 감소하는 이유도 시력이 나빠지기 때문이라고 연구팀은 설명했습니다. 연구를 이끈 개럿 앨런 캐나다 아카디아대 교수는 “이번 연구는 두족류를 대상으로 했지만 이산화탄소 농도 증가는 다른 동물들에게도 심각한 영향을 미칠 수 있음을 시사한다”고 밝혔습니다.

사람들은 매일 오감을 통해 수많은 정보를 경험하고 받아들이지만 어떤 정보는 오랫동안 남는 반면 어떤 것은 돌아서면 잊어버리기도 한다. 오래 남는 기억은 학습과 경험 축적의 기반이 되고 노화로 인한 치매 같은 인지 저하와도 밀접한 연관이 있다. 기초과학연구원(IBS) 기억 및 교세포 연구단, 한국뇌연구원 공동 연구팀은 기억을 오래 유지하는 핵심은 뇌 속 ‘별세포’에 있다는 사실을 확인했다. 연구팀은 별세포 내 단백질 ‘Ank2’가 장기 기억 유지에 필수적인 역할을 하며 별세포 신호만 선택적으로 조절해 기억을 더 오래 유지할 수 있다는 것을 동물실험으로 밝혀냈다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 7월 7일 자에 실렸다. 뇌과학이 발전하면서 기억 연구도 활발하지만 대부분 정보를 전달하는 신경세포(뉴런)를 중심으로 진행됐고 뇌 속 다른 세포들의 역할은 충분히 규명되지 않아 기억의 장기 유지와 관련한 메커니즘은 명확히 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 신경세포 주변 환경을 조절하고 항상성을 유지하는 별세포에 주목했다. 별세포는 뉴런 보조 세포로만 알려졌다가 최근 시냅스 기능 조절, 신경회로 유지에 적극 관여한다는 사실이 속속 밝혀지고 있다. 연구팀은 별세포에서만 Ank2를 제거한 생쥐로 기억 행동 실험을 했다. 그 결과, Ank2 제거 생쥐는 최근 기억은 정상 유지됐지만 2주 뒤 측정한 장기 기억은 눈에 띄게 감소한 것이 확인됐다. 또 Ank2가 없는 별세포는 구조가 단순해지고 기억을 저장하는 신경세포 집단인 엔그램 신경세포와의 물리적 접촉도 크게 줄어든 것으로 나타났다. 학습과 기억 형성에 핵심인 장기강화 유지 능력의 저하도 관찰됨으로써 별세포가 단순히 신경세포 보조 역할을 넘어 기억을 장기간 안정적으로 유지하는 데 직접 관여한다는 점을 파악할 수 있었다. 연구팀은 분자 단위로 기억 유지 과정을 분석했는데 Ank2가 별세포 내 칼슘 신호 전달에 중요한 역할을 하는 것을 확인했다. Ank2가 제거되면 세포 내 칼슘 신호가 약화되고 이에 따라 신경세포 간 연결을 강화하고 기억 형성을 돕는 핵심 단백질인 뇌유래신경영양인자(BDNF)에 반응성이 줄었다. 연구팀은 광유전학 기법으로 별세포 내 BDNF 관련 신호 경로를 자극하자 기억이 오래 유지되는 것을 관찰하기도 했다. 연구를 이끈 고우현 IBS 기억 및 교세포 연구단 박사는 “이번 연구 결과는 그동안 신경세포 중심으로 살펴본 기억 연구의 관점을 확장했다는 점에서 의미가 크다”며 “노화나 우울증으로 인한 인지 저하나 알츠하이머 같은 다양한 기억 관련 뇌 질환 연구와 치료의 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

뇌·컴퓨터 인터페이스 난제 해결“정년제 개선해 원로도 연구기회를” “과학자의 길은 굉장히 길고 끊임없는 도전과 시행착오가 따르기 마련입니다. 이를 극복할 방법은 동료 과학자와 멘토를 통해 과학적 문제뿐 아니라 과학자로서 삶의 문제를 같이 공유하고 논의할 수 있는 ‘연대 의식’입니다.” ‘대한민국최고과학기술인상’ 수상자로 6일 선정된 천진우(62) 연세대 언더우드 특훈교수(화학과)는 이날 서울 종로구 정부서울청사에서 밝힌 수상소감에서 이렇게 말했다. 이는 과학기술인의 명예와 자긍심을 높이려 2003년부터 수여한 국내 최고 권위의 상으로 지난해까지 총 48명이 수상했다. 천 교수는 연세대 화학과를 졸업하고 미국 일리노이대 어바나-샴페인에서 무기화학으로 박사학위를 받았다. 2002년부터 연세대 화학과 교수로 재직하며 나노화학에 생명공학을 융합했고 이를 통해 질병 진단, 세포 치료, 뇌 회로 교정 등 기존 의학 분야의 한계를 뛰어넘었다. 나노의학 분야를 개척한 천 교수는 나노-자기 유전학 기술을 개발해 자기장으로 살아있는 동물의 뉴런 활성을 무선·원격 조절이 가능하다는 것을 증명했다. 이는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 분야의 오랜 난제를 해결한 것이었다. 또 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단을 설립했고 국제 막스 플랑크 연구센터를 유치했다. 이를 통해 국제 연구 협력과 국내 연구 기반을 강화하며 우리나라를 ‘세계 나노의학 연구 허브’로 이끌고 있다는 평가를 받는다. 천 교수는 이날 기초과학 분야에 젊은 인재를 끌어들이는 방안도 제언했다. 그는 “과학을 하고 싶은 인재들에게 중요한 것은 꿈을 펼칠 안정된 환경 제공”이라며 “과학자의 정년 제도를 개선해 원로 석학들이 걱정 없이 한국 과학 발전에 이바지하는 풍토를 바꾸는 등 장기적이고 충분한 보상제도를 갖춰야 한다”고 말했다. 이어 “무엇보다 기초과학에 대한 국가의 적극적인 제도적 지원이 필요하다”고 강조했다. 천 교수는 7일 서울 강남 과총회관에서 열리는 ‘2026 세계한인과학기술인대회’에서 대통령 상장과 함께 상금 3억원을 받는다.

나이 들수록 휴대전화를 놔둔 곳이 헷갈리고 사람 이름이 얼른 생각나지 않아 당황스러울 때가 잦아진다. 많은 사람이 그저 노화의 과정이라고 생각하고 영양제나 약물에 의존하지만 현재 의학 기술로 인지 기능 저하나 치매 발병을 늦출 수 있는 기간은 길어야 수개월에 불과하다. 그런데 나이 들면 뇌가 굳어진다는 속설과 달리 ‘이것’은 뇌 노화를 최대 13년까지 늦출 수 있는 방법이 있다. 전 세계 뇌신경과학자들이 입을 모아 극찬하는 뇌의 안티에이징 비법은 외국어 학습이다. 스페인 바스크 인지·뇌·언어 연구센터, 칠레 아돌포 이바네즈대 라틴아메리칸 뇌 건강 연구소, 아르헨티나 산안드레스대 인지 신경과학 연구센터, 아일랜드 트리니티 칼리지 더블린 뇌 보건 연구소 공동 연구팀은 두 개 이상 언어를 구사하는 사람들의 뇌는 한 개 언어만 사용하는 사람보다 훨씬 젊다는 사실을 확인했다. 특히 구사하는 언어 수가 많을수록 뇌는 젊어지고 나이가 어릴 때 언어를 여러 개 배우면 뇌 노화 속도가 상당히 늦춰진다고 연구팀은 밝혔다. 이 연구 결과는 6~10일 스페인 바르셀로나에서 열리는 ‘유럽 신경과학 연합 2026 연례 컨퍼런스’(FENS)에서 발표됐다. 인간의 뇌는 수십억 개의 신경세포(뉴런)로 이뤄져 있으며 이들은 서로 소통을 한다. 그러나 나이가 들면서 뇌 연결성이 떨어지고 결국 기억력과 사고의 속도가 감퇴하게 된다. 연구팀은 스페인어, 바스크어, 프랑스어, 영어 등 최대 4개 언어를 구사하는 스페인 바스크 지역 거주자 728명을 심층 분석했다. 이들은 뇌 세포가 활성화될 때 발생하는 미세 자기장으로 뇌 활동을 측정하는 뇌자도(MEG) 기술과 인공지능으로 다양한 나이대 사람들의 뇌 활동 데이터를 분석해 ‘뇌 노화 시계’를 구축했다. 이를 통해 특정 나이대에서 정상적인 수준의 뇌 연결성이 어느 정도인지 밝혀냈다. 이어 이렇게 만든 뇌 노화 시계로 144명의 성인 남녀로 구성된 두 번째 집단의 뇌 연령을 측정하고 실제 나이와 비교했다. 연구 결과, 두 개의 언어를 구사하는 사람은 단일 언어만 구사하는 사람보다 뇌가 평균 6년 정도 더 젊은 것으로 나타났다. 세 개 언어를 구사하는 사람의 뇌는 7~8년, 네 개 언어를 구사하는 사람들의 뇌는 13년 정도 더 젊은 것으로 확인됐다. 연구팀에 따르면 더 많은 언어를 구사하는 사람은 실제 나이를 바탕으로 추정되는 것보다 더 젊어 보이는 뇌를 갖는 경향을 보인다. 언어의 숫자뿐만 아니라 언어를 더 능숙하게 구사하는 능력과 이른 시기에 언어 학습을 시작하는 것도 뇌 노화의 지연과 연관이 있는 것으로 나타났다. 즉 다중언어 구사 여부와 함께 언어 경험의 깊이와 지속 시간도 중요하다는 것이다. 연구를 이끈 루치아 아모루소 스페인 바스크 인지·뇌·언어 연구센터 박사는 “뇌 노화에는 흡연, 식단, 사회적 관계 등 다양한 요소가 관여하지만 뇌를 활성화하는 데 필요한 학습이 미치는 영향은 특히 중요하다“며 “이번 연구는 2~4개의 언어를 배우는 것이 뇌를 더 오래, 더 젊게 유지하는 데 도움을 주고 일찍 시작할수록 더 좋다는 것을 보여준다”고 밝혔다.

심상 지도 하나에 여러 개념 저장특화된 뉴런 통해 구분해서 사용단어 의미 밀접하면 가까이 자리어휘 관계 그려내서 다른 말 적용 새해가 되면 ‘영어 정복’ 같은 외국어 공부를 다짐한다. 그러나 작심삼일로 끝나기 일쑤다. 그럴 때마다 ‘외국어를 잘하는 사람은 따로 있나 봐’라면서 자기 위안을 하곤 한다. 그런데 실망할 필요는 없다. 뇌과학자들이 사람은 누구나 외국어를 잘할 수 있다는 결과를 제시했다. 미국 베일러의대 신경외과·신경과, 라이스대 전기 및 컴퓨터공학과 뇌공학연구단·생체공학과, 한국 성균관대 글로벌바이오메디컬공학과·지능형정밀헬스케어 융합전공·뇌과학이미징연구단 공동 연구팀은 두 가지 언어를 쓰는 사람의 뇌를 살펴본 결과, 두 언어를 아우르는 하나의 ‘심상 지도’ 위에 개념을 저장한다는 사실을 밝혀냈다. 뇌는 언어마다 특화된 뉴런(신경세포)을 이용해 이 지도를 읽어냄으로써 두 언어를 또렷이 구분된 상태로 유지하면서도 매끄럽게 오가게 한다는 설명이다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀’ 6월 25일 자에 실렸다. 연구팀은 영어와 스페인어를 쓰는 이중언어 사용자 4명을 대상으로 뉴런 하나하나의 움직임까지 들여다보면서 단일 뉴런 수준에서 뇌의 움직임을 분석했다. 연구 참가자 4명은 모두 4세 무렵부터 두 언어를 습득해 똑같이 능숙하고 편안하게 구사하는 사람들이었다. 이들은 약물난치성 뇌전증을 앓고 있었고, 치료를 위해 뇌 해마 부위에 전극을 이식한 상태였다. 이에 따라 해마 활동을 직접 기록할 수 있었다. 연구팀은 참가자들이 영어와 스페인어로 듣고 읽고 대화하는 동안 뇌 활동을 기록하고 해마의 뉴런이 1초에 얼마나 자주 전기신호를 내보내는지를 의미하는 ‘발화율’을 계산했다. 그 결과, 같은 뜻의 단어를 서로 다른 언어로 듣거나 말할 때 똑같이 반응한 해마 뉴런은 극소수에 불과했다. 이는 개별 뉴런 대부분이 특정 언어에 특화돼 있음을 보여주는 것이라고 연구팀은 설명했다. 대신 뇌는 언어를 담당하는 뉴런 집단으로 이뤄진 하나의 지도 위에 단어를 배치하되, 각 단어의 의미에 따라 자리를 정한다는 사실을 확인했다. 예를 들어 ‘개’나 ‘늑대’처럼 의미가 밀접한 단어들은 서로 가까이 놓였고 두 동물과 의미적으로 동떨어진 ‘포크’는 멀리 떨어진 곳에 자리 잡는다. 이런 지도 체계는 언어가 달라져도 일관되게 유지됐다. 연구팀은 두 언어가 같은 의미 지도를 얼마나 깊이 공유하는지 확인하고자 영어 의미 지도만으로 스페인어 단어가 지도상 어디에 놓일지를 예측해 봤다. 영어 지도에서 ‘개’라는 단어 주변에 어떤 개념이 이웃해 있는지 분석한 결과 스페인어 지도에서도 ‘개’의 위치를 정확하게 맞힐 수 있었다. 두 언어가 같은 지도를 쓰되 읽는 각도만 다르다는 뜻이다. 또 연구팀은 이번 발견을 100개가 넘는 언어를 이해하도록 훈련된 대형언어모델(LLM) ‘mBERT’와도 비교했다. 흥미롭게도 mBERT 역시 사람의 해마 구조처럼 여러 언어에 걸쳐 단어들 사이의 관계를 하나의 의미 지도 위에 펼쳐낸다는 점을 발견했다. 연구를 이끈 벤저민 헤이든 베일러의대 교수는 “이번 연구는 뇌가 단어들 사이의 관계를 지도로 그려내고 나면 바로 그 동일한 관계를 다른 언어에도 적용할 수 있음을 보여준다”며 “누구나 이중언어, 나아가 삼중언어 사용자가 될 잠재력을 갖고 있는 셈”이라고 설명했다.

우리 주변에는 수많은 가공식품이 존재한다. 가공식품은 저렴하고 언제든지 요리하지 않고 바로 먹을 수 있을 뿐 아니라 맛도 훨씬 좋다. 예를 들어 탄산음료는 물보다 맛있고 시원하며 빠르게 갈증을 해소하는 것처럼 느껴진다. 결국 여기에 맛을 들이면 마치 중독된 것처럼 다시 찾게 되는 경우가 드물지 않게 된다. 하지만 과학자들은 특정 가공식품에 중독된 것 같은 느낌이 단순한 느낌이 아니라 실제로 중독된 게 맞다는 점을 발견했다. 예를 들어 가공식품에 널리 첨가되는 고과당 옥수수 시럽 (HFCS) 혹은 액상 과당은 소비자들이 계속해서 찾는 달달한 맛의 주역으로 많은 연구가 이뤄졌다. 고과당 옥수수 시럽은 이름처럼 저렴한 옥수수 전분을 효소로 분해해서 과당과 포도당이 풍부한 시럽 형태로 만든 식품 첨가제다. 가장 널리 쓰이는 ‘HFCS-55’는 과당 55%라는 의미로, 나머지는 대부분 포도당이다. 따라서 과당만 들어 있는 건 아니기 때문에 국내에서 친숙한 이름인 액상 과당은 사실 잘못된 번역이라고 할 수 있다. 식품 제조사들이 고과당 옥수수 시럽을 대량으로 첨가한 것은 가격이 저렴한 탓도 있지만, 설탕보다 더 달고 맛있기 때문이다. 하지만 과학자들은 동시에 과당이 포만감을 덜 느끼게 만들어 더 많이 먹게 만든다는 점을 알아냈다. 예를 들어 과당은 포도당과 달리 인슐린 분비를 자극하지 않고 포만감을 느끼게 하는 ‘렙틴’의 분비를 유도하지 않는다. 그래서 많이 먹어도 뇌는 충분히 먹지 않았다고 생각해서 더 먹게 만든다. 또 과당은 위장에서 분비되는 식욕 촉진 호르몬인 ‘그레린’ 분비도 자극하지 않아 공복 상태가 아닌데도 공복 상태로 잘못 오인하게 만든다. 하지만 자연적으로 과당을 많이 포함한 과일은 가공식품처럼 중독적인 음식 섭취를 유발하지 않는다. 따라서 과당 하나만이 문제가 아님을 짐작할 수 있다. 미국 필라델피아의 모넬 화학감각센터(Monell Chemical Senses Center) 연구팀은 과당과 포도당의 뇌 신호 전달 체계의 차이점을 연구하면서 고과당 옥수수 시럽의 중독성 기전을 조사했다. 연구팀은 쥐를 이용한 동물 실험을 통해 식욕을 유발하는 핵심 뇌세포인 ‘AgRP 뉴런’의 활동을 관찰했다. 연구팀에 따르면 과당은 미주신경을 통해 AgRP 뉴런의 활동을 완만하게 억제하는 반면, 포도당은 이 뉴런을 직접적으로 강력하게 억제했다. 그러나 가장 놀라운 점은 고과당 옥수수 시럽을 주었을 때의 반응이었다. 가장 흔히 쓰이는 HFCS-55를 섭취했을 때, 쥐들은 과당만 단독으로 섭취했을 때보다 HFCS-55를 훨씬 더 선호했으며, HFCS-55가 AgRP 뉴런을 억제하는 효과 또한 훨씬 강력하게 나타났다. 과당은 배부름 신호를 약하게 보내서 계속 먹게 만드는데, 여기에 포도당이 섞여 있으면 뇌의 특정 경로를 자극해 “이 음식은 정말 맛있다”라는 식의 보상 신호나 음식 선호도를 유발한다. 따라서 적절하게 과당과 포도당을 섞으면 뇌의 보상 및 식욕 조절 회로를 교란해 더 많이 먹게 할 뿐만 아니라 계속 다시 찾게 만들 수 있다. 이 기전에 중독되면 목이 마르지 않거나 물을 대신 마셔도 되는데도 탄산음료를 찾게 되는 것이다. 물론 가공식품도 너무 많이 먹지 않으면 건강에 크게 해로운 음식은 아닐 수 있다. 하지만 배고프지 않은데도 먹고 목마르지 않은 상태에서도 마시는 상태까지 이르렀다면 문제가 있는 것이다. 이는 과도한 열량 섭취로 이어져 결국 비만과 각종 만성 질환의 위험도를 높일 수밖에 없다. 그런 상태에 이르기 전에 스스로 절제하고 자제하는 노력이 필요하다.

실내 온도를 조절하는 장치가 있는 건물에서 온도조절기가 고장 난 상태를 상상해 보자. 무더운 여름에는 에어컨이나 환기 장치가 제대로 작동하지 않아 바깥보다 더 찜통 같은 상태가 될 것이다. 겨울에는 냉동고와 다름 없는 실내가 될 지도 모른다. 그런데 우리 뇌 안에 있는 온도조절기가 고장 나면 어떻게 될까. 스페인 바르셀로나 폼페우 파브라대, 바르셀로나 과학기술연구원, 스위스 바젤대, 포르투갈 상팔리무드 재단, 프랑스 소르본대, 영국 런던대(UCL) 공동 연구팀은 신경 유전자의 아주 작은 조각인 마이크로엑손의 발현 변화가 각성 상태를 조절하는 일종의 뇌 속 온도조절기를 고장 내 불면증, 우울증 등을 유발할 수 있다고 22일 밝혔다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 6월 19일 자에 실렸다. 동물이 생존하기 위해서는 내·외부 자극에 적절하게 반응할 수 있어야 한다. 흔히 각성이라고 부르는 중추신경계의 활성화는 동물계 전반에 걸쳐 고도로 보존된 기능 중 하나다. 적절한 각성 조절은 졸음, 반응성 저하, 불면증, 감각 과민성 사이에서 균형을 유지하도록 해 준다. 이런 기능이 중요한 이유는 스트레스와 신경발달장애와 밀접한 관계가 있기 때문이다. 생물체는 발달 시기와 성체 단계에서 각성을 적절히 조절하기 위해 대체 스플라이싱을 통해 생성되는 매우 다양한 단백질을 필요로 한다. 이 과정은 하나 이상의 마이크로엑손 존재 유무에 따라 아미노산 서열이 유사하지만 동일하지 않은 기능적으로 구분되는 두 가지 단백질을 생성할 수 있는 메커니즘이다. 마이크로엑손은 3~27개의 뉴클레오티드로 이뤄진 매우 짧은 엑손 조각이다. 또 대체 스플라이싱은 전사된 메신저RNA(mRNA)가 여러 방식으로 절단되고 재조합돼 하나의 유전자에서 기능이 다른 여러 단백질이 만들어지는 과정을 말한다. 연구팀은 동물 실험에 많이 쓰이는 제브라피시를 이용해 몇 가지 실험을 했다. 수정 후 5~8일이 지난 유충의 운동량, 수면, 불안과 스트레스 지표인 벽 붙기를 자동 추적하고 고속 영상으로 꼬리 움직임의 종류와 운동역학까지 분석했다. 칼슘 지시자인 GCaMP6s를 모든 뉴런에 발현시킨 뒤 이광자 칼슘 이미징으로 빛·어둠·다가오는 점 자극에 대한 뇌 영역별 신경 활동을 측정했다. 이어 신경세포를 분리해 RNA 시퀀싱으로 어떤 미세엑손이 잘못 됐는지, 어떤 유전자 발현이 바뀌었는지 살폈고, cAMP 신호를 올리거나 내리는 약물을 처리해 행동·전사체가 어떻게 바뀌는지 인과관계를 확인했다. 그 결과, 신경 마이크로엑손 발현 변화는 과각성 상태를 유발해 수영 패턴이 변하고 수면 시간이 감소하는 것으로 나타났다. 행동 변화 외에도 잘못된 스플라이싱이 신경 세포 활동을 조절하는 세포 내 신호물질인 cAMP 수치를 변화시켜 세포의 흥분성을 높이거나 낮춘다는 사실을 발견했다. 화학 억제제로 cAMP를 감소시키면 돌연변이 물고기의 활동이 정상 수준으로 돌아오는 반면 약물로 합성을 유도하거나 분해를 감소시켜 정상 물고기의 cAMP 수치를 높게 유지하면 과각성 행동을 보이는 것으로 나타났다. 즉 cAMP가 각성 행동을 주도하는 핵심 요소임을 확인해 주는 것으로 cAMP가 인체의 각성 상태를 조절하는 온도조절기 역할을 한다는 의미다. 연구를 이끈 마누엘 이리미아 스페인 폼페우 파브라대 교수는 “이번 연구에서 밝혀낸 메커니즘이 인간에게도 똑같이 적용될지는 추가 연구가 필요하지만 수면 장애, 감각 과민성은 자폐스펙트럼증후군이나 조현병 같은 신경학적 장애에서 흔히 나타나며 마이크로엑손 조절에 문제가 생기면서 나타난다고 알려졌다”라고 밝혔다. 이리미아 교수는 “cAMP 매개 각성 경로가 불안증, 우울증과도 연관이 있는 것으로 알려져 있는 만큼 이번 연구로 사람의 각종 신경 장애에 대해서도 새로운 치료법을 발견할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

자취를 하거나 혼자 사는 사람들은 끼니를 간단히 때우기 위해 라면이나 빵, 밥 같은 탄수화물 중심의 식사를 하는 경우가 많다. 그렇게 며칠 동안 탄수화물만 먹으면 어느 순간 갑자기 고기 생각이 간절해질 때가 있다. 기분 탓일 수도 있겠지만 생리학적으로 인체가 단백질 부족 신호를 만들어 뇌로 보내기 때문이다. 문제는 고기를 먹으라는 신호가 어디서 만들어져 어떤 경로를 따라 뇌로 전달되는지 명확히 밝혀지지 않았다는 점이다. 이런 상황에서 한국 과학자가 중심이 된 연구팀이 신호 경로를 찾아냈다. 카이스트, 기초과학연구원(IBS), 광주과학기술원(GIST), 이화여대, 서울대, 일본 오사카 공립대(OMU) 공동 연구팀은 단백질이 부족할 때 동물이 본능적으로 단백질이 풍부한 음식을 찾는 현상의 분자-신경 회로를 밝혀냈다. 연구팀이 밝혀낸 회로는 단백질이라는 큰 범주가 아닌 단백질 기본 단위인 필수아미노산(EAA)만 골라 먹게 하는 정교한 네트워크라는 점에서 주목받고 있다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’ 5월 22일 자에 실렸다. 필수아미노산은 체내에서 합성되지 않아 반드시 음식으로 섭취해야 한다. 결핍 시 근육 감소, 면역 약화, 성장 지연 등이 나타나기 때문에 동물은 단백질을 보충하려는 행동을 보인다. 사람은 류신, 라이신, 트립토판 등 9종, 초파리 같은 동물은 10종이 여기에 해당한다. 단백질 특이 식욕은 오래전부터 관찰됐지만 부족 신호의 시작과 경로는 밝혀지지 않았다. 연구팀은 초파리의 장 앞부분 R2라는 장상피세포가 단백질 결핍 시 ‘CNMa’라는 신경펩타이드를 분비한다는 사실을 확인하고 2021년 과학 저널 ‘네이처’에 발표한 바 있다. 이번 연구는 CNMa가 결합하는 수용체 CNMaR의 기능을 추적해 장-뇌 신호 전달 회로의 전체 그림을 완성했다. 장이 뇌에 보내는 ‘단백질 부족’ 신호연구팀은 신경세포 작동 방식을 파악하기 위해 초파리로 실험했다. 특정 신경세포에서만 빛에 반응하는 단백질을 발현시켜 빛을 비추면 해당 신경세포가 켜지고 꺼질 수 있도록 초파리의 유전자를 조작했다. 그 다음 초파리에게 영양가가 있는 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산을 같이 주고 어느 쪽을 더 먹는지 확인했다. 또 초파리에서 발견한 원리를 포유류, 나아가 사람에게도 적용할 수 있는지 확인하기 위해 생쥐에게도 똑같은 방식으로 실험했다. 연구 결과, CNMa 신호가 두 개의 평행한 경로로 뇌에 전달된다는 점을 밝혀냈다. 우선 빠른 신경 경로다. 장의 CNMaR 발현 신경세포가 CNMa를 감지하면 아세틸콜린을 신경전달물질로 사용해 EB R3m 뉴런에 즉시 신호를 보낸다. 장과 뇌가 연결된 채 적출한 표본에서 장 신경세포를 인위적으로 활성화하면 뇌 R3m 뉴런이 즉각 반응하고 장-뇌 연결을 끊으면 반응이 사라지는 것을 확인했다. 또 하나는 느린 호르몬 경로로 장 상피세포가 만든 CNMa 일부는 곤충 체액인 혈림프로 분비돼 뇌까지 순환된 다음 R3m 뉴런의 수용체와 결합한다. 빠른 신경 신호로 시작된 식욕을 호르몬 신호가 장시간 유지, 증폭시키는 구조다. 여기에 더해 장 신경세포가 다시 장 상피세포에 신호를 보내 CNMa 생산을 늘리는 양성 피드백 회로까지 작동한다. 단백질이 충분히 보충될 때까지 신호가 꺼지지 않도록 설계된 셈이다. 단백질 먹을 땐 ‘단것’ 먹기 싫어진다또 연구팀은 같은 CNMa-CNMaR 결합이 뇌의 부위에 따라 정반대 효과를 낸다는 사실도 밝혀냈다. EB R3m 뉴런에서는 CNMaR이 Gs 단백질과 결합해 신경세포를 활성화함으로써 필수아미노산 섭취를 늘렸다. 반면 당의 영양가를 감지하는 DH44 뉴런에서는 같은 수용체가 Gi 단백질과 결합해 신경세포를 억제함으로써 당 섭취를 줄였다. 똑같은 메신저가 같은 우편함에 도착해도 뒤편에 어떤 신호 단백질이 연결돼 있느냐에 따라 신경세포가 커지기도 꺼지기도 하는 것이다. 이런 정교한 분자 논리구조 때문에 단백질이 부족한 상태에서는 단백질이 든 음식만 선택적으로 더 먹고 당은 덜 먹어, 한정된 위장 용량 안에서 부족한 영양소를 효율적으로 보충할 수 있게 된다. 연구팀은 이 원리가 포유류에게도 똑같이 작동한다는 점을 확인했다. 단백질이 부족한 식사를 7일 동안 공급한 생쥐에게 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산, 비필수아미노산 용액 중 어떤 것을 섭취하는지 살펴보는 실험을 했다. 그 결과 생쥐들도 영양가 있는 L형 필수아미노산 용액을 선택적으로 더 자주 핥는 것이 관찰됐다. 단백질 선택적 섭취 반응은 기존에 알려진 단백질 식욕 호르몬 ‘FGF21’과 독립적으로 작동하는 것도 확인했다. 연구팀은 FGF21 유전자를 제거한 생쥐와 간에서만 FGF21을 제거한 생쥐 모두에서 필수아미노산에 대한 선택적 식욕은 그대로 유지됐다. 비만·식이장애·노인 근감소증 치료 단서서성배 IBS 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 단장은 “이번 연구는 동물이 배고프다를 넘어 어떤 영양소가 부족한지를 구분해 감지하고 각 영양소마다 별도의 신경회로로 대응한다는 사실을 세포 단위에서 처음 입증했다는 데 의미가 있다”며 “이번에 발견한 원리는 진화적으로 곤충에서 포유류까지 보존되어 있는 것으로 확인된 만큼 사람에게도 유사한 회로가 작동할 가능성이 크다”고 말했다. 서 단장은 “이번 연구 결과를 바탕으로 단백질 섭취가 부족하기 쉬운 노년층의 근감소증, 영양 균형이 깨진 비만, 식이장애 등의 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다.

자취를 하거나 혼자 사는 사람들은 끼니를 간단히 때우기 위해 라면이나 빵, 밥 같은 탄수화물 중심의 식사를 하는 경우가 많다. 그렇게 며칠 동안 탄수화물만 먹으면 어느 순간 갑자기 고기 생각이 간절해질 때가 있다. 기분 탓일 수도 있겠지만 생리학적으로 인체가 단백질 부족 신호를 만들어 뇌로 보내기 때문이다. 문제는 고기를 먹으라는 신호가 어디서 만들어져 어떤 경로를 따라 뇌로 전달되는지 명확히 밝혀지지 않았다는 점이다. 이런 상황에서 한국 과학자가 중심이 된 연구팀이 신호 경로를 찾아냈다. 카이스트, 기초과학연구원(IBS), 광주과학기술원(GIST), 이화여대, 서울대, 일본 오사카 공립대(OMU) 공동 연구팀은 단백질이 부족할 때 동물이 본능적으로 단백질이 풍부한 음식을 찾는 현상의 분자-신경 회로를 밝혀냈다. 연구팀이 밝혀낸 회로는 단백질이라는 큰 범주가 아닌 단백질 기본 단위인 필수아미노산(EAA)만 골라 먹게 하는 정교한 네트워크라는 점에서 주목받고 있다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’ 5월 22일 자에 실렸다. 필수아미노산은 체내에서 합성되지 않아 반드시 음식으로 섭취해야 한다. 결핍 시 근육 감소, 면역 약화, 성장 지연 등이 나타나기 때문에 동물은 단백질을 보충하려는 행동을 보인다. 사람은 류신, 라이신, 트립토판 등 9종, 초파리 같은 동물은 10종이 여기에 해당한다. 단백질 특이 식욕은 오래전부터 관찰됐지만 부족 신호의 시작과 경로는 밝혀지지 않았다. 연구팀은 초파리의 장 앞부분 R2라는 장상피세포가 단백질 결핍 시 ‘CNMa’라는 신경펩타이드를 분비한다는 사실을 확인하고 2021년 과학 저널 ‘네이처’에 발표한 바 있다. 이번 연구는 CNMa가 결합하는 수용체 CNMaR의 기능을 추적해 장-뇌 신호 전달 회로의 전체 그림을 완성했다. 장이 뇌에 보내는 ‘단백질 부족’ 신호연구팀은 신경세포 작동 방식을 파악하기 위해 초파리로 실험했다. 특정 신경세포에서만 빛에 반응하는 단백질을 발현시켜 빛을 비추면 해당 신경세포가 켜지고 꺼질 수 있도록 초파리의 유전자를 조작했다. 그 다음 초파리에게 영양가가 있는 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산을 같이 주고 어느 쪽을 더 먹는지 확인했다. 또 초파리에서 발견한 원리를 포유류, 나아가 사람에게도 적용할 수 있는지 확인하기 위해 생쥐에게도 똑같은 방식으로 실험했다. 연구 결과, CNMa 신호가 두 개의 평행한 경로로 뇌에 전달된다는 점을 밝혀냈다. 우선 빠른 신경 경로다. 장의 CNMaR 발현 신경세포가 CNMa를 감지하면 아세틸콜린을 신경전달물질로 사용해 EB R3m 뉴런에 즉시 신호를 보낸다. 장과 뇌가 연결된 채 적출한 표본에서 장 신경세포를 인위적으로 활성화하면 뇌 R3m 뉴런이 즉각 반응하고 장-뇌 연결을 끊으면 반응이 사라지는 것을 확인했다. 또 하나는 느린 호르몬 경로로 장 상피세포가 만든 CNMa 일부는 곤충 체액인 혈림프로 분비돼 뇌까지 순환된 다음 R3m 뉴런의 수용체와 결합한다. 빠른 신경 신호로 시작된 식욕을 호르몬 신호가 장시간 유지, 증폭시키는 구조다. 여기에 더해 장 신경세포가 다시 장 상피세포에 신호를 보내 CNMa 생산을 늘리는 양성 피드백 회로까지 작동한다. 단백질이 충분히 보충될 때까지 신호가 꺼지지 않도록 설계된 셈이다. 단백질 먹을 땐 ‘단것’ 먹기 싫어진다또 연구팀은 같은 CNMa-CNMaR 결합이 뇌의 부위에 따라 정반대 효과를 낸다는 사실도 밝혀냈다. EB R3m 뉴런에서는 CNMaR이 Gs 단백질과 결합해 신경세포를 활성화함으로써 필수아미노산 섭취를 늘렸다. 반면 당의 영양가를 감지하는 DH44 뉴런에서는 같은 수용체가 Gi 단백질과 결합해 신경세포를 억제함으로써 당 섭취를 줄였다. 똑같은 메신저가 같은 우편함에 도착해도 뒤편에 어떤 신호 단백질이 연결돼 있느냐에 따라 신경세포가 커지기도 꺼지기도 하는 것이다. 이런 정교한 분자 논리구조 때문에 단백질이 부족한 상태에서는 단백질이 든 음식만 선택적으로 더 먹고 당은 덜 먹어, 한정된 위장 용량 안에서 부족한 영양소를 효율적으로 보충할 수 있게 된다. 연구팀은 이 원리가 포유류에게도 똑같이 작동한다는 점을 확인했다. 단백질이 부족한 식사를 7일 동안 공급한 생쥐에게 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산, 비필수아미노산 용액 중 어떤 것을 섭취하는지 살펴보는 실험을 했다. 그 결과 생쥐들도 영양가 있는 L형 필수아미노산 용액을 선택적으로 더 자주 핥는 것이 관찰됐다. 단백질 선택적 섭취 반응은 기존에 알려진 단백질 식욕 호르몬 ‘FGF21’과 독립적으로 작동하는 것도 확인했다. 연구팀은 FGF21 유전자를 제거한 생쥐와 간에서만 FGF21을 제거한 생쥐 모두에서 필수아미노산에 대한 선택적 식욕은 그대로 유지됐다. 비만·식이장애·노인 근감소증 치료 단서서성배 IBS 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 단장은 “이번 연구는 동물이 배고프다를 넘어 어떤 영양소가 부족한지를 구분해 감지하고 각 영양소마다 별도의 신경회로로 대응한다는 사실을 세포 단위에서 처음 입증했다는 데 의미가 있다”며 “이번에 발견한 원리는 진화적으로 곤충에서 포유류까지 보존되어 있는 것으로 확인된 만큼 사람에게도 유사한 회로가 작동할 가능성이 크다”고 말했다. 서 단장은 “이번 연구 결과를 바탕으로 단백질 섭취가 부족하기 쉬운 노년층의 근감소증, 영양 균형이 깨진 비만, 식이장애 등의 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다.

인간은 스스로에 호모 사피엔스라는 종명을 붙였다. 슬기로운 사람이라는 뜻인데, 크고 뛰어난 뇌에 대한 자부심이 느껴지는 단어다. 다른 모든 지구상 고등 생명체를 넘어서는 인간 특유의 정교한 인지 능력은 인간을 다른 동물과 차별화하는 결정적인 요소다. 하지만 과학자들은 이미 한 세기 전부터 단순한 뇌를 지닌 초파리나 심지어 뇌가 없는 해파리마저도 놀라운 수준의 학습과 기억 능력을 갖추고 있다는 사실에 주목해 왔다. 최근 샌프란시스코 캘리포니아 대학교(UCSF)의 월리스 마셜 교수는 뇌는 물론 신경세포도 없는 단세포 생물도 탁월한 기억력과 학습 능력이 있다는 사실을 밝혀냈다. 연구의 주인공은 ‘스텐터(Stentor)’라고 불리는 단세포 섬모충류다. 스텐터는 트럼펫 모양의 단세포 생물로 주로 민물에 서식한다. 단세포 생물치고는 꽤 거대한 크기인 2mm까지 성장할 수 있어 육안으로도 관찰할 수 있다. 그리고 놀라운 재생 능력과 복잡한 행동 양식을 보여 세포 연구의 모델로 많이 사용된 생물이기도 하다. 연구팀은 스텐터가 외부 자극에 어떻게 적응하고 기억을 저장하는지 규명하기 위해, 페트리 접시에 담긴 스텐터를 1분에 한 번씩 물리적으로 흔드는 장치를 이용해 실험을 진행했다. 반복적인 충격이 가해지자 스텐터는 점차 꼬리를 집어넣는 방어 행동을 멈추었는데, 이는 자극이 해롭지 않다고 판단하여 반응을 줄이는 ‘습관화(habituation)’라는 학습 현상이 나타났음을 의미한다. 그런데 연구팀의 발견 중 가장 놀라운 점은 학습 능력 자체가 아니라 이 학습 과정이 기존의 상식을 뒤집는 방식으로 진행된다는 점이다. 통상적으로 동물의 뇌세포가 학습할 때는 새로운 단백질을 생성하여 정보를 저장한다고 알려져 있다. 그러나 연구팀이 단백질 합성을 저해하는 약물을 투여했음에도 불구하고, 스텐터는 오히려 외부 방해 요소를 무시하는 법을 더 빠르게 학습했다. 이는 스텐터가 새로운 단백질을 만드는 대신, 이미 세포 내에 존재하는 기존 단백질을 변형시키는 메커니즘을 통해 기억을 저장한다는 사실을 시사한다. 이를 검증하기 위해 연구팀은 후속 연구를 진행했다. 연구팀은 전기 충격을 이용한 외부 자극이 가해지면 스텐터 세포 내로 칼슘 이온이 유입되며, 이는 ‘CaMKII’라는 효소를 활성화시킨다는 점을 확인했다. 활성화된 효소는 특정 단백질에 화학적 표지(인산화)를 추가하여 단백질의 성질을 변화시키는데, 이 과정이 반복됨에 따라 스텐터는 자극에 대한 반응성을 점차 줄여나갔다. 따라서 학습 내용을 저장하기 위해 새로운 단백질을 만들지 않아도 됐던 것이다. 단세포 생물이 이렇게 영리해진 이유는 생존에 유리하기 때문이다. 환경에 맞춰 에너지를 효율적으로 관리하고, 무해한 자극에는 무감각하게 대응하며 진짜 위험에만 집중하면 생존 확률을 높일 수 있다. 더욱 흥미로운 것은 이렇게 학습된 정보가 세포 분열을 통해 딸세포로 전달된다는 점이다. 생존에 유리한 경험이 유전적 수준에서 후손에게 계승되는 셈이다. 슬기로운 사람이라고 자부하는 인간도 흉내 낼 수 없는 단세포 생물만의 독특한 장점이다. 마지막으로 비록 스텐터와 인간의 구조는 판이하게 다르지만, 이번 연구는 두 존재 사이의 놀라운 분자적 유사성을 보여준다. 인간의 뉴런 역시 CaMKII를 사용하여 수용체의 민감도를 조절하는 방식을 취하고 있기 때문이다. 이는 학습이라는 고등 인지 기능이 뇌의 진화 훨씬 이전부터 존재해 온 근원적인 분자 시스템과 연관되어 있을 가능성을 시사한다. 뇌가 없는 단세포 생물조차 생존을 위해 어떻게든 학습의 방법을 찾아내는 자연의 경이로운 능력은, 복잡한 뇌를 가진 우리에게도 생명 본연의 가치와 끊임없는 탐구의 중요성을 다시금 일깨워 준다.

상상 때 뇌활동 비교 분석해 보니단순한 외부 자극 처리 활동 아닌감각 변환하는 고차원 연합 영역조현병·PTSD 환자 치료 등 기대 “지식보다 중요한 것은 상상력이다. 논리는 당신을 A에서 Z로 데려다줄 것이고, 상상력은 당신을 어디든 데려다 줄 것이다.” 20세기 최고의 과학자로 꼽히는 알베르트 아인슈타인의 말이다. 아인슈타인이 말한 것처럼 상상력은 지식의 한계를 넘어 새로운 아이디어와 혁신을 만드는 창의적 사고의 핵심이다. 상상력 덕분에 직접 경험하지 않고도 배우고, 계획하며 위험을 피할 수 있다. 그래서 뇌과학은 상상력이야말로 인간 뇌가 할 수 있는 가장 강력한 작업 능력이라고 본다. 사람들은 사과를 떠올릴 때 머릿속에서 사과 이미지를 ‘보고’, 좋아하는 노래를 생각하면 그 노래 리듬이 ‘들린다’. 이처럼 왜 상상에 심상(心象)이 동반되는가는 뇌과학의 오랜 수수께끼다. 지금까지 심상은 ‘감각 재활성화’에 의존하는 것으로 여겨졌다. 감각 재활성화 이론은 눈을 감고 귀를 막아 외부 입력이 없는 상태에서 뇌가 시각, 청각 피질 같은 감각 영역을 다시 켜는 것이 심상이라는 설명이다. 미국 노스웨스턴대 의대 연구팀은 심상은 지금까지 알려진 것처럼 단순히 순수한 감각 현상이 아니라 지각을 해석하고 조직하는 고차원 인지 기능과 밀접하게 연관돼 있다고 1일 밝혔다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴런’ 3월 31일 자에 실렸다. 연구팀은 남녀 실험 참가자 8명을 대상으로 어린이 생일 파티, 언덕 위의 성 같은 8가지 다양한 시나리오를 제시하고 상상하게 한 다음, 정밀 기능성 자기공명영상(fMRI)을 찍어 총 60시간 이상의 데이터를 확보했다. 이어 참가자의 감각 네트워크와 연합 네트워크를 매핑하고, 상상할 때 뇌 활동과 실제 지각 중 뇌 활동을 비교 분석했다. 감각 네트워크는 시각, 청각, 후각, 미각 등 외부 자극을 직접 처리하는 뇌 영역이고 연합 네트워크는 감각 입력을 의미, 맥락, 개념으로 변환하는 고차원 처리 영역이다. 분석 결과, 상상 상태에서 뇌 활동은 순수한 감각 영역이 아닌 고차원 연합 영역에서 활성화되는 것으로 확인됐다. 상상이 단순히 감각의 복사본이 아니라는 의미다. 상상은 원시 감각 입력 단계가 아닌 장면, 단어, 사건, 아이디어 등 정보를 통합 처리하는 후반 단계에서 나타난다는 것이다. 이번 연구는 감각 없이 감각적 경험을 만드는 뇌 메커니즘을 규명했다는 점에서 조현병 환자의 환각, 외상후스트레스장애(PTSD) 환자의 플래시백 현상, 사고력은 정상이지만 머릿속으로 전혀 상상할 수 없는 인지장애인 아판타시아 환자 연구와 치료에 도움을 줄 것으로 기대된다. 연구를 이끈 로드리고 브래가 노스웨스턴대 의대 교수는 “어린이 생일파티에서 날 수 있는 소리를 상상하라고 하면 사람들은 소리만 떠올리는 것이 아니라 자동으로 장면 전체를 그려낸다”고 설명했다. 브래가 교수는 “이번 연구는 외부 자극이 없거나 과거, 미래를 떠올릴 때 활성화되는 디폴트 네트워크가 상상할 때 전반적으로 활성화하는 동시에 무엇을 상상하느냐에 따라 서로 다른 대규모 뇌 네트워크가 통합 활성화된다는 사실을 확인했다”고 덧붙였다.

생쥐, 햄스터 같은 설치류는 유난히 앞니가 크고 계속 자란다. 딱딱한 표면에 이빨을 규칙적으로 갈아내지 못하면 이빨이 커져 제자리를 벗어나고 먹이 섭취에 지장을 주며, 심할 경우 사망에 이르게 할 수도 있다. 생물학자들은 설치류들의 갉아먹는 행동이 눈 깜빡임처럼 자동적 반사작용의 형태일 수 있다고 여겨왔다. 미국 미시간대 분자·세포·발달 생물학과, 치과대 생체재료학과, 생명과학 연구소, 분자·통합 생리학과, 기계공학과 공동 연구팀은 생쥐 같은 설치류가 계속 갉아먹는 이유가 단순히 이빨을 최상의 상태로 유지하기 위한 것이 아니라 쾌감을 느끼기 위해서일 수 있다고 18일 밝혔다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴런’ 3월 11일 자에 실렸다. 연구팀은 실험용 생쥐 중 일부가 다른 생쥐들과 똑같은 먹이를 먹었음에도 유독 앞니가 긴 것을 발견하고 궁금증을 품었다. 이들은 신경계의 문제 때문에 갉아먹는 행동을 하지 않게 됐을 것이라고 보고 신경계 특정 부위가 독소에 취약하게 유전적으로 변형한 생쥐로 실험했다. 이어 특정 신경세포만 정확하게 파괴되는 독소로 신경세포를 하나씩 차단하면서 그 영향을 관찰했다. 그 결과, 생쥐 치아에 있는 촉각에 민감한 신경세포(뉴런)가 두 종류의 신경 회로와 연결돼 있다는 것을 발견했다. 하나는 턱을 정렬하고 닫는 데 관여하고, 다른 하나는 도파민을 분비하는 뇌의 일부와 연결돼 있다. 도파민은 잘 알려져 있다시피 쾌감을 주는 화학물질로, 특정 행동에 즐거움을 부여하고 동기를 조절하는 역할을 한다. 연구팀에 따르면 생쥐가 뭔가 갉아먹을 때 느껴지는 감각은 이빨에서 뇌로 전달돼 뇌의 도파민 중추를 자극한다. 이 회로를 차단하면 생쥐는 갉아먹는 행동을 멈추면서 이빨이 길어지는 것이 확인됐다. 이를 통해 설치류의 갉아먹는 행동은 쾌감이라는 긍정적 보상을 만들어 반복하게 한다는 설명이다. 사람은 불안, 우울증, 자폐 스펙트럼 장애 등 도파민 회로와 연관된 신경정신질환이 있는 사람들이 일반인보다 이갈이 같은 반복적 구강 행동을 자주 보이고, 턱 장애, 치아 부정교합 등이 더 많은 것으로 알려졌다. 연구를 이끈 보 듀안 미시간대 교수는 “인간의 구강 행동이나 생쥐의 갉아먹기 행동은 치아와 뇌를 연결하는 도파민 기반 회로의 교란으로 인해 발생하는 것으로 보이는 만큼 동물의 반복적 구강 행동 동기를 파악하기 위한 추가 연구를 할 것”이라고 밝혔다.

반려견이나 반려묘와 눈이 마주쳤을 때 절로 미소가 지어지거나, 동물원에서 원숭이나 침팬지가 이를 드러내며 웃는 모습을 보고 함께 웃어 본 경험이 한 번쯤 있을 것이다. 그런데 그것이 단순히 순간적 기분 탓이 아니라는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. ●인간의 자발적 감정 모방 확인 공감은 단순히 다른 사람의 감정을 공유하는 동감과는 달리 상대의 입장에서 마음을 읽고 이해하며 동조하는 인지적, 정서적 소통 방식이다. 공감은 뇌의 여러 부위가 네트워크를 이루면서 작동하는데, 거울 뉴런이 대표적이다. 거울 세포는 사람이 직접 어떤 행동을 할 때 활성화되는 신경세포로, 다른 사람이 같은 행동을 하는 것을 보기만 해도 똑같이 활성화된다. 다른 개체의 감정적 행동을 따라 하거나 모방하는 현상은 인간과 비인간 영장류를 포함한 다양한 종에서 널리 관찰된다. 감정적 모방은 인간 공감 능력의 핵심 요소다. 선행 연구들에서 영·유아기 비인간 영장류는 혀 내밀기나 입술 핥기 같은 인간의 얼굴 동작을 자발적으로 따라 하며, 인간과 침팬지 역시 서로 행동을 의도적으로 모방한다는 사실이 확인된 바 있다. 그렇지만 인간이 동물의 감정 표현을 자발적으로 모방하는지는 명확하지 않았다. ●영장류의 표정 따라 하고 감정 파악 독일 베를린 훔볼트대, 라이프니츠대, 영국 포츠머스대, 이탈리아 피사대 공동 연구팀은 인간은 비인간 영장류가 보이는 감정 표현을 인식하고 자발적으로 모방한다는 것을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 3월 12일 자에 실렸다. 연구팀은 실험 참가자 212명에게 원숭이와 침팬지 같은 유인원이 다양한 표정을 짓는 영상을 보여줬다. 영상은 놀이를 하는 표정, 위협하는 표정, 무덤덤한 중립 표정으로 구성됐다. 연구팀은 참가자들이 영상을 시청하는 동안 웹캠으로 그들의 표정을 촬영했다. 동시에 인공지능(AI) 기술로 얼굴 근육 움직임을 추적해 참가자들의 감정 모방 정도를 측정했다. 각 영상 시청 후 실험 참가자들은 영상 속 표정의 긍정·부정 정도, 분노·혐오·공포·행복·슬픔·놀라움 등 다양한 감정의 수준을 평가하도록 했고, 비인간 영장류에 대해 느끼는 심리적 친밀감과 호감도를 평가했다. ●“다른 종의 동물로 공감 능력 확장” 연구 결과 인간은 비인간 영장류의 긍정적·부정적 표현을 인식하고 각 표정에 구체적 감정의 이름표를 붙였다. 또 실험 참가자들은 영상을 보면서 영장류의 표정들을 자발적으로 모방했다. 모방 강도는 영장류의 표정에 대한 해석 방식과 해당 영장류에 대해 느끼는 심리적 친밀감 등에 따라 달라졌다. 특히 참가자들은 긍정적 표정을 짓는 영장류에 대해 더 큰 호감과 친밀감을 나타냈으며, 친밀감이 높을수록 긍정적 표정을 더 많이 따라 하는 것으로 확인됐다. 연구를 이끈 우르줄라 헤스 훔볼트대 교수는 “이번 연구는 인간이 비인간 동물의 감정 상태를 인식하고 이에 공명할 수 있다는 것을 보여준다”면서 “이 발견은 공감과 감정 모방 능력이 인간끼리만 작동하는 것이 아니라 다른 종의 동물에게도 확장된다는 것을 실험으로 처음 보여준 것”이라고 밝혔다. 그는 “오랫동안 지속돼 온 인간 중심적 패러다임에 의문을 제기하고 인간과 동물의 관계를 새롭게 재개념화하는 데 이바지할 것”이라고 덧붙였다.

국내 연구진이 뇌의 전전두엽 내 특정 억제성 신경세포가 마약 중독 행동을 조절한다는 사실을 규명했다. 한국과학기술원(카이스트)은 9일 뇌인지과학과 백세범(왼쪽) 석좌교수와 미국 캘리포니아주립샌디에이고대학(UCSD) 임병국(오른쪽) 교수팀이 파발부민(PV) 신경세포가 뇌의 흥분 신호를 조절하는 ‘브레이크 게이트’ 임무를 수행하는 것을 처음 확인했다고 밝혔다. 마약 중독은 재발 위험이 매우 큰데, 그동안 충동을 조절하는 전전두엽 피질(PFC)의 기능 저하 때문으로 인식됐다. 연구팀이 쥐를 대상으로 코카인 투여 실험을 한 결과, PFC 내 억제성 신경세포의 60∼70%를 차지하는 PV 세포는 쥐가 코카인을 찾으려 할 때 활발하게 작동했다. 그러나 약물을 찾지 않도록 ‘소거 훈련’을 진행하자 세포 활동은 확연하게 감소했다. 이는 PV 세포 활동이 중독에 의해 고정되는 것이 아니라 소거 과정을 거쳐 조절될 수 있음을 보여준다. 이런 효과는 설탕물과 같은 일반적인 보상에는 나타나지 않았으며 마약 중독 행동에서만 특이적으로 관찰됐다.연구팀은 약물 중독을 유발하는 신경세포와 하위 신경 회로 확인으로 정밀 표적 치료가 가능할 것으로 기대했다. 연구 결과는 신경과학 분야 최고 권위 학술지인 뉴런(Neuron)에 지난달 26일 온라인 게재됐다.

경기도와 경기콘텐츠진흥원(경콘진)은 경기도 연고 e스포츠팀 ‘경기 이네이트(Gyeonggi Innate)’가 지난 23일과 24일 부산 e스포츠 경기장에서 열린 ‘꾸브라꼬배 이터널 리턴 마스터즈 시즌 9’ 파이널에서 우승을 차지했다고 밝혔다. 경기 이네이트는 2024년 문화체육관광부에서 지역 e스포츠 균형 발전과 저변 확대를 위해 시행한 e스포츠 지역 연고제에 따라 창단된 경기도 e스포츠팀으로, 대회 출전비를 도에서 지원받는다. ‘이터널 리턴 마스터즈 시즌 9’는 정규 리그와 플레이오프를 통해 선발된 상위 12개 팀이 참가한 시즌 최종 대회로, 게임 개발사 님블뉴런과 지자체·e스포츠 경기장이 함께 후원하는 공식 메이저급 행사다. 파이널의 최우수선수(MVP)는 전인국 선수가 차지했다. 선수단은 “부진한 순간도 있었지만, 변함없이 응원해 준 팬들 덕분에 우승이라는 값진 결과를 만들 수 있었다”라며 “서로를 믿고 끝까지 최선을 다한 팀원들과 함께 이룬 성과라 더욱 뜻깊다”라고 소감을 밝혔다.

학습에 관여하는 뇌의 영역서일 시작에 앞서 ‘제동 장치’ 역할회피나 거부 행동과는 달라보상과 스트레스도 구별우울증·번아웃 치료에 도움인위적 조작에는 신중해야 2026년이 시작된 지 보름이 지났다. 새해가 되면 운동, 다이어트, 외국어 공부, 금연, 금주 등 저마다 그럴듯한 계획을 세운다. 대부분 작심삼일로 끝나곤 한다. 사실 신년 계획이란 게 대부분 머릿속으로는 해야지 해야지 하면서도 이런저런 이유로 미뤄뒀던 일들이다. 이런 ‘귀차니즘’이 발동하는 이유는 일을 끝내고 싶은 마음이 부족하기 때문이 아니라 첫걸음을 내딛는 것에 대한 뇌의 저항 때문이라는 연구 결과가 나왔다. 일본 교토대 고등 인간 생물학 연구소, 인간 행동 진화 기원 연구센터, 일본 학술진흥회 공동 연구팀은 보상과 동기 부여, 학습에 관여하는 뇌 영역인 복측선조체와 이와 연결된 복측창백핵이 과제를 시작하려는 의욕을 약화하는 ‘동기 부여 브레이크’로 작동한다고 밝혔다. 연구팀에 따르면 이 회로의 활성을 억제하면 목표 지향적 행동을 할 수 있게 된다. 이 연구 결과는 생명 과학 분야 국제 학술지 ‘커런트 바이올로지’ 1월 10일 자에 실렸다. 동기 부여 브레이크는 조현병이나 주요 우울 장애 같은 특정 신경 정신 질환을 앓는 사람에게 주로 관찰되는 것으로, 불안 장애가 있는 사람들에게서 보이는 위험 회피 경향으로서 과제 거부 행동과는 다르다. 연구팀은 수컷 마카크 원숭이 2마리를 대상으로 두 가지 의사 결정 과제를 수행하는 실험을 했다. 첫 번째 실험에서는 과제를 마치면 음료를 보상으로 받았고, 다른 과제에서는 보상과 함께 얼굴에 강한 바람을 쏴 스트레스를 줬다. 연구팀은 원숭이들이 화면 중앙의 한 지점에 시선을 고정해야 과제를 시작할 수 있도록 훈련했다. 이를 통해 연구팀은 원숭이가 과제를 시작하지 못하는 빈도를 측정해 동기 부여 정도를 파악했다. 그 결과, 원숭이들은 스트레스 가능성이 클 때 과제를 시작하지 않으려는 모습을 보였다. 연구팀이 화학 유전학적 방법으로 복측선조체에서 복측창백핵으로 전달되는 신호를 억제하면 보상만 주어지는 과제에 대해서는 변화가 없었지만, 스트레스를 주는 과제도 수행하려는 의지가 눈에 띄게 높아졌다. 화학 유전학은 특정 뇌신경 세포(뉴런)에 인공 수용체를 삽입한 뒤, 해당 수용체에만 작용하는 약물을 투여해 뉴런의 활성을 조절하면서 변화를 관찰하는 방법이다. 연구팀은 동물 행동 관찰과 전기생리학적 자료를 분석한 결과, 복측선조체가 스트레스를 주는 상황을 감지하고 복측창백핵의 행동하지 말라는 신호를 보냄으로써 동물의 행동 가능성을 낮추는 것을 확인했다. 연구팀은 우울증에서 나타나는 의욕 저하나 무기력증의 핵심이 복측창백핵이라는 사실을 밝혀냈다. 추가 연구를 통해 사람에게서도 같은 결과가 확인된다면 우울증 환자의 치료에도 도움이 될 것으로 기대된다. 연구를 이끈 아에모리 켄이치 교토대 교수는 “뇌의 ‘귀차니즘 시스템’은 지나친 부지런함과 과로로 인한 번아웃을 막아주는 효과도 있는 만큼 동기 부여 억제에 관여하는 뇌 부위를 인위적으로 조절하는 데는 신중할 필요가 있다”고 설명했다.