국내 연구진이 뇌의 도파민 특정 유전자 스위치가 켜지면 약물 중독에 쉽게 빠지게 된다는 사실을 밝혀냈다. 포스텍 생명과학부, 한국뇌연구원, 대구경북과학기술원(DGIST), 미국 마운트시나이 아이칸의대 신경과학과, 존스홉킨스대 심리·뇌과학과, 존스홉킨스대 의대 신경과학연구소 공동연구팀은 코카인 같은 약물 중독에 신경세포의 특정 도파민 수용체가 중요한 역할을 한다고 26일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 의학분야 국제학술지 ‘생물 정신의학’에 실렸다. 약물 중독은 특정 약물을 강박적으로 찾고 사용하는 행동을 보이는 정신질환으로 치료가 어렵고 오랜 시간이 지난 뒤에도 재발 가능성이 높다. 특히 마약류 같은 중독성 약물은 뇌의 보상회로 속 도파민 농도를 증가시키고 도파민 수용체를 활성화시켜 쉽게 중독을 일으키는 것으로 알려져 있다. 문제는 중독에 유독 쉽게 빠지는 사람이 있는데 이런 현상에 대한 정확한 신경생물학적 메커니즘은 아직 밝혀지지 않은 상태이다. 연구팀은 생쥐들을 이용해 코카인을 스스로 투여할 수 있는 장치에 넣은 뒤 전기생리학적, 광유전학 기법으로 실험을 실시했다. 그 결과 중독에 취약한 생쥐들은 일반 생쥐들과 2909개의 유전자가 차이를 보인다는 사실을 확인했다. 중독 취약 생쥐들은 기분과 감정을 조절하는 영역인 대뇌 보상회로 중격의지핵에 있는 콜린성 뉴런이라는 신경세포에서 ‘DRD2’라는 유전자가 과도하게 발현되는 것으로 관찰됐다. 콜린성 뉴런에서 DRD2가 쉽게 켜지고 발현량도 급증하는 생쥐는 똑같은 코카인에 노출되더라도 쉽게 중독된다는 설명이다. 구자욱 한국뇌연구원 박사는 “이번 연구는 뇌 중격의지핵 신경세포 중 1~2% 정도에 불과한 콜린성 중간뉴런의 도파민 신호전달체계가 중독 행동에 중요한 역할을 한다는 점을 밝혀냈다는데 의미가 크다”라며 “추가 연구를 통해 약물 중독 환자에 대한 새로운 치료전략을 제시할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

왕년의 액션배우 실베스터 스탤론이 주연한 영화 ‘람보’(1982)는 많은 사람들이 액션영화로 기억하고 있지만 내용은 베트남전 참전군인의 외상후장애스트레스(PTSD)를 다루고 있다. 영화는 주인공 람보가 군 전역 후 우연히 옛 전우를 찾았다가 경찰에 체포되면서 과거 포로수용소에서 받은 고통을 떠올리며 벌어지는 사건을 다루고 있다. 이처럼 PTSD에 시달리는 사람들은 비슷한 상황에 놓이면 또 다시 극심한 공포감, 분노감 등에 시달리게 된다. 국내 연구진이 이 같은 공포상황을 반복적으로 떠올리며 경험하게 되는 원인을 밝혀냈다. 한국뇌연구원 뇌발달질환 연구그룹 연구팀은 심각한 사고나 재해, 폭력 등을 경험한 사람들이 비슷한 환경에서 반복적으로 트라우마를 느끼는 것은 대뇌 후두정피질의 작용 때문이라고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘분자 뇌’(Molecular Brain) 2월호에 실렸다. 엄청난 규모의 사고나 자연재해, 전쟁, 폭력 등을 경험한 사람은 오랜 시간 반복적인 고통을 느끼는 PTSD에 시달린다. 대구 지하철 화재, 세월호 참사, 동남아시아 쓰나미 같은 재난을 겪고 살아남은 생존자들은 사건발생 장소와 비슷한 환경을 접하기만 하더라도 트라우마가 재발해 만성적인 정신적 고통을 겪는다.연구팀은 생쥐에게 특정 소리와 함께 전기충격을 가하는 청각공포기억을 심어준 뒤 새로운 환경에 같은 소리를 들려주고 반응을 살펴보는 실험을 실시했다. 일종의 파블로프의 개와 같은 조건화학습 기억실험을 한 것이다. 그 결과 공포기억이 재발하는데는 후두정피질이 관여한다는 사실을 처음 밝혀냈다. 후두정피질은 뇌 뒤쪽 정수리에 있는 두정엽의 일부로 공간적 추론, 의사결정 판단 같은 인지기능을 수행하는 핵심부위로 알려져 있다. 실제로 일반 생쥐는 새로운 장소에서도 똑같은 공포반응을 보였지만 약물이나 광유전학적 방법으로 빛을 이용해 후두정피질의 활성을 억제할 경우 새로운 환경에서 공포기억이 떠오르지 않아 트라우마에 시달리지 않는 것이 관찰됐다. 그렇지만 이번 실험에서는 원래 공포기억이 심어진 장소에 갔을 때 트라우마가 재발하는 것은 억제하지는 못했다. 연구팀 관계자는 “PTSD나 공포증 환자의 치료가 어려운 이유는 공포기억의 재발이었는데 이번 연구로 여기에 후두정피질이 관여하고 있음을 밝혀냄으로써 공포기억 재발을 막는 치료전략을 마련하는데 도움을 줄 수 있다는데 의미가 크다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

낯선 곳에서도 지도 한 장만을 들고 길을 잘 찾는 사람이 있는가 하면 몇 번이나 갔던 곳도 매번 새로운 곳을 가는 듯 낯설어 하는 사람들도 있다. 이는 공간지각력이나 공간기억력이 떨어지기 때문이다. 그런데 손전등만 있으면 이런 사람들의 공간기억력을 순식간에 높여줄 수 있는 기술이 있다면 믿을 수 있을까. 아직 동물실험 단계이지만 국내 연구진이 빛을 머리에 비추는 것만으로도 공간기억력을 향상시킬 수 있는 방법을 찾아냈다. 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단 사회성뇌과학그룹 연구팀은 외과 수술 없이 비침습적 방법으로 머리에 손전등 정도의 빛을 비추는 것만으로도 뇌신경세포 내 칼슘농도를 조절해 공간기억능력을 향상시키는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 칼슘은 세포 이동, 분열, 유전자 발현, 신경전달물질 분비, 항상성 유지 등 세포기능에 폭넓게 관여하는 주요 물질이다. 세포가 제 기능을 수행하기 위해서는 세포 내 칼슘농도가 적절하게 조절되야 하는데 만약 그 양이 부족해지면 인지장애, 심장부정맥 등 다양한 질환으로 이어지게 된다. 이번 연구에 교신저자로 참여한 허원도 IBS 초빙연구위원(카이스트 생명과학과 교수)은 이전 연구에서 세포에 빛을 비춰 세포 내 칼슘 농도를 조절할 수 있는 ‘옵토스팀원’ 기술을 개발했다. 옵토스팀원은 빛으로 세포기능을 조절하는 광유전학 기술로 쥐의 머리에 청색 빛을 비춰주면 광수용체 단백질들이 결합되면서 세포 내로 칼슘을 유입시키는 기술이다. 두개골을 여는 등의 외과수술은 아니지만 옵토스팀원 기술을 이용하기 위해서는 체내 광섬유를 삽입하는 과정을 거쳐야 한다. 이번 연구에서는 옵토스팀원에서처럼 광섬유를 심는 정도의 수술도 하지 않고 광수용체 단백질 유전자를 변형시킴으로써 빛에 대한 민감도를 55배 증가시킨 ‘몬스팀원’ 기술을 개발했다. 빛에 대해 민감하게 반응하는 유전자 덕분에 수술 없이 살아있는 쥐의 머리에 손전등 정도의 빛을 비추는 것만으로도 뇌 신경세포 내 칼슘농도 증가 시키고 공간기억력을 향상시키는데 성공했다. 특히 이번 기술은 머리뼈 근처 뇌 피질 뿐만 아니라 뇌 깊숙한 곳에 있는 해마와 시상에 있는 뇌신경세포의 칼슘농도 증가도 이끌어 낸다는 것을 확인했다. 연구팀은 생쥐들에게 공간공포실험을 실시한 결과 몬스팀원 처리를 받은 생쥐들이 그렇지 않은 생쥐들보다 공포기억력이 더 오래간다는 사실을 관찰할 수 있었다. 허원도 교수는 “이번 기술은 뇌세포 칼슘 연구와 뇌인지 과학연구 등에 다양하게 적용될 수 있을 것”이라며 “수술 없이 살아있는 동물의 뇌신경세포를 조절하는 것 뿐만 아니라 향후 세포 수준을 넘어 개체 수준까지 칼슘에 의한 신경행동학적 변화를 규명하는 연구에 활용될 것으로 본다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

세포 깨우면 회복… 근본적 치료 기대영화 ‘백투더퓨처’의 배우 마이클 J 폭스, 유명 권투선수 무하마드 알리, 교황 요한 바오로 2세 등이 앓았던 파킨슨병은 도파민 신경세포의 활동이 줄어들어 잠들면 발생한다는 사실을 국내 연구진이 처음으로 밝혀냈다. 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단 인지교세포과학그룹, 서울아산병원, 한국과학기술연구원(KIST), 충남대 의대, 한국뇌연구원, 분당서울대병원 공동연구팀은 뇌 속에 있는 별모양의 신경세포인 별세포가 도파민 신경세포를 잠들게 하면 파킨슨병이 유발된다는 사실을 밝혀내고 생물학 분야 국제학술지 ‘커런트 바이올로지’ 10일자에 발표했다. 파킨슨병은 손발이 심하게 떨리거나 운동 능력이 저하되는 퇴행성 뇌질환으로 나이가 들수록 발병 확률이 높아진다. 지금까지는 운동에 관여하는 도파민 신경세포가 죽으면서 파킨슨병이 발생한다는 것이 정설이었다. 그런데 이번에 국내 연구팀이 동물실험을 통해 별세포에서 ‘가바’라는 물질이 과다하게 분비돼 도파민 신경세포 활동을 둔화시켜 도파민 분비가 제대로 되지 않으면 파킨슨병이 생긴다는 것을 밝혀낸 것이다. 연구팀은 파킨슨병을 유발시킨 생쥐로 별세포가 가바를 분비하지 못하도록 하는 실험을 한 결과 도파민이 정상적으로 분비되면서 운동 기능 이상 같은 파킨슨병 증상이 완화되는 것을 관찰했다. 또 연구팀은 정상적인 생쥐의 머리에 광섬유를 심어 도파민 신경세포를 빛으로 제어하는 광유전학 실험도 했다. 실험 결과 도파민 신경세포를 잠들게 하면 파킨슨병에 걸린 것처럼 몸이 떨리고 걸음이 불안정해지는 것이 관찰됐고 도파민 신경세포를 깨우면 다시 정상으로 돌아온다는 사실을 재확인했다. 연구팀은 이번 결과를 활용하면 파킨슨병을 근본적으로 치료할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

연말연시를 맞아 술자리가 잦아지면서 숙취로 고생하는 직장인이 많다. ‘다시는 술 안 마시겠다’고 굳은 결심을 하지만 어느새 술잔을 기울이는 자신을 보며 자괴감을 느끼곤 한다. 그런데 과학자들이 이런 행동은 의지 부족 때문이 아니라 알코올 소비를 부추기는 뇌 속 물질 때문이라는 연구 결과를 발표했다. 미국 노스캐롤라이나대 정신과학과, 약학과, 신경과학센터, 알코올연구센터 공동연구팀은 뇌 편도체 중심핵(CeA)의 특정 신경전달물질이 알코올 과소비와 중독 증상을 촉진시킨다고 15일 밝혔다. 연구 결과는 뇌과학 분야 국제학술지 ‘신경과학 저널’ 12일자에 실렸다. 감정과 정서 관련 정보를 처리하는 뇌 편도체 중심핵이 알코올 소비와 중독 행동을 일으키는 데 중요한 역할을 한다는 사실은 알고 있었지만 정확한 작동 메커니즘은 알지 못했다. 연구팀은 광유전학이라는 기술을 이용해 생쥐 실험을 한 결과 편도체 중심핵에 있는 뉴로텐신이라는 신경전달물질이 알코올 섭취를 촉진한다는 사실을 새로 밝혀냈다. 편도체 중심핵을 자극해 뉴로텐신이 분비되면 생쥐들은 알코올을 찾게 되고 점점 더 많은 술을 마시게 된다는 것이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

연말연시가 되면서 술자리가 잦아 숙취로 고생하는 직장인들이 많다. 깨질 것 같은 두통과 메스꺼움을 일으키는 숙취 때문에 ‘다시는 술 안 마시겠다’ ‘또 마시면 성을 갈겠다’라고 굳은 결심을 하곤 하지만 어느새 술잔을 기울이고 있는 자신을 보며 자괴감이 드는 경우가 많다. 그런데 과학자들이 이런 행동은 의지부족 때문이 아니라 알콜 소비를 부추기는 뇌 속 특정 신경전달물질 때문이라는 연구결과를 발표했다. 미국 노스캐롤라이나대 정신과학과, 약학과, 신경과학센터, 알콜연구센터 공동연구팀은 뇌 편도체 중심핵(CeA)의 특정 신경전달물질이 알콜 과소비와 중독증상을 촉진시킨다고 15일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 뇌과학 분야 국제학술지 ‘신경과학 저널’ 12일자에 실렸다. 감정과 정서 관련 정보를 처리하는 뇌 편도체 중심핵이 알콜 소비와 중독 행동을 일으키는데 중요한 역할을 한다는 사실을 알고 있었지만 정확한 작동 메커니즘은 알지 못했다.연구팀은 광유전학이라는 기술을 이용해 생쥐실험을 한 결과 편도체 중심핵에 있는 뉴로텐신이라는 신경전달물질이 알콜 섭취를 촉진한다는 사실을 새로 밝혀냈다. 광유전학은 빛을 이용해 특정 세포나 조직을 활성화시키거나 자극해 반응을 살피는 생물학 연구방법이다. 연구팀은 빛을 이용해 편도체 중심핵을 자극해 뉴로텐신 분비를 촉진시키면 생쥐들은 알콜을 찾게 된다는 사실을 확인했다. 또 알콜을 접하게 되면 뉴로텐신 분비가 좀 더 쉽게 되면서 다음번에는 더 많은 알콜을 찾게 된다는 것도 확인했다. 이에 연구팀은 생쥐의 유전자를 변형시켜 뉴로텐신 분비를 억제시키거나 뉴로텐신 분비가 늘어나지 않도록 해놓으면 편도체 중심핵을 자극하더라도 알콜을 찾지 않을 뿐만 아니라 알콜을 자주 섭취하더라도 섭취량이 늘어나지 않고 중독증상도 나타나지 않는다는 것을 확인했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

연말연시가 되면서 술자리가 잦아 숙취로 고생하는 직장인들이 많다. 깨질 것 같은 두통과 메스꺼움을 일으키는 숙취 때문에 ‘다시는 술 안 마시겠다’ ‘또 마시면 성을 갈겠다’라고 굳은 결심을 하곤 하지만 어느새 술잔을 기울이고 있는 자신을 보며 자괴감이 드는 경우가 많다. 그런데 과학자들이 이런 행동은 의지부족 때문이 아니라 알콜 소비를 부추기는 뇌 속 특정 신경전달물질 때문이라는 연구결과를 발표했다. 미국 노스캐롤라이나대 정신과학과, 약학과, 신경과학센터, 알콜연구센터 공동연구팀은 뇌 편도체 중심핵(CeA)의 특정 신경전달물질이 알콜 과소비와 중독증상을 촉진시킨다고 15일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 뇌과학 분야 국제학술지 ‘신경과학 저널’ 12일자에 실렸다. 감정과 정서 관련 정보를 처리하는 뇌 편도체 중심핵이 알콜 소비와 중독 행동을 일으키는데 중요한 역할을 한다는 사실을 알고 있었지만 정확한 작동 메커니즘은 알지 못했다. 연구팀은 광유전학이라는 기술을 이용해 생쥐실험을 한 결과 편도체 중심핵에 있는 뉴로텐신이라는 신경전달물질이 알콜 섭취를 촉진한다는 사실을 새로 밝혀냈다. 광유전학은 빛을 이용해 특정 세포나 조직을 활성화시키거나 자극해 반응을 살피는 생물학 연구방법이다. 연구팀은 빛을 이용해 편도체 중심핵을 자극해 뉴로텐신 분비를 촉진시키면 생쥐들은 알콜을 찾게 된다는 사실을 확인했다. 또 알콜을 접하게 되면 뉴로텐신 분비가 좀 더 쉽게 되면서 다음번에는 더 많은 알콜을 찾게 된다는 것도 확인했다. 이에 연구팀은 생쥐의 유전자를 변형시켜 뉴로텐신 분비를 억제시키거나 뉴로텐신 분비가 늘어나지 않도록 해놓으면 편도체 중심핵을 자극하더라도 알콜을 찾지 않을 뿐만 아니라 알콜을 자주 섭취하더라도 섭취량이 늘어나지 않고 중독증상도 나타나지 않는다는 것을 확인했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

빛을 이용해 세포의 기능을 조절하는 광유전학 기술을 활용해 인체 면역력도 조절할 수 있는 방법을 국내연구진이 개발했다. 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단 소속 허원도(카이스트 생명과학과) 교수팀이 항체를 빛으로 활성화시켜 특정 단백질을 억제할 수 있도록 만들 수 있는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 과학기술 분야 신기술을 다루는 국제학술지 ‘네이처 메소드’ 15일자에 실렸다.병원균이나 바이러스로부터 우리 몸을 보호하는 방어체계인 면역의 핵심은 항체이다. 항체는 알파벳 Y자 형태의 단백질로 길이가 다른데 긴 것보다 짧은 항체조각이 세포 내에서 더 잘 녹는다. 기존에 이런 항체들의 활성을 조절할 때는 화학물질을 주로 이용했는데 정밀하게 조절이 어렵다는 문제가 있었다. 연구팀은 빛을 이용해 항체 활성화를 조절할 수 있는 ‘옵토바디’ 기술을 개발했다. 녹색형광단백질을 인지하는 가장 작은 항체조각인 ‘GFP 나노바디’를 재료로 했는데 여기에 청색 빛을 쬐어주면 항체가 활성화되고 이것들이 세포이동에 관여하는 단백질을 억제하는 것을 관찰했다. GFP 나노바디에 빛을 쬐어주면 바이러스나 병원균이 다른 세포로 이동하는 것을 막을 수 있다는 의미이다. 이와 함께 연구팀은 화학물질을 이용해 항체 활성을 조절하는 ‘케모바디’ 기술도 함께 개발했다. 세포 내 신호체계와 관련된 면역억제제로 사용되는 라파마이신으로 둘로 쪼개 있던 항체 조각을 재결합시켜 활성화시키고 활성화된 항체 조각 역시 세포이동에 관여하는 단백질을 억제한다는 것을 확인한 것이다. 이번 기술은 빛을 이용해 항체 활성을 빠른 시간 내에 시공간적으로 세밀하게 조절하는 것이 가능하다는 장점이 있다. 또 빛으로 활성화된 항체가 특정 단백질을 억제했을 때 감소되는 기능을 추적하면 해당 단백질 기능을 파악할 수 있고 활성화된 항체를 단백질의 실시간 활성과 이동을 관찰할 수 있는 바이오센서로도 이용할 수 있다는 점에서 새로운 연구방법을 개발한 의미도 크다. 허원도 카이스트 교수는 “이번 연구는 항체광유전학을 새로 개발해 항체 조각이 쪼개지면 비활성화되고 재결합하면 활성화된다는 사실을 밝혔다는데 큰 의미가 있다”며 “특히 빛으로 세포 내 단백질 기능을 제어할 수 있는 다양한 연구분야에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 신개념 항체, 차세대 면역항암제 개발에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

올해 노벨과학상 수상자 발표가 열흘 앞으로 다가오면서 어떤 사람이 수상자로 선정될지 관심이 집중되고 있다. 이런 가운데 지식정보 글로벌 기업인 클래리베이트 애널리틱스가 올해 노벨상 수상이 유력한 연구자들을 발표했다. 클래리베이트 애널리틱스는 SCI급 연구논문 데이터베이스인 ‘웹 오브 사이언스’를 기반으로 노벨상 수상이 유력한 ‘2019 피인용 우수연구자’를 26일 발표했다. 올해 우수연구자로 선정된 이들은 미국, 오스트리아, 덴마크, 독일, 이스라엘, 네덜란드, 영국 7개국 19명이다. 특히 19명 중 10명은 미국 내 대학들에서 활동하는 연구자들로 올해 노벨과학상과 경제학상도 미국 연구자들이 싹쓸이 할 수 있다는 가능성을 보여주고 있다. 우선 생리의학 부문에서는 한스 클레버스 네덜란드 위트레흐트대 분자유전학과 교수, 존 캐플러, 필리파 매렉 국립유대인연구센터 생물의학연구학과 석좌교수, 에른스트 밤베르크 독일 막스플랑크 생물물리학연구소 명예소장, 칼 다이서로스 스탠포드대 정신의학 및 행동과학부 교수, 게로 미센보크 영국 옥스포드대 생리학 석좌교수가 꼽혔다. 클레버스 교수는 윈트신호전달경로 연구를 통해 실험동물 없이 약물시험을 할 수 있는 환경을 제공했으며, 캐플러 교수와 매렉 교수는 자가면역질환 메커니즘에 대한 이해를 높이는 연구를 수행했으며 밤베르크 소장과 다이서로스, 미센보크 교수는 광유전학 기술을 만들어 신경과학 분야 발전에 기여한 공로를 인정받았다. 물리학 분야에서는 아르투르 에커트 영국 옥스포드대 양자물리학 교수, 토니 하인즈 스탠포드대 응용물리학과 교수, 존 퍼듀 미국 템플대 물리학부 석좌교수가 선정됐다. 또 화학분야에서는 롤프 위스헨 독일 뮌헨대 화학과 교수, 모르텔 멜달 덴마크 코펜하겐대 화학과 교수, 에드윈 서던 영국 옥스포드대 생화학과 교수, 마빈 카루더스 콜로라도 볼더대 석좌교수, 르로이 후드 미국 프로비던스 성요셉 병원 최고과학책임자(CSO), 마이클 헝커필러 캘리포니아 퍼시픽 바이오사이언스사 CEO가 우수 연구자로 선정됐다. 경제학 분야에서는 브라이언 아서 미국 산타페연구소 객원교수, 쇠렌 요한센, 카탈리나 유셀리우스 덴마크 코펜하겐대 경제학과 명예교수, 에이리얼 루빈스타인 미국 뉴욕대 경제학과 교수 4명이 유력 경제학상 후보로 거론됐다.클래리베이트는 2002년부터 매년 노벨상이 수여되는 생리의학, 물리학, 화학, 경제학 분야에서 가장 영향력 있는 연구자들을 선별해 발표하고 있다. 1974년 이후 SCI에 등록된 약 4700만개의 논문 중 2000회 이상 피인용이 이뤄진 논문들을 쓴 연구자들을 선정해 발표해고 있다. 지금까지 2000회 이상 피인용이 이뤄진 연구는 4900건, 전체 0.01%에 불과한 것으로 알려졌다. 클래리베이트에서 지목한 우수연구자들 중 실제 노벨상을 수상한 사람들은 50명으로 이 중 29명은 클래리베이트에서 선정한 뒤 2년 이내에 노벨상을 수상했다. 한편 클래리베이트에서 선정한 노벨상 유력연구자로 한국인은 2014년 유룡 카이스트 교수, 2017년 박남규 성균관대 교수가 선정됐고 지난해에는 울산과학기술원(UNIST)에서 연구 중인 로드니 루오프 교수가 이름을 올린 바 있다. 데이비드 펜들버리 클래리베이트 연구원은 “올해 선정된 우수연구자들은 다양한 주제에 대해 상당한 연구업적을 남기고 대중들의 과학 이해도를 높이는데 기여한 사람들”이라며 “연구성과가 동료 연구자들 이외에 과학계 전반에 광범위하게 영향을 미쳤다”라고 평가했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

간밤에 꾼 꿈이 희뿌연 안개가 낀 것처럼 가물가물한 과학적 원인이 밝혀졌다. 미국 스탠포드 국제연구소와 일본 나고야대학, 훗카이도대학의 공동 연구진이 따르면 기본적으로 수면이 뇌가 새로운 기억을 저장하는데 도움을 주긴 하나, 일부 단계에서는 뇌가 선택적으로 뉴런과 뉴런 사이의 시냅스 연결을 방해해 낮동안 있었던 일이나 간밤에 꾼 꿈 등을 기억하지 못하게 한다. ‘시냅스 재정규화’로 불리는 이 과정은 잠을 자면서 불필요한 경험을 기억에서 삭제함으로써 뇌의 과부화를 막아주는 역할을 하는데, 지금까지 전문가들은 뇌의 이러한 활동의 원인을 정확히 밝혀내지 못했었다. 공동 연구진은 실험용 생쥐 및 광유전학 기술을 통해 두뇌 외측 시상하부에서만 생성되는 ‘멜라닌 응집 호르몬’(MCH) 뉴런의 역할을 집중 분석했다. 그 결과 멜라닌 응집 호르몬의 뉴런을 억제시키자 기억력이 향상되는 반면, 멜라닌 응집 호르몬의 뉴런을 활성화시키자 기억력이 저하되는 것을 확인했다. 또 수면 중 뇌의 전기신호를 추적한 결과, 멜라닌 응집 호르몬 뉴런이 활성화되면 섬유질의 축색돌기를 통해 기억을 담당하는 해마로 억제 신호를 보내는 것을 확인했다. 즉 꿈을 꾸는 렘 수면 과정에서 멜라닌 응집 호르몬의 뉴런이 활성화되면, 깨어 있을 때 경험했던 많은 일뿐만 아니라 이것들이 나타난 꿈 마저도 선택적으로 지워질 수 있다는 것. 연구진은 “이번 연구는 렘 수면 단계의 특정 뉴런의 신호가 기억을 지우거나 강화하는데 중요한 역할을 한다는 사실을 입증했다”면서 “새롭지 않거나 중요하지 않은 정보를 적극적으로 잊어 버리는데 역할을 미친다는 사실을 알게됐다”고 설명했다. 이어 “꿈은 주로 렘 수면단계에서 멜라닌 응집 호르몬 뉴런이 활성화되는 동안 나타나며, 이 과정은 꿈의 내용이 해마에 저장되는 것을 막을 수 있다. 결과적으로 꿈이 빨리 잊혀지게 되는 것”이라고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 세계적인 과학저널인 ‘사이언스’ 20일자 최신호에 실렸다. 사진=123rf.com 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

크리스토퍼 놀런이 감독하고 리어나도 디캐프리오, 조지프 고든 레빗 등이 출연한 영화 ‘인셉션’(2010)은 꿈을 공유해 타인의 생각을 빼내거나 꿈 자체를 설계해 기억을 지우기도 하고 심을 수도 있다는 기발한 상상력을 담고 있다. 실제로 우리가 깨어 있을 때 경험한 많은 일들은 뇌에 차곡차곡 쌓여 있다가 잠이 든 뒤 버려야 할 것과 간직해야 할 것으로 구분되어지며 일부는 꿈으로 나타나기도 한다. 뇌과학이 눈부시게 발전하고 있지만 여전히 잠과 꿈, 기억의 상관관계는 명확히 밝혀지지 않고 있다. 이런 가운데 일본 나고야대 환경의학연구소, 홋카이도대 의대 신경약리학과, 의생명과학과, 도카이대 생명과학부, 미국 SRI인터내셔널 신경과학센터 공동연구팀은 잠자는 동안 뇌가 정보를 선택해 각인시키거나 지워버리는 기억 조절 신경 메커니즘을 밝혀내고 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 20일자에 발표했다. 연구팀은 잠자는 동안 눈이 빠르게 움직이며 꿈을 꾸는 렘(REM) 수면 단계에 주목했다. 렘 수면 단계에서는 몸은 잠들어 있지만 뇌는 빠르게 활동하면서 하루의 경험을 기억할 것인지 아닌지를 선별해 처리하는 것으로 알려져 있다. ‘시냅스 재정규화’라고 불리는 이 과정은 잠자는 동안만 나타나는 현상으로 불필요한 경험을 기억에서 지워버림으로써 뇌의 과부하를 막아준다. 연구팀은 광유전학 기술을 활용해 뇌의 시상하부에서만 발견되는 ‘멜라닌 응집호르몬’(MCH) 뉴런이 렘 수면 활성화와 함께 시냅스 재정규화 과정에서도 핵심적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 생쥐를 이용한 실험을 통해 MCH 뉴런을 억제시키면 기억력이 증가하는 반면 MCH 뉴런을 활성화시키면 기억력이 눈에 띄게 떨어지는 것을 확인했다. 아키히로 야마나카 나고야대 교수는 “이번 연구는 렘 수면 활성 신경통로가 기억을 지우고 강화시키는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다는 데 의미를 갖는다”며 “MCH 뉴런의 활성 정도와 경로를 변경시키면 기억을 선택적으로 조작할 수도 있을 것”이라고 말했다. edmondy@seoul.co.kr

우리나라 성인 남녀 1인당 1개씩은 갖고 있다는 스마트폰을 이용해 뇌신경회로를 조절해 치매나 파킨슨병 같은 뇌신경질환을 치료할 수 있는 방법이 개발됐다. 카이스트 전기및전자공학부와 미국 워싱턴대 마취학및약리학부 공동연구팀이 스마트폰 어플리케이션(앱)을 이용해 약물과 빛을 뇌의 특정 부위에 전달해 신경회로를 정교하게 조절할 수 있는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 의공학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링’ 6일자에 실렸다. 이번 기술은 신약개발시 장기간 동물실험이 필요할 때나 치매, 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌신경질환을 치료할 때도 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 빛을 이용해 특정 뇌신경세포를 자극하는 광유전학 기술이나 약물을 이용해 주변 신경회로에 영향을 주지 않고 뉴런이나 신경을 제어할 수 있는 신경약물학은 현재 뇌신경질환 치료나 연구에 활용되는 전기자극기술보다 효과가 뛰어나다는 장점이 있다. 문제는 사용 기기의 크기가 커 뇌 조직을 손상시키거나 정교하게 제어하기 어렵다는 단점이 있다. 또 광섬유나 약물주입관 때문에 뇌 이식한 다음에는 행동 제약이 생긴다. 이에 연구진은 플라스틱과 같은 중합체로 만들어진 미세유체관과 마이크로 LED를 결합시켜 머리카락 두께의 유연한 탐침을 만들었다. 이 장치를 소형 블루투스 기반 제어회로와 교환 가능한 약물카트리지와 결합시킨 뒤 스마트폰 앱을 이용해 무선으로 제어할 수 있는 2g 남짓한 뇌 이식장치를 만들었다. 연구팀은 이 장치를 생쥐의 뇌 보상회로에 이식하고 도파민 활성물질과 억제물질이 든 카트리지를 결합시켰다. 그 다음 스마트폰 앱을 이용해 도파민을 제어하거나 활성화시켜 쥐의 행동을 조정하는데 성공했다. 또 생쥐의 뇌에 빛에 반응하는 단백질을 주입해 빛에 반응하도록 해 쥐가 특정 장소를 좋아하고 싫어하도록 조종할 수 있음을 확인했다.정재웅 카이스트 전기및전자공학부 교수는 “이번 기술은 기존의 전기자극 방법보다 훨씬 더 정교해 부작용 없는 뇌 제어가 가능하다”라며 “추가 연구를 통해 두개골 내에 완전히 이식할 수 있고 반영구적으로 사용가능한 형태로 디자인할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

다이어트를 하겠다고 굳은 결심을 한 사람도 ‘딱 한 번만’이라고 생각하고 단짠(달고 짭짤한) 음식을 한 번 입에 대는 순간 나도 모르게 폭풍흡입하고 있는 모습에 스스로 깜짝 놀라는 경우가 있다. 많은 사람들이 달고 기름진 음식이 살을 찌우고 허리둘레를 굵게 만드는 등 외형을 바꾼다는 것은 잘 알고 있다. 그렇지만 뇌에는 어떤 영향을 미치는지 정확하게 알지 못하고 있다. 그런데 과학자들이 달고 기름지고 짭짤한 음식을 즐겨 먹게 되면 뇌의 특정 신경세포 활동을 변화시켜 과식을 막아주는 뇌 신경 ‘브레이크’를 고장낸다는 사실을 밝혀냈다. 캐나다 캘거리대 호츠키스 뇌연구소 스테파니 보그랜드 교수는 입맛을 자극하는 달고 기름진 음식이 뉴런의 활동을 변화시켜 과식을 하게 만든다는 사실을 메타분석을 통해 밝혀내고 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 28일자에 발표했다. 메타 분석은 비슷한 주제로 연구된 문헌들을 통계적으로 통합하거나 비교해 새로운 결론을 도출해 내는 연구 방법이다. 과학자들은 달고 기름진 음식을 위주로 식사를 제공받은 생쥐와 영양분이 골고루 분포된 식단을 제공받은 생쥐의 유전자 발현을 비교함으로써 음식이 뉴런을 어떻게 변화시키는지 주로 관찰했다. 과학자들은 특히 외측 시상하부(lateral hypothalamus)에 주목했다. 외측 시상하부는 식사량, 섭식 조절에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.과학자들은 뇌 신경세포의 활성화 정도를 관찰하기 위해 칼슘이미징이라는 광유전학 기술과 이광자현미경(two photon microscope)을 활용했다. 이광자 현미경은 파장이 두 배 긴 광자 2개를 이용해 빛의 산란을 줄임으로써 표적물을 보다 선명하게 볼 수 있도록 한 광학장치이다. 또 칼슘이미징은 세포 내 중요한 2차 신호전달물질인 칼슘의 농도를 이미지화시켜 세포의 활성을 확인할 수 있도록한 기술이다. 그 결과 균형잡힌 식사를 해온 생쥐들은 설탕물이나 기름진 음식을 먹게 하더라도 적당한 시기에 외측 시상하부에서 식사를 마치라는 신호가 전달됐지만 비만한 생쥐들의 경우는 외측 시상하부의 반응 속도가 느리다는 사실이 확인됐다. 또 균형 잡힌 식사를 해온 생쥐들에게도 12주 이상 달고 기름진 음식만으로 식단을 바꿔 비만을 유발시킨 경우 마찬가지로 외측 시상하부의 반응속도가 느려져 과식을 하는 것이 관찰됐다. 12주 만에 외측 시상하부 반응속도가 이전보다 80% 가량 줄어들었다고 과학자들은 밝히고 있다. 스테파니 보그랜드 박사는 “식단을 바꾸는 것은 매우 미묘한 변화라고 생각할 수 있겠지만 이것이 뇌세포의 활동과 성질을 완전히 바꿔버릴 수 있다는 것은 놀라운 일”이라고 “식사 조절과 관련된 뇌 신경세포들과 관련 수용체를 찾아낸다면 약물이나 기타 방법으로 과식이나 폭식을 제어하는 것도 가능할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

나이가 들어가면서 본인의 집주소나 전화번호까지 까먹는 건망증이 심해져 기억을 붙잡고 싶은 사람이 있는가 하면 자신도 알지 못하는 사이에 무의식에 강하게 새겨져 특정 행위를 반복하는 강박장애, 불안장애를 겪는 사람이나 물론 충격적인 경험으로 인한 외상후스트레스장애(PTSD)를 겪는 사람은 떨쳐버리고 싶은 기억 때문에 괴로워한다. 과연 기억이 뭐길래 사람들은 이렇게 힘들어 하는 것일까. 기억을 오래가게 하거나 잊고 싶은 기억을 지우는 방법은 없을까. 미국 컬럼비아대 신경생물학프로그램, 보스턴대 뇌과학과 공동연구팀은 감각정보와 기억을 관리하는 뇌 속 해마의 특정 부위를 자극하면 기억을 지우거나 강화할 수 있다는 연구결과를 생물학 분야 국제학술지 ‘커런트 바이올로지’ 24일자에 발표했다. 기억은 외부 자극을 직접 느끼는 감각정보와 외부 자극을 받았을 때 느끼는 감정정보가 조합돼 뇌 속에 새겨지는 것이다. 해마는 뇌 속에서 작은 부위를 차지하고 있지만 특정 기억을 위해 여러 가지 하위 영역으로 구성된다. 연구팀은 광유전학 기술을 이용해 생쥐에게 긍정적 경험, 부정적 경험, 일상적 경험에 대해 새로운 기억을 만들면서 해마의 어떤 부위가 자극 받는지를 관찰했다. 연구팀은 수컷 생쥐에게 암컷 생쥐를 자주 만나게 해 긍정적 기억을 심어줬으며 발에 강한 전기충격을 줘 부정적 기억을 심었다. 그 결과 해마의 위쪽과 아랫쪽 역할이 다르다는 사실을 밝혀냈다. 해마의 위쪽을 활성화시키면 기억을 강화되고 해마 아랫쪽을 활성화시키면 부정적 기억을 약화시키고 결국 제거할 수 있다는 설명이다. 스티브 라미레즈 보스턴대 박사는 “해마의 아랫 부분이 활성화되는 것을 억제한다면 PTSD와 불안장애 치료에 사용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

신경을 곤두세우게 만드는 사회생활 속의 인간관계, 며칠 전부터 이유없이 머리를 조여오는 편두통, 이른 아침부터 복잡한 버스와 지하철…. 사회가 복잡해지면서 일상에서 스트레스를 일으키는 신체 내외적 요인들은 넘쳐난다. 스트레스가 개인의 역치를 넘어갈 경우 우울증이나 불안증, 타인에 대한 공격성 등 다양한 문제를 일으킨다. 그런데 최근 스트레스에 따라 몸의 반응을 조절하는 물질을 실시간 추적할 수 있는 기술을 나와 주목받고 있다. 카이스트 생명과학과와 미국 뉴욕대 의대 공동연구팀은 스트레스에 따라 몸의 반응을 조절하는 일명 ‘스트레스 세포’(CRF세포)의 새로운 역할과 이를 실시간으로 추적할 수 있는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 뇌·신경과학 분야 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’ 4월호에 실렸다. 동물은 천적을 만나거나 위험한 상황이 되면 긴장하고 대응을 생각하느라 긴장상태에 빠지게 된다. 또 좋아하는 음식이나 상황을 맞으면 자연스럽게 다가서는 반응을 보인다. 이런 본능적 행동은 특정 자극을 부정적, 긍정적으로 판단하는 두뇌에 의해 결정된다. 이런 역할은 시상하부-뇌하수체-부신으로 이어지는 축에서 담당한다. 이 축을 조절하는 것은 부신피질 자극 호르몬 방출인자(CRF)로 스트레스 조절인자로도 불린다. 이전에는 CRF세포가 활성화되면 부정적 감정이 커진다고 알려져 있었지만 측정이 어렵고 실제로 어떻게 반응하는지가 정확히 알려져 있지 않았다. 연구팀은 시상하부 영역의 CRF세포의 활성도를 실시간으로 측정할 수 있는 파이버포토메트리라는 기술을 이용해 다양한 자극에 노출된 생쥐의 뇌를 측정했다. 그 결과 물에 빠지거나 독수리가 날아오는 시각적 자극, 천적의 냄새 등에 노출시키면 CRF가 빠르게 활성화되고 좋아하는 음식이나 암컷 쥐가 가까이오면 CRF 활성도가 낮아지는 것을 관찰할 수 있었다. 연구팀은 이번 연구가 빛을 이용해 특정 세포의 활성을 조절할 수 있는 광유전학의 하나인 칼슘이미징 기술을 활용함으로써 CRF 측정의 한계를 넘어선 것이라고 평가했다. 또 지금까지 CRF의 기능이 호르몬 방출을 통해 시상하부-뇌하수체-부신 축을 조절한다는 정도로만 알려져 있었지만 이번 연구로 다양한 감각적 자극에 대한 적절한 행동 반응을 조절하는 역할을 한다는 것을 알게 됐다. 서성배 카이스트 교수는 “우울증, 불안증, 외상후 스트레스장애(PTSD) 등 정신장애는 스트레스와 관련이 깊은 만큼 CRF 세포 활성도를 실시간 측정할 수 있게 됨에 따라 관련 질환들의 새로운 치료법도 찾아낼 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

경쾌한 소리를 내며 입안에서 부서지는 짭짤한 감자칩은 한 번 손대면 멈출 수 없게 만든다. 설탕과 함께 사람들을 매혹시키는 마성의 맛을 갖고 있는 소금은 신체기능 유지에 중요한 역할을 하지만 많이 섭취하면 심혈관질환은 물론 인지장애까지 유발시킬 수 있다. 이 때문에 싱겁게 먹으려고 하지만 쉽지 않다. 과연 우리를 짠맛에 길들이게 하는 것은 뭘까. 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 생물학·생명공학부, 터프츠대 의대 신경과학과 공동연구팀이 소금의 짭짤한 맛을 자꾸 찾도록 만드는 신경회로를 발견했다고 밝혔다. 한국인 과학자인 이상준 칼텍 연구원이 제1저자로 참여해 주도한 이번 연구는 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 28일자에 실렸다. 인체에서 나트륨이 부족해지면 뇌는 나트륨 소비 촉진 신호를 보내는데 지금까지는 소금 섭취와 관련된 신호 메커니즘이 완전히 파악되지는 못했다. 연구팀은 광유전학 기술의 하나인 ‘칼슘이미징’을 이용해 동물실험을 한 결과 생쥐의 후뇌 부위에서 나트륨 섭취를 조절하는 ‘염분섭취 뉴런’이라는 신경세포를 발견했다. 후뇌는 척수 쪽에 가까운 뇌의 뒤쪽 부분이다. 연구팀은 생쥐가 소금물을 마시면 염분섭취 뉴런의 신호가 점점 줄어들면서 소금물 마시는 것을 멈춘다는 사실을 확인했다. 그렇지만 충분히 소금물을 마신 뒤에도 염분섭취 뉴런을 인 위적으로 자극할 경우 소금물이나 소금덩어리를 계속 찾아는다는 것도 발견했다. 반면 소금물을 위에 직접 주입할 경우에는 염분섭취 뉴런 신호에 영향을 미치지 못한다는 것도 관찰됐다. 이는 소금 섭취를 조절하는데 핵심은 위가 아닌 혀의 미각세포에 있음을 보여준 것이라고 연구팀은 설명했다. 오카 유키 칼텍 교수는 “이번 연구결과는 소금의 맛만으로도 염분섭취 뉴런의 활동을 제어할 수 있음을 보여주고 있다”며 “짠맛을 느끼게 하는 미각만 자극하는 방법을 찾는다면 건강상 소금 섭취를 줄여야 하는 사람들에게도 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

미국영화연구소(AFI)가 선정한 100대 영화에 포함된 마틴 스코세이지 감독의 1976년 작품 ‘택시 드라이버’와 1978년 마이클 치미노 감독이 만든 ‘디어 헌터’의 공통점은 뭘까.우선 주인공이 로버트 드니로라는 점. 그리고 트라우마라고 부르는 ‘외상 후 스트레스 장애’(PTSD)로 인해 삶이 망가져 버린 베트남전 참전 군인들의 모습을 그렸다는 점을 꼽을 수 있다. 이처럼 차마 눈 뜨고 볼 수 없을 정도로 참혹한 전장이나 예상치 못한 지진해일(쓰나미), 지진, 화산 같은 자연재해와 대형 사건사고에 노출된 사람들은 단 한 번의 경험으로 새겨진 트라우마 때문에 남은 삶을 정상적으로 영위해 나가기 힘들어하는 경우가 많다. 광유전학이나 뇌과학이 발달하면서 삶 자체를 위협하는 고통스러운 기억만을 족집게처럼 콕 찍어 없애는 방법들이 활발히 연구되고 있다. 기초과힉연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 신희섭 단장팀은 시각자극을 통해 PTSD를 치료하는 방법의 메커니즘을 밝혀내고 공포기억과 관련한 새로운 뇌 회로를 발견했다. 이번 연구 결과는 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 14일자에 실렸다. 현재 신경정신과에서는 트라우마를 치료할 때 환자가 공포기억을 떠올리도록 한 뒤 빛을 이용해 눈동자를 좌우로 움직이도록 시각자극을 주는 ‘안구운동 민감 소실 및 재처리요법’(EMDR)을 활용하고 있다. EMDR은 트라우마로 남은 공포기억을 회상하면서 눈동자를 좌우로 움직이도록 함으로써 뇌의 정보처리 기능을 활성화시켜 두려웠던 기억을 저 멀리 사라지게 만드는 기법이다. 실제로 2001년 미국 9·11테러, 2004년 발생한 태국 쓰나미 사태, 1995년 일본 고베지진 때 살아남은 사람들의 공포기억을 치유하는 데 EMDR이 활용된 바 있다. EMDR이 트라우마 치료에 효과적이라는 것은 알려져 있지만 어떤 방식으로 작동돼 공포기억을 제거하는지는 정확히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 생쥐에게 특정 소리와 함께 전기충격을 줘 소리에 대한 공포기억을 심어 줬다. 공포기억이 생긴 생쥐는 소리만 들려도 몸이 얼어붙는 공포반응을 보이게 된다. 연구팀은 생쥐가 소리에 공포반응을 보일 때 좌우로 반복해서 깜박거리는 LED 빛을 보도록 하면 몸이 얼어붙는 공포반응이 빠르게 감소한다는 사실을 확인했다. 또 시간이 지난 뒤나 다른 장소에서 똑같은 상황에 맞닥뜨려도 공포반응이 나타나는 비율이 낮다는 것도 확인했다. 사람의 트라우마 치료에 사용되는 EMDR의 치료 효과가 생쥐에게서도 똑같이 나타난다는 것이다. 연구팀은 빛과 유전공학적 기법을 결합해 특정 세포를 조절하는 광유전학을 통해 뇌에서 안구 운동과 주의집중을 담당하는 상구와 중앙 내측 시상핵을 거쳐 기억이 저장되는 편도체에 이르는 신경회로가 공포기억을 관장하는 새로운 통로라는 사실도 밝혀냈다. 신희섭 단장은 “PTSD는 단 한 번의 충격적인 경험으로 형성되지만 기존의 약물과 심리치료 방식으로는 치유기간이 오래 걸린다”며 “이번에 발견한 공포기억 억제회로를 조절하는 약물이나 기술을 개발해 PTSD를 좀더 손쉽게 치료하는 방법을 찾을 것”이라고 말했다. IBS 신희섭 단장팀 연구 이전에 카이스트 생명과학과와 미국 존스홉킨스 의대, 컬럼비아 의대 공동연구팀은 뇌의 흥분성 신경세포에서 포도당과 유사한 물질을 대사할 수 있도록 만들어 주는 이노시톨 대사효소를 제거하면 공포기억이 빠르게 사라진다는 사실을 발견해 미국 국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 1월 28일자에 발표하기도 했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

미국영화연구소(AFI)가 선정한 100대 영화에 포함된 마틴 스코세이지 감독의 1976년 작품 ‘택시 드라이버’와 1978년 마이클 치미노 감독이 만든 ‘디어 헌터’의 공통점은 뭘까. 우선 주인공이 로버트 드니로라는 점. 그리고 트라우마라고 부르는 ‘외상 후 스트레스 장애’(PTSD)로 인해 삶이 망가져 버린 베트남전 참전 군인들의 모습을 그렸다는 점을 꼽을 수 있다. 이처럼 차마 눈 뜨고 볼 수 없을 정도로 참혹한 전장이나 예상치 못한 지진해일(쓰나미), 지진, 화산 같은 자연재해와 대형 사건사고에 노출된 사람들은 단 한 번의 경험으로 새겨진 트라우마 때문에 남은 삶을 정상적으로 영위해 나가기 힘들어하는 경우가 많다. 광유전학이나 뇌과학이 발달하면서 삶 자체를 위협하는 고통스러운 기억만을 족집게처럼 콕 찍어 없애는 방법들이 활발히 연구되고 있다. 기초과힉연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 신희섭 단장팀은 시각자극을 통해 PTSD를 치료하는 방법의 메커니즘을 밝혀내고 공포기억과 관련한 새로운 뇌 회로를 발견했다. 이번 연구 결과는 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 14일자에 실렸다. 현재 신경정신과에서는 트라우마를 치료할 때 환자가 공포기억을 떠올리도록 한 뒤 빛을 이용해 눈동자를 좌우로 움직이도록 시각자극을 주는 ‘안구운동 민감 소실 및 재처리요법’(EMDR)을 활용하고 있다. EMDR은 트라우마로 남은 공포기억을 회상하면서 눈동자를 좌우로 움직이도록 함으로써 뇌의 정보처리 기능을 활성화시켜 두려웠던 기억을 저 멀리 사라지게 만드는 기법이다. 실제로 2001년 미국 9·11테러, 2004년 발생한 태국 쓰나미 사태, 1995년 일본 고베지진 때 살아남은 사람들의 공포기억을 치유하는 데 EMDR이 활용된 바 있다.EMDR이 트라우마 치료에 효과적이라는 것은 알려져 있지만 어떤 방식으로 작동돼 공포기억을 제거하는지는 정확히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 생쥐에게 특정 소리와 함께 전기충격을 줘 소리에 대한 공포기억을 심어 줬다. 공포기억이 생긴 생쥐는 소리만 들려도 몸이 얼어붙는 공포반응을 보이게 된다. 연구팀은 생쥐가 소리에 공포반응을 보일 때 좌우로 반복해서 깜박거리는 LED 빛을 보도록 하면 몸이 얼어붙는 공포반응이 빠르게 감소한다는 사실을 확인했다. 또 시간이 지난 뒤나 다른 장소에서 똑같은 상황에 맞닥뜨려도 공포반응이 나타나는 비율이 낮다는 것도 확인했다. 사람의 트라우마 치료에 사용되는 EMDR의 치료 효과가 생쥐에게서도 똑같이 나타난다는 것이다. 연구팀은 빛과 유전공학적 기법을 결합해 특정 세포를 조절하는 광유전학을 통해 뇌에서 안구 운동과 주의집중을 담당하는 상구와 중앙 내측 시상핵을 거쳐 기억이 저장되는 편도체에 이르는 신경회로가 공포기억을 관장하는 새로운 통로라는 사실도 밝혀냈다. 신희섭 단장은 “PTSD는 단 한 번의 충격적인 경험으로 형성되지만 기존의 약물과 심리치료 방식으로는 치유기간이 오래 걸린다”며 “이번에 발견한 공포기억 억제회로를 조절하는 약물이나 기술을 개발해 PTSD를 좀더 손쉽게 치료하는 방법을 찾을 것”이라고 말했다. IBS 신희섭 단장팀 연구 이전에 카이스트 생명과학과와 미국 존스홉킨스 의대, 컬럼비아 의대 공동연구팀은 뇌의 흥분성 신경세포에서 포도당과 유사한 물질을 대사할 수 있도록 만들어 주는 이노시톨 대사효소를 제거하면 공포기억이 빠르게 사라진다는 사실을 발견해 미국 국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 1월 28일자에 발표하기도 했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

SF 영화를 보면 빛이나 초음파를 이용해 상대를 조종하거나 뇌파를 변화시키는 장면이 나온다. 사람을 조종하는 것은 아니지만 비정상적인 움직임을 보이는 뇌 부위를 초음파로 자극해 치료할 수 있는 방법이 나왔다. 카이스트 전기및전자공학부, 덴마크 공과대(DTU) 공동연구팀이 초소형, 초경량화시킨 미세초음파소자를 이용해 살아움직이는 쥐의 뇌에 초음파 자극을 줄 수 있는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 뇌과학 분야 국제학술지 ‘뇌 자극’ 3월호에 실릴 계획이다. 기존에는 뇌의 특정 영역을 미세하게 자극할 수 있는 심부뇌자극술과 광유전학을 이용해 빛으로 뇌를 자극하는 자극방법이 있지만 외과수술을 통해 칩이나 자극기기를 삽입해야 하기 때문에 임상에 적용이 쉽지 않다. 반면 경두개전기자극술과 경두개자기자극술은 외과수술 없이 비침습적으로 자극이 가능하지만 자극부위가 지나치게 넓고 뇌 깊이 자극할 수가 없어서 적용에 한계가 있다. 초음파는 비침습적이기 때문에 동물실험이나 인체에도 안전하게 사용할 수 있으며 초음파를 한 점에 집중시킬 수 있어 원하는 부위에 깊이 자극이 가능하다는 장점이 있다. 문제는 초음파 소자가 무거워 생쥐실험을 할 때도 반드시 고정하거나 마취를 시켜야만 했다.연구팀은 미소전자기계시스템(MEMS) 기술을 활용해 1g 미만의 초경량, 초음파 소자를 개발했다. 특히 생쥐의 몸에 맞는 중심주파수, 크기, 초점거리, 초음파 세기를 갖도록 만들었다. 이렇게 만들어진 초음파 소자를 이용해 쥐의 대뇌 운동피질을 자극해 쥐의 앞발을 움직이도록 했다. 그 결과 초음파 강도를 높일수록 운동피질이 더 많이 자극돼 쥐의 앞발이 더 빨리 움직이는 것을 확인했다. 이번 기술을 활용하면 쥐 뇌의 3~4㎜ 깊이까지 초음파가 도달할 수 있으며 쥐 뇌 전체 크기의 25%를 자극할 수 있다고 연구진은 설명했다. 현재 연구팀은 이번에 개발한 기술을 활용해 초음파가 수면에 미치는 영향을 연구 중에 있다. 이현주 카이스트 전기및전자공학부 교수는 “이번에 개발한 초경량 초음파 소자를 활용함으로써 고정되거나 마취된 상태가 아닌 살아움직이는 상태에서 초음파의 영향을 확인할 수 있게 됐다”며 “수면장애, 파킨슨병, 치매, 우울증 같은 여러 뇌 질환의 새로운 치료법 개발에도 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 살아있는 생쥐의 머리에 빛만 비추는 것으로 뇌유전자를 조절할 수 있는 기술을 개발했다. 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단 허원도(카이스트 생명과학과) 교수팀은 약한 빛에도 반응하는 ‘Flp 유전자 재조합효소’를 만들어 특정 유전자 발현을 유도할 수 있는 기술을 개발해 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 18일자에 발표했다. 허 교수팀이 이번에 개발한 유전자 재조합 효소를 이용한 광유전학 기술은 기존 광유전학 기술처럼 수술을 통해 LED칩을 심는 것이 아니기 때문에 동물실험에 있어서 물리적, 화학적 손상으로 인한 부작용도 최소화할 수 있다는 장점이 있다.연구팀이 활용한 ‘광활성 Flp 유전자 재조합 효소’(PA-Flp 단백질)은 약한 빛을 쬐어주더라도 활성화되는 특징이 있다. 기존 Flp 유전자 재조합 효소는 유전자를 자르고 재조합하는 기능을 지녀 유전자 형질전환 동물실험모델을 만들 때 많이 활용돼 왔다. 이 때문에 많은 연구자들이 광유전학 기술에 응용하려고 했지만 체내에 주입된 뒤 자가조립돼 빛에 반응하지 않아 광섬유를 뇌부위에 심는 수술이 필요했다. 연구팀은 실험용 생쥐에게 기억에 관여하는 뇌 부위로 알려진 해마에 PA-Flp 단백질을 주입한 뒤 30초 가량 LED를 머리 부위에 비춰 PA-Flp 단백질이 활성화되는 것을 발견했다. 연구팀이 활용한 LED 빛의 강도는 휴대폰 손전등이나 레이저 포인터 정도의 세기였다. 뇌 수술과 같은 물리적 손상 없이 비침습적 방식으로도 유전자 발현을 조절할 수 있다는 의미이다.연구팀은 PA-Flp 단백질을 이용해 행동 제어 실험도 실시했다. 기억 중추인 해마와 연결된 ‘뇌 내측 중격’에는 칼슘채널이 있는데 칼슘채널이 억제되면 물체 탐색능력이 증가한다. 연구팀은 뇌 내측 중격에 PA-Flp 단백질을 주입한 뒤 LED를 쬐어 칼슘채널의 발현을 억제한 뒤 생쥐들을 관찰했다. PA-Flp 단백질이 주입돼 칼슘채널이 통제된 생쥐들은 그렇지 않은 것들에 비해 탐색능력이 더 높아진 것이 확인됐다. 허 교수는 “기존 광유전학 기술은 실험쥐의 생리적 현상에 영향을 미칠 수 있는 물리적, 화학적 자극이 가해졌는데 이번 연구는 그런 부작용없이 LED로 원하는 특정 유전자 발현을 조절할 수 있다는데 큰 의미가 있다”며 “빛으로 원하는 타이밍에 유전자를 자르고 재조합하는 효소를 사용할 수 있게 됨에 따라 다양한 뇌 영역을 탐구하는데 도움을 줄 것으로 기대된다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr