감옥에 갇힌 죄수가 등장하는 소설이나 무인도에 표류한 사람이 등장하는 영화에서는 언제든지 벽이나 바위를 긁어 날짜를 표시하는 장면이 등장한다. 오늘 며칠이더라? 지금 몇 시지? 하는 질문을 늘 달고 다니는 게 요즘 현대인의 삶이라고 해도 과언이 아닐 것이다. 우리는 항상 시간을 궁금해한다. 날짜를 알아야만 마음이 놓이는 존재가 인간인 것이다. 시간을 안다는 것은 사실 인류생존의 기본조건이었다. 변화하는 환경 속에서 눈물겨운 적응과정을 거치던 연약하고 보잘것없는 가여운 존재였던 초기 인류에게 머리 위를 빙빙 도는 콘도르를 보고 동물 사체의 위치를 찾아낸 그 순간부터 하이에나가 들이닥치기 전 한 조각의 고기라도 뜯어내어 도망치기까지의 시간은 삶과 죽음을 갈라놓는 절체절명의 순간이었다 사자가 사냥 후 지친 틈새 시간을 노려 온갖 눈칫밥을 먹어가며 근근이 살아남아 석기를 만들고, 불을 피우고, 사냥하며 서서히 뇌의 크기를 키워나가던 인류는 언제부턴가 해가 지면 달이 뜨고 아침이 오면 따뜻한 바람이 불고 여러 번 달이 찼다 기울면 들소가 찾아온다는 것을 알게 되었다. 그리고 그때를 알아야만 했다. 그날에 맞춰 돌창촉을 다듬고 깊은 함정을 파야 했다. 눈칫밥 먹을 필요 없이 마음껏 사냥할 수 있는 그때를 알아야만 했다. 그때가 언제일까? 그때를 알기 위해서는 시간을 기록해야 했다. 최초의 시계는 아마도 특별한 도구가 없어도 시간을 알 수 있었던 해시계였을 것이다. 발 딛고 살던 지구 자체가 시계였던 셈인데 몇시 몇 분이 아니라 대략적인 때를 알려 주었을 것이다. 지금은 석영 결정이 3만 2768번 진동하는 시간을 1초라고 하던 때도 지나 세슘 원자가 91억 9263만 1770번 양자 진동하는 시간을 1초라고 하는 시대에 살고 있다. 실로 대단한 과학의 시대다.오늘날로 치면 달력 같은 유물이 등장한 때는 대개 3만 년을 전후한 후기구석기시대로 알려지고 있다. 손바닥만 한 뼛조각 등에 이상한 점들을 찍은 유물들이 이 시기에 등장하는데 학자들에 따라서는 이 점들이 달의 운행을 표시하는 달력이라고 주장하고 있다. 반론도 만만치 않지만, 이 시기의 동굴벽화에 털갈이 시기 들소의 특징을 정확히 묘사한 그림들도 그려져 있는 것으로 보아 후기 구석기시대 사람들은 확실히 계절과 시간의 변화에 주목하고 있었던 것은 틀림없어 보인다. 사냥감을 찾아 이동 생활을 했던 이들에게 시간의 변화를 알아야 한다는 것은 필수적인 생존의 기술이었을 것이다. 언제나 시간은 우리 인류에게 삶 자체와 같이 중요했다. 그리고 그 시간은 언제나 흘러만 간다. 되돌아가지는 않는다. 수백만 년 전 인류가 두발로 걷기 시작했을 때부터 더 멀게는 지구의 탄생 그리고 우주의 폭발서부터 언제나 시간은 앞을 향해 흘러만 갔다. 우리에게 시간은 유형이면서도 무형인 존재가 아닐까 싶다. 헤밍웨이의 노인과 바다에서 잠자리를 찾아가는 소년이 노인에게 ‘할아버진 제 자명종이예요’라고 말하자 노인이 ‘내게는 나이가 자명종이지, 나이 든 사람은 왜 일찍 깨는 걸까? 하루를 그나마 좀 더 길게 보내려고? 저는 잘 몰라요? 하는 장면은 참 정겹다. 어떤 때는 시간이 빨리 가기도 하고 느리게 가기도 하는 궁금증에 대한 연구가 있었다고 한다. 느리게 가기도 하고 빨리 가기도 하는 시간은 마음의 시간이었다는 결론이 날수밖에 없었을 것이다. 유형의 시간은 누구에게나 늘 똑같이 흘러가기 때문이다. 아우구스티누스는 ‘과거 현재 미래는 그 자체로는 존재하지 않는다. 그것들은 우리 마음속에서 모두 현재다. 과거는 지금 우리의 기억 속에서 존재하며, 미래는 우리의 기대와 전망 속에서 존재한다’고 했다. 유형의 시간은 그저 흘러갈 뿐이지만 무형의 시간은 언제나 현재라니 참 멋진 말이다. 2019년 기해년 새해는 우리 모두의 하루하루가 즐거운 현재가 되길 소망해 본다. 글: 전곡선사박물관장

암 치료 성적이 향상되면서 완치되거나 장기간 생존하는 암환자들이 점점 늘어나고 있다. 이미 국내에서도 암 생존자가 지난해 기준으로 160만명을 넘었다. 암 생존자들은 치료 후 다양한 신체적, 정신적, 사회·경제적 문제를 경험한다. 여러 문제 중 해결이 쉽지 않은 것 중 하나가 항암 치료 후 일부에서 발생할 수 있는 인지 장애, 즉 ‘항암뇌’다.암 치료 후 인지 기능이 낮아진 환자를 돌보는 것은 본인뿐 아니라 가족과 사회에도 큰 부담이 된다. 하지만 아직까지는 대증적 치료 외에 마땅한 방법이 없다. 물론 최근 개발된 표적치료제나 면역치료제는 이런 부작용이 적지만 아쉽게도 많은 암환자가 혜택을 보진 못하고 있다. 최근 미국 스탠퍼드대 연구진이 항암뇌 발생 과정과 치료제 개발 가능성을 밝혔다. 연구진은 항암 치료 후 뇌에 있는 여러 세포들의 변화를 살펴봤다. 특히 신경 전기신호를 전달하는 신경세포보다는 신경세포를 둘러싸고 주위 환경을 구성하는 세포들에 관심을 가졌다. 신경세포 보호막인 ‘수초’를 생성하고 유지하는 ‘희소돌기아교세포’, 신경세포 연결을 유도하고 환경을 유지하는 ‘별아교세포’, 면역 역할을 하는 ‘미세아교세포’ 등이다. 우선 연구진은 항암제에 노출된 소아 환자 뇌 조직에서 희소돌기아교세포 전구세포가 정상 희소돌기아교세포로 제대로 분화하지 못하는 것을 확인했다. 항암제 사용을 중단해도 효과가 장기간 나타났다. 그 결과 수초 두께가 얇아지고 제대로 신경세포를 보호하지 못하게 됐다. 생쥐 실험에서도 항암제 투여 후 운동 기능과 단기 기억장애가 발생한다는 것을 확인했다. 실제 암 생존자들에게서 나타나는 현상과 비슷하다. 이어 정상 희소돌기아교세포를 투여하면 회복되는지 살펴봤지만 완전하게 회복되지 않는 것을 확인했다. 동시에 연구진은 미세아교세포가 항암제를 투여하면 활성화되고 항암제를 중단해도 그 효과가 유지되는 것을 발견했다. 또 활성화된 미세아교세포가 별아교세포에 나쁜 영향을 주고 기능을 방해해 신경세포 영양 공급과 기능 유지를 방해하는 것도 확인했다. 연구진은 특정 약물을 투여해 미세아교세포를 줄이는 실험을 진행했다. 그 결과 미세아교세포가 감소했고 희귀돌기아교세포 전구세포가 분화되는 과정이 회복되면서 수초가 두꺼워지고 반응성 별아교세포를 줄이면서 정상화됐다. 물론 운동 기능이나 인지 기능이 회복되는 것도 생쥐 실험에서 확인했다. 지금까지 항암제 치료 후 발생하는 인지 기능 저하 기전에 대해 잘 알지 못했다. 한동안 항암제로 인한 신경세포 손상에 관심이 많았다. 그러나 발상의 전환으로 항암제가 신경세포가 아닌 이를 둘러싸고 있는 환경에 영향을 미치면서 항암뇌가 나타나는 것을 알게 됐다. 더 주목할 점은 치료법 개발 가능성까지 제시했다는 것이다. 실험에 사용한 약물은 원래 항암제로 개발한 약제이지만 미세아교세포 억제 효과를 밝혀 도리어 항암뇌를 예방하고 치료하는 데 사용할 수 있게 됐다.

수학에서 어려운 문제는 엄청난 노력과 천재성에 의해서만 풀린다고 생각한다. 미국 클레이연구소는 아직까지 풀리지 않은 7가지 밀레니엄 문제를 내걸어 많은 사람들의 관심을 끌고 있다. 그중 하나인 ‘푸앵카레 추측’은 2002년 러시아의 수학자 페렐만에 의해 풀렸으나 나머지 문제들은 아직도 난제로 남아 있다.순수 수학자뿐만 아니라 컴퓨터공학, 인공지능 연구자들에게도 관심을 끄는 ‘P-NP’라는 밀레니엄 문제가 있다. 이 문제는 ‘순회하는 외판원 문제’라고 불리기도 한다. 여러 도시를 다니며 물건을 파는 사람이 각 도시를 1번씩만 다니되 여행의 거리는 최단이 되게 하려면 어떤 경로로 움직여야 하는가를 묻는 것이다. 간단해 보이지만 도시의 숫자가 늘어날수록 가능한 경우의 수는 기하급수적으로 늘고 최적 경로를 찾는 것은 아주 복잡한 문제가 된다. 4개의 도시만 있는 경우엔 3가지 경로밖에 없지만 8개 도시의 경우에는 2520개의 경로가 생긴다. 수천, 수만개의 도시를 가정한다면 대형 컴퓨터를 동원해 복잡한 알고리즘으로 풀어야 할 정도로 복잡해진다. 그런데 얼마 전 하등 생명체인 아메바 군집에 의해서 외판원 문제가 풀렸다는 소식을 접하게 됐다. ‘황색망사점균’이라 불리는 아메바 군집은 도시 개수가 늘어나더라도 문제 풀이에 걸리는 시간이 예상처럼 기하급수적으로 늘어나지 않았다는 놀라운 소식이었다. 빛을 싫어하고 먹이를 좋아하는 아메바의 속성을 이용해 8개의 도시를 한 번씩만 거쳐가는 경우의 수인 64개의 좁은 채널을 만들고 한 번 갔던 도시의 채널에는 빛을 계속 쪼여 다시 가지 못하게 하는 등의 장치를 만들어 실험한 결과 아메바가 외판원 문제를 놀랍도록 빠른 속도로 해결했다는 것이다. 단세포의 아메바가 단순히 칼슘 농도 변화에 따라 전진한다는 아주 간단한 매커니즘을 통해 이런 문제를 푼다는 것은 놀라우면서도 자연의 비밀을 밝히려는 과학자들에게 시사하는 바 크다. 하나의 세포가 운동 조절 능력을 어떻게 갖추게 되고 어떻게 집단적으로 신호를 주고 받으며 이런 고도의 문제를 풀어내는지 알아내는 것은 매우 흥미로울 것이다. 마치 하나의 원자를 이해하는 것에서 반도체까지 이어지는 놀라운 과학 문명을 이뤘던 지난 세기의 발전을 본다면 남은 21세기에서 있을 엄청난 발전을 기대해 볼 수 있을 것이다. 사실 따지고 보면 인간의 지적 활동들도 뉴런 간 단순한 신호전달에 의한 것이다. 밀레니엄 문제를 푸는 인간의 뇌 속에 어떤 특별한 물리 법칙이 있는 것이 아니고 이런 간단한 것들의 집단화로 완전히 새로운 현상이 나타난다. 수백만년 전의 호모사피엔스나 현재 인간이나 뇌 구조는 별반 다르지 않지만 하는 일은 엄청 다르다는 것만으로도 이를 깨닫게 된다. 이제 2019년 새해가 밝았다. 중국은 2050년까지 원대한 국가로드맵을 만들어 과학굴기를 꿈꾸고 있다. 지난 오천년 역사에서 중국이 강성했던 때 한반도는 항상 위축되어 있었다. 반면 중국에서 혼란이 있을 때 우리는 큰 발전을 했다. 지난 50년간 중국의 경제적 후진성이라는 황금의 기회를 가졌던 한국이 앞으로 올 미래에는 어떤 위치에 놓일 것인가를 심각히 고민해야 할 때가 됐다. 그를 바탕으로 우리 젊은이들이 진정 큰 자부심을 갖고 삶을 누릴 수 있는 나라가 됐으면 싶다.

한국뇌신경과학회 2019년도 신임 회장에 허성오 한림대 의대 교수가 취임했다. 허 신임 회장은 서울대 자연대를 졸업한 후 미국 코넬의대에서 신경과학 박사학위를 받고 한림대 교수로 재직하고 있다. 한국연구재단 뇌첨단의공학단장, 한국분자세포생물학회 이사, 한림대 의대 부학장 등을 역임했다. 한국뇌신경과학회는 한국신경과학회(1992년 설립)와 한국신경생물학회(1992년 설립)가 1997년 12월 통합한 학회로 현재 2000여명의 회원이 가입한 국내 신경과학분야의 대표학회이다. 　한편 한국뇌신경과학회는 학회 설립 이후 처음으로 국내에서 제10차 세계뇌신경과학총회(IBRO World Congress of Neuroscience)를 한국뇌연구원과 공동으로 개최한다. 총회는 오는 9월 21일부터 25일까지 5일간 대구 엑스코에서 열린다. 　세계뇌신경과학총회는 대륙을 순회하면서 4년마다 개최 되는 대규모 뇌과학 분야 국제 교류 행사로, 세계 뇌과학 올림픽으로 일컬어지기도한다. 　허성오 신임회장은 “이번 세계뇌신경과학총회에는 전 세계 70여개국에서 3000명 이상의 뇌신경 과학자들이 참석해 최신 지식과 정보를 공유하는 세계 뇌신경과학의 축제가 될 것”이라며 “이미 도래한 4차 산업혁명시대에 국가 주요 성장동력으로 자리매김 하기 시작한 뇌과학 연구·기술 수준을 한단계 더 도약시켜줄 전환점이 될 것”이라고 말했다. 김병철 기자 kbchul@seoul.co.kr

요즘 TV를 틀거나 컴퓨터를 켜면 각종 동영상 사이트에는 소위 ‘먹방’(먹는 방송)이 넘쳐나고 있다. 출연자들이 맛있게 음식을 먹는 모습을 보다보면 나도 모르게 ‘꿀꺽’하고 침을 삼키게 된다. 사실 맛있는 음식을 먹으면 기분이 좋아지는 것이 사실이다. 독일과 미국 의학자와 생물학자들이 맛있는 식사가 기분을 좋게 만드는 메커니즘을 밝혀내 주목받고 있다. 독일 막스플랑크 대사연구소, 쾰른대 의대, 미국 예일대 의대, 심리학과, 현대영양및생리학연구센터, 마운트시나이 아이칸의대 공동연구팀은 기분을 좋게 만드는 도파민이라는 호르몬은 음식을 먹을 때 두 번 방출된다는 사실을 확인하고 생물학 분야 국제학술지 ‘셀 메타볼리즘’ 28일자에 발표했다. 연구팀은 12명의 건강한 성인남녀를 대상으로 양전자방출단층촬영(PET)을 실시했다. 연구팀은 실험대상자들을 PET 장치에 누인 뒤 맛있는 밀크쉐이크나 맛 없는 음료를 마시도록 한 뒤 뇌의 움직임을 살펴봤다. 그 결과 음식을 섭취할 때 뇌에서 도파민이 두 번 방출되는데 첫 번째는 입 안으로 음식이 들어가서 맛을 느낄 때와 두 번째는 음식이 위장에 도착했을 때이다. 첫 번째 도파민이 분비되는 곳은 보상과 감각 인식과 관련된 뇌 부위였지만 두 번째 도파민이 분비되는 부분은 좀 더 높은 인지기능과 관련된 영역에서였다. 지금까지 위장에 음식이 도달했을 때 도파민이 분비되는 것은 생쥐실험에서는 확인됐지만 인간에게서 확인된 것은 이번이 처음이다. 그렇지만 맛있는 음식과 맛없는 음식을 먹었을 때 도파민의 분비량과 뇌 부위는 다른 것으로 조사됐다. 맛있는 음식을 먹었을 때는 입 안에 들어갔을 때 도파민 분비가 활발했고 맛없는 음식을 먹었을 때는 위에 도착했을 때 도파민 분비가 활발한 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 음식을 먹을 때 사람마다 일정한 도파민 분비량이 있기 때문에 충분한 도파민이 방출될 때까지 계속 먹게 되는 것이라고 설명했다. 맛없는 음식을 먹게 되면 충분히 먹었다고 하더라도 도파민 분비량이 적정 수준에 도달하지 못했기 때문에 식사 뒤 간식이나 다른 먹거리를 찾게 되는 것이라는 말이다. 헤이코 벡스 독일 막스플랑크 대사연구소 교수는 “이번 연구결과는 사람들이 과식을 하는 이유를 알게 해줄 뿐만 아니라 이를 활용하면 과식을 줄이고 몸에 부담을 주지 않고 식이조절을 할 수 있는 방법을 찾을 수 있게 될 것”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

꿀벌은 비록 뇌 구조가 단순하지만 효과적으로 연결돼 있어 간단한 계산 작업을 수행할 능력이 있는 것으로 밝혀졌다. 최근 영국 런던 퀸메리대 연구팀이 꿀벌 뇌 모델을 이용한 시뮬레이션을 통해 총 4개의 신경세포(뉴런)를 사용해 수를 다섯까지 셀 수 있다는 것을 발견했다. 이처럼 계산에 필요한 뉴런의 수가 적다는 것은 뇌 크기가 뇌 조직만큼 중요하지 않다는 것을 보여준다고 연구팀은 설명했다.시뮬레이션에서는 단순한 뇌가 한 번에 한 가지 작업에 집중하게 함으로써 작은 수를 셀 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면, 실험에서 벌들은 다섯 개까지 셀 수 있었고 두 값 중 더 작거나 더 큰 값을 선택하도록 훈련받을 수 있었다. 심지어 이들 벌은 두 수량 중 작은 양을 선택하도록 훈련받았을 때 아무것도 없는 영(0)의 값을 선택할 수도 있었다. 이는 벌들이 양적 비교 능력을 얻는 데 복잡한 수학을 이해할 필요가 없다는 것을 보여준다. 연구를 이끈 베리 바사스 박사는 “일반적으로 계산에는 높은 지능과 큰 뇌가 필요하다고 생각하지만, 신경 회로가 매우 작더라도 올바른 방식으로만 연결돼 있으면 계산을 쉽게 할 수 있다는 것을 보여준다”면서 “수리적 개념이 아닌 특정 비행 이동을 사용해 표적을 찾는 벌들의 행동이 이들의 계산 능력을 설명해줄 것”이라고 말했다. 자세한 연구결과는 세계적 학술지 셀(Cell) 자매지인 ‘아이사이언스’(iScience) 13일자에 실렸다. 사진=123rf(위), 아이사이언스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

전 세계적으로 사용되는 유방암 치료용 항암제가 뇌의 인지기능과 기억력에 부정적인 영향을 미친다는 연구결과가 나왔다. 논란의 도마에 오른 것은 레트로졸(Letrozole)로, 국내에서는 폐경 후 여성의 일차내분비요법에 사용되거나, 영국에서와 마찬가지로 전이성 유방암에 아로마타제 억제제로서 이 약을 처방한다. 영국 국민건강서비스(NHS) 통계에 따르면 지난해 영국에서는 총 75만 5866회의 처방이 내려졌다. 영국암연구센터는 이 약을 처방받은 환자 중 30%가 열이나 피로감 같은 부작용을 경험했다고 밝혔지만, 캐나다 토론토대학의 최근 연구에 따르면 약물의 부작용을 훨씬 더 심각한 것으로 보인다. 연구진은 원숭이를 대상으로 4주간 이 약을 투여한 뒤 변화를 살폈다. 그 결과 원숭이들은 4주 후부터 고열과 불안증세 등을 보였으며, 특히 해마의 기능이 손상된 것을 확인했다. 해마의 세포가 손상되면서 기억력 감소 증상이 나타났고, 이러한 부작용은 약물을 복용한 지 불과 4주 만에 나타났다. 일반적으로 레트로졸은 폐경 이후 유방암환자들에게 처방되는 아로마타제 억제제다. 10명 중 1명 꼴로 콜레스테롤 수치가 증가하고 관절 통증이 생기는 부작용이 있다고 알려져 있다. 또 머리카락이 가늘어지거나 질 건조증 등의 부작용도 보고돼 있다. 그러나 해마에 직접적인 손상을 유발한다는 사실이 입증된 것은 이번이 처음이다. 해마는 감정을 조절하고 기억력과 인지능력 등에도 영향을 미친다. 연구진은 “유방암 환자에서 레트로졸이 긍정적인 영향을 미치게 하기 위해서는 추가 연구가 필요하다”면서 “이번 연구결과는 현재 약물치료를 받고 있는 여성들이 경험한 일부 증상을 정상화하는데 도움이 될 것”이라고 설명했따. 세계 암연구기금에 따르면 유방암은 전 세계적으로 여성에게서 가장 흔히 나타나는 암으로, 2012년 한 해 동안 약 170만 명이 진단을 받았다. 이번 연구결과는 국제 학술지 '신경과학저널‘(Journal of Neuroscience) 최신호에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

시신경으로 물체 구분… ‘AI 개발’ 도움 개미와 함께 대표적인 사회적 동물로 꼽히는 꿀벌이 인간의 10만분의 1 수준 밖에 안 되는 적은 숫자의 신경세포만으로도 숫자 개념을 이해할 뿐만 아니라 계산도 가능하다는 사실이 새로 밝혀졌다. 영국 퀸메리런던대 생물화학부, 독일 고등과학연구소 공동연구팀은 벌들이 적은 수의 뇌신경세포를 이용해 4~5개의 물체를 구분할 수 있을 뿐만 아니라 ‘0’의 개념도 이해하고 있다고 24일 밝혔다. 이번 연구는 비교적 가볍고 간단하게 작동시킬 수 있는 인공지능(AI)을 개발하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘아이사이언스’ 최신호에 실렸다. 연구팀은 우선 1방울부터 5방울까지 각기 다른 숫자의 설탕물을 떨어뜨린 5개의 유리판을 마련했다. 설탕물 방울을 맛보도록 한 다음 그 숫자와 똑같은 노란색 동그라미가 그려진 유리판을 선택하도록 했다. 올바른 선택을 하면 단물을 마실 수 있고 실패하면 쓴 물을 맛보게 훈련시킨 것이다. 그 결과 꿀벌들은 자신이 맛본 설탕물의 숫자와 똑같은 노란색 동그라미를 정확히 찾아내는 것을 확인했다. 기존에는 꿀벌들이 사람들이 숫자를 세는 방식처럼 수를 이해한다고 알려졌지만 이번 연구를 통해 꿀벌들이 시신경을 이용한 시각적 기억 방식으로 숫자를 이해한다는 사실도 알게 됐다. 사람처럼 복잡한 방식으로 숫자를 이해하는 것이 아니기 때문에 시신경세포를 비롯해 수의 이해 작업이 단순화되고 최소한의 신경세포만을 작동시켜도 된다고 연구진은 설명했다. 꿀벌 생태학자 베라 바사스 퀸메리런던대 교수는 “이번 연구결과는 숫자를 인식하고 계산하는 것 같은 지적인 행동을 하는데 반드시 큰 뇌가 필요한 것은 아니라는 사실을 보여준다”며 “꿀벌의 행동을 정밀분석한다면 좀더 간단하면서도 효율적인 AI 알고리즘을 개발하는데 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

개미와 함께 대표적인 사회적 동물로 꼽히는 꿀벌이 인간의 10만분의 1 수준 밖에 안 되는 적은 숫자의 신경세포만으로도 숫자 개념을 이해할 뿐만 아니라 계산도 가능하다는 사실이 새로 밝혀졌다. 영국 퀸메리런던대 생물화학부, 독일 고등과학연구소 공동연구팀은 벌들이 적은 수의 뇌신경세포를 이용해 4~5개의 물체를 구분할 수 있을 뿐만 아니라 ‘0’의 개념도 이해하고 있다고 24일 밝혔다. 이번 연구는 비교적 가볍고 간단하게 작동시킬 수 있는 인공지능(AI)을 개발하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘아이사이언스’ 최신호에 실렸다. 앞서 지난 6월 프랑스 국립과학연구원(CNRS) 연구진도 세계적인 과학저널 ‘사이언스’에 꿀벌도 ‘없음’이나 ‘결핍’을 의미하는 ‘0’ 개념을 알고 있다는 연구결과를 발표한 바 있다. 연구팀은 우선 1방울부터 5방울까지 각기 다른 숫자의 설탕물을 떨어뜨린 5개의 유리판을 마련했다. 설탕물 방울을 맛보도록 한 다음 그 숫자와 똑같은 노란색 동그라미가 그려진 유리판을 선택하도록 하도록 했다. 올바른 선택을 하면 단물을 마실 수 있고 실패하면 쓴 물을 맛보게 훈련시킨 것이다. 그 결과 꿀벌들은 자신이 맛본 설탕물의 숫자와 똑같은 노란색 동그라미를 정확히 찾아내는 것을 확인했다. 기존에는 꿀벌들이 사람들이 숫자를 세는 방식처럼 수를 이해한다고 알려졌지만 이번 연구를 통해 꿀벌들이 시신경을 이용한 시각적 기억 방식으로 숫자를 이해한다는 사실도 알게 됐다. 사람처럼 복잡한 방식으로 숫자를 이해하는 것이 아니기 때문에 시신경세포를 비롯해 수의 이해 작업이 단순화되고 최소한의 신경세포만을 작동시켜도 된다고 연구진은 설명했다. 꿀벌 생태학자 베라 바사스 퀸메리런던대 교수는 “이번 연구결과는 숫자를 인식하고 계산하는 것 같은 지적인 행동을 하는데 반드시 큰 뇌가 필요한 것은 아니라는 사실을 보여준다”며 “꿀벌의 행동을 정밀 분석한다면 좀 더 간단하면서도 효율적인 AI 알고리즘을 개발하는데 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

20년 전 과학자들은 남아프리카공화국 요하네스버그 인근 동굴에서 보존 상태가 가장 완벽한 오스트랄로피테쿠스 화석인 '리틀 풋'(Little Foot)을 발견했다. 이 화석은 기념비적인 오스트랄로피테쿠스 화석이자 인류의 조상 화석으로 유명한 루시보다 오래되고 더 잘 보존된 화석 표본으로 과학자들의 관심을 끌었지만, 기반암과 너무 단단히 결합한 상태라 손상 없이 분리하는데 20년의 세월이 필요했다. 최근 리틀 풋을 온전하게 발굴하는 데 성공한 남아프리카공화국 비트바테르스탄트 대학의 연구팀은 마이크로 CT를 통해 이 화석에서 가장 흥미로운 부분인 두개골을 상세히 연구했다. 루시의 경우 전체 골격이 상당히 잘 보존되어 있지만, 아쉽게도 두개골은 일부만이 보존돼 전체 모습을 확인하기 어려웠다. 반면 리틀 풋의 경우 뇌를 보호하는 두개골의 모든 부분이 잘 보존되어 발견 당시부터 큰 관심을 끌었다. 리틀 풋의 연대는 367만 년 전으로 루시보다 오래됐기 때문에 인류의 조상이 다른 유인원의 공통 조상에서 분리된 후 뇌의 진화가 어떻게 진행됐는지에 대한 결정적 정보가 있을 것으로 기대됐다.비트바테르스탄트 대학의 아멜리에 뷰뎃 박사는 마이크로 CT 데이터를 이용해서 리틀 풋의 뇌가 현생 인류와 침팬지 같은 다른 유인원의 특징을 같이 가지고 있다는 사실을 발견했다. 물론 뇌 자체는 화석으로 남기 어려운 부드러운 조직이라 직접 비교할 순 없지만, 뇌가 있었던 두개골 안쪽의 주름과 입체적 구조를 통해 뇌의 크기와 형태에 대한 추정이 가능하다. 이번 연구에서는 리틀 풋이 인간과 비슷한 중간 뇌막 혈관(middle meningeal vessel)을 가지고 있다는 점이 밝혀졌다. 이 혈관은 뇌에 산소를 공급하고 온도를 유지하는 기능을 하기 때문에 초기 오스트랄로피테쿠스 역시 현생 인류처럼 뇌 기능이 활발했다는 점을 보여준다. 리틀 풋의 뇌는 사실 인간보다는 침팬지에 가까운 크기지만, 이런 특징을 감안하면 침팬지보다 더 높은 지능을 가졌을 가능성이 크다.반면 침팬지와 비슷한 원시적 특징도 같이 발견됐다. 리틀 풋은 상대적으로 큰 시각 피질(visual cortex)을 지녔지만 두정엽(parietal cortex)은 작았는데, 이는 현생 인류보다는 침팬지와 비슷한 특징이다. 이는 인간 뇌의 진화 과정을 보여주는 중요한 발견으로 이 연구는 '인간 진화 저널'(Journal of Human Evolution) 최신호에 발표됐다. 아마도 367만 년 전 리틀 풋은 지금 현생 인류와는 비교할 수 없을 정도로 낮은 지능을 지니고 있었을 것이다. 하지만 이들이 있었기 때문에 지금의 우리도 존재할 수 있다. 이들의 진화 과정을 이해하는 것은 결국 지금의 우리를 이해하는 과정이다. 앞으로도 인류 진화의 비밀을 밝히기 위한 연구가 계속될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

건강식을 먹고 운동하면 반년 만에 뇌 나이가 현저하게 젊어진다는 것을 보여주는 연구결과가 나왔다. 미국신경학회(AAN) 학술지 ‘신경학’(Neurology) 최신호에 실린 연구논문에 따르면, 6개월간 식사할 때 건강한 음식을 먹고 주 3회 30분 이상 운동하면 노화에 의해 저하된 뇌 나이가 약 10년 정도 젊어졌다. 이같은 결과를 발표한 미국 듀크대의료원 연구진은 피험자들을 노화에 따른 뇌기능 저하를 겪고있는 평균나이 65세 노인 160명을 대상으로 했다고 설명했다. 이들 참가자는 치매를 앓고 있진 않았지만, 의사결정을 내리거나 계획을 세우고 실천하는 데 약간의 문제가 있었고 주로 의자나 소파에 앉아서 생활하는 습관을 가지고 있었다. 연구진은 이런 참가자를 대상으로 연구 초기에 일련의 사고력 검사를 시행해 이들의 뇌 나이가 평균 93세임을 확인했다. 이후 이들 참가자는 무작위로 4개 그룹으로 분류돼 연구진이 제시한 대로 생활했다. 첫 번째 그룹은 연구진이 제시한 운동 프로그램을 실천했다. 주 3회 35분 동안 걷거나 자전거를 타고 또는 조깅하는 것이었다. 그다음 그룹은 운동 프로그램은 물론 건강한 식습관을 실천했다. 여기에는 통곡물과 채소, 그리고 과일 같이 몸에 좋은 음식을 먹는 것이 포함됐다. 이어 세 번째 그룹은 운동 프로그램을 제외하고 건강한 식단만 실천하게 했고, 나머지 마지막 그룹은 전화 통화를 통해 자문의사로부터 건강 조언만을 받았다. 그리고 관찰 기간이 끝날 무렵은 물론 중간 시점에도 일련의 사고력 검사를 진행해 노화에 따른 뇌기능 저하가 어떻게 변화하는지를 자세히 살핀 결과, 건강 조언만 받은 그룹을 제외하고 나머지 모든 그룹에서 뇌기능 저하가 역전되는 현상이 나타났다. 특히 운동과 건강 식단 모두 실천한 두 번째 그룹은 그 향상 정도가 가장 높았는데 이들의 뇌 나이는 평균 84세로 젊어졌다. 이에 대해 연구진은 “이번 연구는 비교적 짧은 기간에 생활방식을 바꿔도 노화에 따른 사고력 문제를 크게 개선할 수 있다는 것을 보여준다”면서도 “운동과 건강한 식단이 심장이 더 잘 활동하도록 도와줌으로써 뇌로 가는 혈류량을 늘려 사고력을 높인 것으로 추정된다”고 설명했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

크리스마스가 불과 닷새 앞으로 다가왔습니다. 평소 갖고 싶었던 선물을 받을 수 있는 좋은 기회이기 때문에 아이들의 기대감은 그 어느 때보다 큰 것 같습니다. 아이들에게 줄 선물을 보러 대형마트나 백화점에 들르면 공룡과 관련된 장난감들이 유독 많다는 것을 알게 됩니다.어른들이 알고 있는 공룡이래 봐야 티라노사우루스, 스테고사우루스 정도에 불과하지만 아이들은 어려운 공룡 이름들도 술술 외워 말합니다. 사실 공룡에 대한 책이나 영화들이 많지만 우리가 알고 있는 정보들이 정확한지는 확신할 수 없습니다. 현재의 과학기술을 바탕으로 고생물학자들이 화석을 통해 당시를 가장 합리적으로 추정하는 것일 뿐이기 때문입니다. 크리스마스를 코앞에 둔 지금 고생물학자들이 공룡과 관련한 재미있는 사실들을 또 찾아냈다고 합니다. 이탈리아 밀라노 자연사박물관, 조반니 카펠리니 지질박물관 공동연구팀이 밀라노에서 북동쪽으로 80㎞ 떨어진 살트리오 인근 채석장에서 1996년 발견된 공룡 화석을 정밀 분석한 결과, 초기 쥐라기에 살았던 육식공룡들 중에서 가장 큰 것이라는 사실을 밝혀내고 생명 및 환경과학 분야 국제학술지 ‘피어J’ 19일자에 발표했습니다. 우리 앞에 새로 등장한 공룡은 화석이 발견된 지명을 따 ‘살트리오베네터 자넬라이’로 이름 붙여졌습니다. 초기 쥐라기인 1억 9800만년 전에 존재했던 살트리오베네터는 가장 오래된 육식 공룡으로도 밝혀졌습니다. 연구팀은 살트리오베네터를 시작으로 육식 공룡들의 몸집이 커지기 시작했으며 이때부터 초식 공룡들과 육식 공룡들 사이에서 몸집이 커지는 일종의 ‘진화론적 군비경쟁’을 시작한 것으로 보고 있습니다. 동물은 움직이면 필연적으로 체온이 오를 수밖에 없습니다. 사람이나 새 같은 항온동물은 체온 유지를 위한 대사 시스템을 갖추고 있지만 변온과 항온동물의 중간 단계인 공룡들이 뜨거워지는 몸을 어떻게 식혔을까 하는 점도 과학자들이 궁금하게 여겼던 것들 중 하나입니다. 미국 오하이오대 생명과학과, 정형의학대, 뉴욕공대 정형의학대 공동연구팀은 중생대 마지막 시대인 백악기 후기에 살았던 곡공류 공룡인 안킬로사우루스의 머리뼈를 분석한 결과 콧속 공간(비강)이 거대한 몸집에서 발생하는 열을 조절하는 일종의 에어컨 역할을 했다는 사실을 밝혀내고 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제학술지 ‘플로스 원’ 20일자에 발표했습니다. 곡공류는 딱딱한 껍질을 가진 일명 ‘갑옷 공룡’입니다. 안킬로사우루스는 몸길이가 4~7m로 곡공류 중에서는 가장 큰 것으로 알려져 있습니다. 연구팀은 컴퓨터단층촬영(CT)과 전산유체역학이라는 첨단 기술로 안킬로사우루스의 신체 구조를 정밀분석했습니다. 그 결과 몸집이 큰 공룡들은 자동차가 공기로 엔진을 식히듯 비강이라는 긴 바람 통로로 공기를 지나가게 해 뇌가 계란프라이처럼 굳는 것을 차단했을 뿐만 아니라 체온이 급격히 상승하는 것을 막았을 것이라고 합니다. 연구팀은 비강의 길이가 실제보다 절반 수준일 때를 가정하고 시뮬레이션해 본 결과 체온이 2배 이상 높아져 생존이 어려웠을 것이라는 결론에 도달했다고 합니다. 이번 크리스마스에는 아이들에게 공룡 장난감을 사 주는 것만으로 ‘산타클로스’ 역할을 끝냈다고 생각하지 말고 공룡에 관한 재미있는 이야기를 해 주거나 잠깐이나마 함께 놀아 주는 것은 어떨까요. 아동 심리 전문가들은 바쁜 부모들이 아이들에게 좋은 추억의 한 장면을 만들어 주는 것을 어렵게만 생각할 필요는 없다고들 합니다. edmondy@seoul.co.kr

레이저를 이용해 물체를 나노 크기로 축소해 만들 수 있는 3D 프린트 기술을 미국의 과학자들이 개발했다. 미국 CNN은 18일(현지시간) 미국 매사추세츠공과대(MIT) 연구팀이 최근 학술지 ‘사이언스’에 발표한 이 같은 기술을 소개했다. 연구팀에 따르면, 구조만 단순하다면 어떤 물체라도 원래 크기의 1000분의 1로 축소해 만들 수 있다. ‘임플로전 패브리케이션’(implosion fabrication)으로 명명된 이 소형화 기술은 앞으로 현미경이나 스마트폰용 카메라 렌즈를 지금보다 축소화하는 것부터 일상에 도움을 줄 수 있는 마이크로 로봇을 만드는 것까지 어떤 분야에서든 활용할 수 있다. 이에 대해 연구를 주도한 에드워드 보이든 교수는 “사람들은 지난 몇 년 동안 더 작은 나노 물질을 만들어내기 위해 더 좋은 장비를 개발하려고 애써왔다”면서 “이번에 우리가 발명한 기술로 앞으로 할 수 있는 것들이 매우 많아졌다”고 말했다. 물론 이번 기술이 고전 영화 ‘애들이 줄었어요’에서처럼 복잡한 물체까지 축소해 만들 수 있는 것은 아니지만, 이는 다양한 분야에서 쓰일 수 있다. 예를 들어 과학자들이 암 치료제가 정상 세포가 아닌 암세포만을 표적으로 삼을수 있도록 치료제에 미세 로봇 입자를 투입하는 방법을 개발하는 데 쓰일 수 있다. 또한 이 기술은 현재 다양한 전자기기에서 쓰이는 마이크로칩을 더욱더 작게 만드는 데 쓰일 수도 있다. 특히 이 기술이 주목받고 있는 점은 생각보다 간단하다는 것에 있다. 연구팀에 따르면, 레이저 장치 외에도 흔히 아기 기저귀에 쓰이는 흡착성 젤만 있으면 되기 때문이다. 작동 원리는 다음과 같다. 우선 레이저를 사용해 흡착 젤로 구조를 만든 뒤, 거기에 금속이나 DNA, 또는 ‘퀀텀닷’(지름 수십 나노미터 이하의 반도체 결정물질로 특이한 전기적·광학적 성질을 지닌 입자) 등의 물질을 부착한다. 그다음 물질에 의해 모양이 잡힌 구조를 아주 작은 크기로 축소해 만드는 것이다. 이에 대해 이 연구에 참여한 MIT 대학원생 대니얼 오란은 “이는 필름 사진을 현상하는 과정과 좀 비슷하다. 젤 속 감광재료에 빛을 노출하면 잠상(현상 전 눈에 보이지 않는 상)이 형성된다”면서 “그러고나서 다른 물질인 은을 부착함으로써 이 잠재적 이미지를 실제 이미지로 바꿀 수 있다”고 말했다. 사실 오랑은 숙련된 사진작가이기도 한데 그가 2014년 물리학을 전공한 대학원생 새뮤얼 로드리크스와 공동으로 작업하기로 한 뒤 이번 연구가 시작됐다. 연구팀은 이 연구에서 원래 보이든 교수가 뇌 조직의 이미지를 확대하기 위해 개발한 ‘팽창 현미경’(ExM·Expansion Microscopy) 기술을 반대로 하는 과정에서 이번 기술을 개발할 수 있었다. 원래 기존 기술은 젤에 물질을 주입한 뒤 그것을 더 크게 만들어 쉽게 볼 수 있게 하는 것이지만, 이런 과정을 반대로 해서 나노 크기의 물체를 만들어낼 수 있었던 것이다. 물론 이전에도 다른 연구팀이 비슷한 레이저 기술을 사용해 2차원 구조를 만들어 낸 바 있다. 하지만 3차원 물체를 축소해 만드는 것은 그보다 훨씬 오랜 시간이 걸릴 뿐만 아니라 시행 과정도 어렵다. 이번 기술은 앞으로 가정이나 학교에서 쉽게 사용할 수 있게 될 것이라고 연구팀은 기대감을 드러냈다. 사진=MIT 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

최악의 난치성 자가면역질환인 루프스는 얼굴에 나비모양의 홍반이 나타나는 것이 특징인데 마치 늑대에 물린 것과 비슷해 늑대를 의미하는 라틴어 ‘Lupus’로 불린다. 루프스의 원래 명칭은 ‘전신성 홍반성 루프스’로 얼굴 뿐만 아니라 몸 전체에서나 증상이 나타날 수 있다는 것이다. 루프스로 인해 나타나는 증상은 700가지 이상이며 루프스 발병과 관련된 변이 유전자만도 60개 정도로 정확히 루프스를 유발시키는 원인은 밝혀지지 않은 상태다. 이 때문에 루프스가 발병하면 증상을 완화시키는 대증요법 수준의 치료만 가능할 뿐 근본적 치료는 어려운 상태다. 그런데 국내 연구진이 루프스를 유발시키는 발병 유전자를 찾아내 치료제 개발에 청신호를 켰다. 기초과학연구원(IBS) 면역미생물공생연구단, 포스텍 생명과학과, 아주대병원 류머티스내과 공동연구팀은 ‘Ets1’라는 유전자의 변이나 결실이 루프스 발병에 핵심적 요인이라는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구결과는 면역학 분야 국제학술지 ‘면역’ 19일자에 실렸다. 루프스는 단순히 피부에 홍반이 생기는 것 뿐만 아니라 피부, 신장, 폐, 혈관, 뇌 등 신체 각 부위에 염증을 일으키고 심할 경우 사망에 이르게 하는 질환으로 국내에서도 2만 여명의 환자가 있는 것으로 추정되고 있다. 연구팀은 아시아계 루프스 환자에게서 Ets1 유전자 변이가 많이 나타난다는 사실에 주목했다. 연구팀은 Ets1 유전자를 만들어 내지 못하는 생쥐들의 경우 루프스 환자처럼 비장이 커지고 임파선염, 피부염 등의 증상이 나타나는 것을 확인했다. 특히 이 과정에서 항체 생성에 도움을 주는 면역T세포의 일종인 Tfh2 세포가 루프스 증상을 유도한다는 사실도 처음으로 밝혀냈다. Tfh2 세포의 증가는 항체 생성을 촉진하는 인터루킨4 단백질의 증가에도 밀접하게 연관된다는 것을 알아냈다. 즉 Est1 유전자에 돌연변이가 생기면서 Tfh2 세포가 급격이 증가하고 인터루킨4 단백질 생성이 많아지면서 건강한 장기를 외부에서 침입한 이질적인 존재로 인식해 공격하는 자가 항체가 만들어진다는 것이다.실제로 루프스 증상이 나타난 생쥐에게 인터루킨 4 활성을 저해시키는 항체를 투여하면 루프스 증상이 완화된다는 사실을 연구팀은 확인했다. 연구팀은 루프스 환자의 혈액 내 T세포에서 Ets1 단백질 발현이 저하된다는 사실을 확인함으로써 Ets1 유전자 변이가 루프스 환자의 중증도에 밀접한 관계가 있다는 것을 밝혀냈다. 임신혁 포스텍 교수는 “이번 연구는 그동안 밝혀지지 않았던 Est1 유전자와 Tfh2 세포의 관계를 밝혀냄으로써 Tfh2 세포의 생성과 기능을 제어할 수 있는 약물이 개발된다면 자가면역 질환 치료에 도움이 될 수 있음을 보여줬다”고 말했다. 서창희 아주대의대 교수도 “동물실험 결과가 실제 환자에게서 관찰되는 비슷한 병리적 증상이 나타난다는 것을 확인함으로써 신규 치료제 개발에 청신호가 켜졌다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

치매를 일으키는 가장 흔한 신경퇴행성 뇌질환 알츠하이머병을 조기진단하는 뇌스캔 기술을 미국 과학자들이 개발해냈다. 미국핵의학회 공식학술지 ‘핵의학저널’(Journal of Nuclear Medicine) 12월호에 실린 연구논문에 따르면, 존스홉킨스의대 연구진이 개발한 이 기술은 PET(양전자방출촬영) 기술로, 이른바 ‘추적자’(tracer)로 불리는 방사성 진단약을 뇌에 주입하면 알츠하이머병의 원인 중 하나인 타우 단백질과 결합해 조기진단이 가능하다. 특히 이번 진단약은 기존 진단약보다 타우 단백질에만 결합해 잠재적 타우 단백질의 정량화를 더욱 명확하게 해준다고 연구진은 설명했다. 따라서 이번 기술은 알츠하이머병을 조기진단해 진행을 늦추고 더 나아가 치료하는 길을 연 것이라고 볼 수 있다. 물론 알츠하이머병은 타우 단백질 외에도 아밀로이드 베타로 불리는 단백질도 관계가 있다. 이런 단백질이 뇌에 축적되면 뉴런(신경세포)에 산소 공급을 막아 사멸하게 함으로써 기억 손실과 혼란을 일으키는 것이다. 결국 알츠하이머병 환자는 인지기능과 행동기능, 그리고 신체기능의 능력이 떨어지는 경험을 하게 된다. 이에 대해 이번 연구에 주저자로 참여한 존스홉킨스의대 방사선학자 딘 웡 박사는 “알츠하이머병을 연구할 때 가장 크게 문제가 되는 점 중 하나가 바로 이런 단백질이 실시간으로 늘어나는 것을 지켜볼 수 없었다는 것”이라고 설명했다. 연구진은 이전 연구에서 잠재적 방사성 진단약 약 550개를 시험한 뒤 3개로 축소할 수 있었다. 그리고 이번 연구에서 이들은 알츠하이머병 환자 12명을 비롯해 젊은 대조군(만 25~38세) 7명과 나이 든 대조군(만 50세 이상) 5명을 대상으로 방사성 진단약의 성능을 조사했다. 연구진은 첫 번째 실험에서 각 참가자를 대상으로 진단약 후보 3개 중 2개를 임의로 주입하고 나서 PET 스캔을 통해 성능을 평가했다. 이를 통해 18F-RO-948로 명명된 진단약 후보의 성능이 가장 뛰어나다는 것을 확인할 수 있었다. 두 번째 실험에서는 이 최적의 진단약 성능을 더욱 자세히 확인하기 위해 알츠하이머병 환자 11명과 대조군 10명을 대상으로 16개월 뒤 추가 PET 스캔을 시행했다. 그리고 이를 통해 이 진단약 후보가 현재 쓰이고 있는 18F-AV1451보다 다른 조직에 무분별하게 달라붙지 않아 정량화할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 이번 진단약이 뇌에 얼마나 많은 타우 단백질이 쌓이는지를 더 잘 이해할 수 있게 해주는 것이다. 이에 대해 웡 박사는 “이제 우리는 신경과학자들이 알츠하이머병을 조기에 진단하고 앞으로 치료 방법을 개발하는 데 도움이 되는 뇌 속 타우 단백질을 영상화하는 데 적어도 두 가지 방법을 알게 된 것”이라고 말했다. 사진=존스홉킨스 의대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

기생은 좋은 의미로 사용되지는 않지만, 많은 생물이 이 방식으로 삶을 영위한다. 일반적으로 기생하지 않을 것처럼 생각되는 동물도 예외가 아닌데, 대표적인 경우가 바로 말벌이다. 다양한 기생 말벌이 다른 곤충이나 절지동물을 숙주로 삼아 자신의 애벌레를 안전하게 키우고 성체가 되면 독립생활을 한다. 그런데 놀랍게도 숙주의 행동을 마음대로 조종하는 기생 말벌이 발견됐다. 브리티시 콜럼비아 대학의 필리페 페르난데스-포이어는 에콰도르의 열대 우림에서 사회적 거미의 일종인 아넬로시무스(Anelosimus eximius)의 생태를 조사하던 중 이상한 일을 발견했다. 이 거미는 여러 개체가 하나의 공동 군집을 이루는 사회적 곤충으로 평생 둥지를 떠나지 않는데, 일부 거미가 둥지를 이탈해 거미줄로 고치 같은 구조물을 만드는 행동을 보였다. 그 원인을 조사한 결과 이 거미의 복부에서 숙주의 체액을 빨아먹는 자티포타(Zatypota)속의 기생 말벌 애벌레가 발견됐다. 이 기생 말벌은 숙주인 거미에 알을 낳은 후 여기서 부화한 애벌레가 숙주의 체액을 빨아먹으면서 성장한다. 이 과정에서 숙주는 애벌레를 보호할 뿐 아니라 꾸준히 영양분을 섭취해 애벌레에 공급한다. 더 놀라운 일은 애벌레가 성체로 변태를 할 때가 되면 군집을 벗어나 고치를 만들게 유도한다는 것이다. 숙주의 행동을 조종하는 기생충의 사례는 종종 보고되지만, 대개 톡소플라스마처럼 뇌에 감염되는 경우다. 톡소플라스마에 감염된 쥐는 고양이에 대한 두려움이 적어지고 과잉 행동을 해 고양이에 쉽게 잡아 먹힌다. 이런 방법으로 톡소플라스마는 최종 숙주인 고양이의 체내로 들어간다. 그런데 이 경우는 숙주의 몸 밖에서 행동을 조절하는 것이고 본래는 전혀 하지 않는 행동을 하도록 유도하는 것이기 때문에 과학자들에게 놀라움을 주는 것이다. 어떻게 이렇게 숙주의 행동을 몸 밖에서 정밀하게 조종하는지는 알 수 없지만, 이 기생 말벌의 존재는 행동을 조절하는 뇌의 작동 방식을 이해하는데 좋은 동물 모델이 될 수 있다. 절지동물보다 훨씬 복잡한 사람의 뇌는 이렇게 쉽게 조종할 순 없겠지만, 단순하기 때문에 사람의 뇌보다 연구가 쉽다. 앞으로 후속 연구 역시 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

노년층의 가장 큰 걱정 중 하나는 다름 아닌 ‘기억을 잃는다는 것’이다. 기억을 잃는다는 것은 자신이 살아온 추억들과 삶의 흔적을 잃는다는 의미와 함께 아름답게 노년을 마무리할 수 없다는 점 때문에 많은 사람들이 치매를 걱정하는 것이다. 치매는 여러가지 원인이 있지만 절반 가까이가 알츠하이머로 인한 치매이다. 많은 연구자들이 알츠하이머 치매를 정복하기 위해 노력하고 있지만 아직 뚜렷한 성과는 보이지 않고 있는 상황이다. 이런 가운데 신경과학자들이 퇴행성 신경질환의 전형적인 특징인 ‘끈적한 단백질’이 특정 조건에서 사람들 사이를 옮겨가며 전염될 수 있다는 연구결과를 밝혀 주목받고 있다. 영국 런던대 프리온질병연구소, 국립신경외과병원, 미국 하버드대 의대 부속 브리검여성병원, 일본 이화학연구소(리켄) 뇌과학센터 공동연구팀은 특정한 의학적, 외과적 절차로 인해 베타아밀로이드 단백질 같은 것들이 사람들 사이를 옮겨가 뇌질환으로 이어질 수 있다는 증거를 추가로 확보하고 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 14일자에 발표했다. 연구팀은 자신들의 연구결과가 알츠하이머가 다른 감염성 질병처럼 전염될 수 있다는 말은 아니라고 지적했다. 이번 연구는 영국 런던대 프리온질병연구소 연구진이 2015년 발표한 연구의 후속편 격이다. 연구진은 당시 크로이츠펠트야콥병(CJD)로 사망한 4명의 뇌를 기증받아 분석하던 중 베타아밀로이드 단백질을 발견했는데 이들은 유년 시절 성장호르몬 치료를 받았는데 그들에게 사용된 성장호르몬이 여러 사람에게서 기증 받은 수 천개에 이르는 뇌하수체에서 추출된 것이었다. 즉 어린 시절 치료받았던 성장호르몬에 포함됐던 베타아밀로이드 단백질이 뇌에 침착됐을 것이라는 결론을 내린 것이다. 영국에서는 1985년 죽은 사람에게서 추출한 성장호르몬 치료를 중단하고 합성호르몬 치료로 대체됐다. 연구팀은 이번 연구에서 문제 있는 단백질이 오염된 생물학 제제를 통해 전염될 수 있다는 사실을 다시 한 번 확인했다. 연구팀은 영국 남부 국립공중보건연구단지인 포턴다운의 한 연구실에서 수 십년 동안 실온에서 분말상태로 보관된 예전 성장호르몬 제제를 분석한 결과 일부 제제에서 상당한 수준의 베타아밀로이드 단백질이 검출됐다.연구팀은 오랜 시절 보관된 베타아밀로이드 단백질이 실제 알츠하이머 질환을 유발할 수 있는지 생쥐실험을 실시했다. 생쥐의 뇌에 오래된 성장호르몬 제제를 직접 주사한 뒤 관찰한 결과 나이가 든 뒤 베타아밀로이드 단백질 덩어리들이 뇌에 광범위하게 발생한 것이 확인됐다. 반면 합성호르몬 제제를 주사받거나 아무런 조치를 취하지 않은 생쥐들의 뇌는 깨끗하거 건강한 상태를 보인 것으로 나타났다. 연구팀은 베타아밀로이드 단백질은 수 십년 동안 활성을 잃지 않고 보관될 수 있는 만큼 외과의사들은 특히 주의해야 한다고 당부했다. 베타아밀로이드 단백질은 수술도구에 단단하게 달라붙는 경향이 있고 병원 수술도구의 표준오염제거방법으로도 완전히 없앨 수 없을 것이라는 설명이다. 이 때문에 노인층에게 사용했던 수술도구를 어린이나 청소년들에게 사용하면 특히 위험하다고 지적했다. 이번 연구를 주도한 존 콜린지 런던대 신경학 교수는 “베타아밀로이드 단백질의 전염성이 당장은 큰 문제를 일으키지 않을 수도 있겠지만 시급히 조사할 필요는 있다”라고 강조했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

기생은 좋은 의미로 사용되지는 않지만, 많은 생물이 이 방식으로 삶을 영위한다. 일반적으로 기생하지 않을 것처럼 생각되는 동물도 예외가 아닌데, 대표적인 경우가 바로 말벌이다. 다양한 기생 말벌이 다른 곤충이나 절지동물을 숙주로 삼아 자신의 애벌레를 안전하게 키우고 성체가 되면 독립생활을 한다. 그런데 놀랍게도 숙주의 행동을 마음대로 조종하는 기생 말벌이 발견됐다. 브리티시 콜럼비아 대학의 필리페 페르난데스-포이어는 에콰도르의 열대 우림에서 사회적 거미의 일종인 아넬로시무스(Anelosimus eximius)의 생태를 조사하던 중 이상한 일을 발견했다. 이 거미는 여러 개체가 하나의 공동 군집을 이루는 사회적 곤충으로 평생 둥지를 떠나지 않는데, 일부 거미가 둥지를 이탈해 거미줄로 고치 같은 구조물을 만드는 행동을 보였다. 그 원인을 조사한 결과 이 거미의 복부에서 숙주의 체액을 빨아먹는 자티포타(Zatypota)속의 기생 말벌 애벌레가 발견됐다. 이 기생 말벌은 숙주인 거미에 알을 낳은 후 여기서 부화한 애벌레가 숙주의 체액을 빨아먹으면서 성장한다. 이 과정에서 숙주는 애벌레를 보호할 뿐 아니라 꾸준히 영양분을 섭취해 애벌레에 공급한다. 더 놀라운 일은 애벌레가 성체로 변태를 할 때가 되면 군집을 벗어나 고치를 만들게 유도한다는 것이다. 숙주의 행동을 조종하는 기생충의 사례는 종종 보고되지만, 대개 톡소플라스마처럼 뇌에 감염되는 경우다. 톡소플라스마에 감염된 쥐는 고양이에 대한 두려움이 적어지고 과잉 행동을 해 고양이에 쉽게 잡아 먹힌다. 이런 방법으로 톡소플라스마는 최종 숙주인 고양이의 체내로 들어간다. 그런데 이 경우는 숙주의 몸 밖에서 행동을 조절하는 것이고 본래는 전혀 하지 않는 행동을 하도록 유도하는 것이기 때문에 과학자들에게 놀라움을 주는 것이다. 어떻게 이렇게 숙주의 행동을 몸 밖에서 정밀하게 조종하는지는 알 수 없지만, 이 기생 말벌의 존재는 행동을 조절하는 뇌의 작동 방식을 이해하는데 좋은 동물 모델이 될 수 있다. 절지동물보다 훨씬 복잡한 사람의 뇌는 이렇게 쉽게 조종할 순 없겠지만, 단순하기 때문에 사람의 뇌보다 연구가 쉽다. 앞으로 후속 연구 역시 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

지난 11월 영국 맨체스터 대학은 실시간으로 뇌의 시뮬레이션이 가능한 슈퍼컴퓨터 ‘스피네이커’(SpiNNaker)를 공개했다. 스피네이커는 일반적인 슈퍼컴퓨터와 달리 연산처리장치에 인간의 뇌를 모방한 뉴로모픽칩이 탑재된다. 뉴로모픽칩은 동물의 신경망 구조를 하드웨어로 구현한 것으로 우리가 흔히 사용하는 CPU와 구조적으로 전혀 다르며 전력소모가 작다는 장점이 있다.스피네이커는 최초의 뉴로모픽 슈퍼컴퓨터로 약 10억 개의 신경세포를 가지고 있는 쥐의 뇌를 실시간으로 모사하는 것이 목표다. 과거 스위스 로잔연방공과대에서 진행했던 블루 브레인 프로젝트가 전통적인 슈퍼컴퓨터를 활용해 뇌를 시뮬레이션하는 접근이었다면 스피네이커는 컴퓨터 자체를 뇌 신경계와 유사하게 구축한다는 점에서 차별화되고 있다. 인공지능(AI)은 알파고 쇼크 이후 IT 분야에서 전 세계적인 관심이 집중되고 있다. AI의 핵심인 심층학습은 복잡한 데이터에서 성공적으로 패턴을 인식하는 기술로 자리잡았지만 태생적인 한계를 갖고 있다. 심층학습의 가장 큰 한계는 스스로 학습하는 방법을 모른다는 것이다. 이 간극을 메워 주기 위한 긴급 처방은 다양한 데이터 확보로 볼 수 있지만 근본적 해결책은 될 수 없다. AI 자체의 성능 향상, 즉 스스로 학습하는 기계를 개발하기 위해 연구자들은 인간의 뇌에 집중하고 있다. 알파고를 개발한 구글의 딥마인드 역시 심층학습의 한계를 극복하기 위해 뇌 구조에서 영감을 얻고 있다. 이처럼 미래의 AI는 결국 인간의 뇌 신경계를 모방해 발전할 가능성이 높다. 유럽연합(EU)은 인간의 뇌 신경계를 분석하기 위해 대규모 프로젝트를 진행해 왔다. 스피네이커 역시 2013년부터 진행된 휴먼 브레인 프로젝트의 일환이다. AI는 미국과 중국을 중심으로 한 양강구도가 형성됐다. 특히 구글, 바이두와 같은 글로벌 IT 기업들이 선도함에 따라 EU의 입지는 좁아지고 있는 실정이다. 그러나 EU는 전통적인 기초과학 강국으로 휴먼 브레인 프로젝트를 발족해 AI의 새 지평을 열기 위한 노력을 이어 가고 있다. 스피네이커 역시 지난 20여년간의 지속적인 칩 설계와 10년간의 구축을 통해 결실을 맺은 것이다. 꾸준한 연구와 기다림의 산물인 스피네이커가 펼쳐낼 미래 AI 세상이 궁금해진다.

몇 년 전 60대 중반의 남성이 필자의 외래진료실을 찾아왔다. 놀랍게도 30대 중반부터 30년간 한 번도 누워서 잔 적이 없다고 했다. 그는 자려고 누우면 다리에 형언하기 힘든 이상한 느낌과 다리를 움직이고 싶은 충동이 들어 밤새 다리를 주무르며 졸았다가 깨기를 반복했다.하지만 낮에는 아무 이상 없이 지냈고 다시 밤이 돼 자려고 누우면 증상이 시작됐다. ‘하지불안증후군’의 전형적인 증상이었다. 필자는 뇌에서 ‘도파민’을 증가시키는 약물을 처방했고, 그다음부터 환자는 편안히 잘 수 있었다고 했다. 이후 아들도 같은 증상이 있다며 함께 내원해 치료를 받고 증상이 개선됐다. 너무도 극적으로 증상이 완화된 환자여서 지금도 기억에 남는다. 하지불안증후군 환자의 뇌에는 어떤 변화가 있는 것일까. 하지불안증훈군이 의학적으로 알려지기 시작한 것은 1944년 스웨덴의 신경학자 칼 에크봄 박사가 자신의 박사학위 논문을 발표하면서다. 또 토머스 윌리스라는 영국 의사는 1685년 첫 번째 증례 보고를 발표하기도 했다. 그래서 하지불안증후군을 ‘윌리스-에크봄 병’으로도 부른다. 하지불안증후군의 정확한 병태생리는 밝혀지지 않았지만 철분 저하와 도파민 계통의 기능 이상이 원인으로 지목되고 있다. 철분이 도파민 생산 경로에서 조효소로 작용하는 것을 감안하면 두 원인은 연관성도 있다. 따라서 철결핍성 빈혈, 임신, 만성 콩팥 질환이 있는 환자에게서 하지불안증후군이 잘 나타날 수 있다. 철분을 보충하는 것만으로도 증상이 없어지기도 하기 때문에 치료 초기 ‘저장철’(페리틴) 검사는 필수다. 하지만 철분 이상이 없는 환자 사례가 더 많기 때문에 철분 부족만 원인이라고 단정할 수 없다. 우리나라 유병률은 0.9%이고 환자의 60% 이상에서 가족력이 있다. 유전자 연구에서는 유전적 소인과 조기 발병의 강한 상관관계를 발견했다. 특히 철분의 이동, 도파민 합성, 운동신경 발달, 도파민 뉴런의 보호, 척수 감각 경로 발달 등과 관련된 유전자의 연관성이 높다. 뇌영상 연구에서는 운동 조절과 관계되는 ‘흑질’과 ‘조가비핵’에서 철분량이 낮아져 있었다. 최근 조용원 계명대 의대 교수팀의 보고에 따르면 신경세포로 철분이 제대로 흡수되지 않으면 1차적으로는 흑질과 시상에서 도파민 기능 이상이 나타나지만, 이어 도파민 관련 네트워크와 감각운동 네트워크로 기능 이상이 확대된다고 한다. 1년 전 학술지 ‘네이처 제네틱스’에는 영국 바이오뱅크 데이터를 기반으로 한 불면증의 유전체 연관성 연구 결과가 실렸다. 흥미롭게도 하지불안증후군과 연관성이 높은 ‘MEIS1 유전자’가 불면증 연구에서도 가장 연관성이 높은 것으로 나타났다. 하지불안증후군은 비교적 새롭게 발견된 질환으로, 환자와 의사 모두 대수롭지 않게 여길 수도 있다. 그러나 일단 진단만 하면 비교적 치료 반응이 좋아 꼭 수면의학 전문가를 찾아 조기진단과 치료를 하도록 권하고 싶다.