요즘처럼 더위가 기승을 부리는 계절엔 시원한 에어컨이 돌아가는 실내에서 생활하는 것이 축복이라는 생각이 든다. 심지어 에어컨을 만든 사람에게 노벨상이라도 주고 싶은 심정이다. 할 수만 있다면 하루 종일 더운 곳을 피해 실내에만 있고 싶다. 더위 때문이 아니더라도 현대인은 대체로 하루의 90%를 실내에서 생활한다. 이 같은 현대인의 생활 패턴이 건강에 특별한 영향을 미칠 것이라는 추정은 ‘합리적 의심’이라 할 수 있을 것이다. 이런 맥락에서 햇빛에 노출될 때 피부에서 합성하는 비타민D는 중요한 연결고리일 수 있다. 2010년 국민건강영양조사에서는 한국인의 93%가 혈중 비타민D 결핍 상태로 나타났다. 비타민D는 뼈를 튼튼하게 하고, 면역력을 높이고, 암 사망률을 낮추는 데 도움이 되는 것으로 알려져 있다. 그럼 뇌건강에도 영향을 미칠까. 비타민D 그 자체로는 인체에 아무런 영향도 미치지 않는다. 간과 콩팥을 거치면서 활성화돼야 한다. 그런데 호주 퀸즐랜드대 데릴 아일스 교수는 콩팥에서 비타민D 활성화를 조절하는 효소가 인간의 뇌 안에도 존재한다는 것을 입증했다. 활성화된 비타민D는 세포막의 ‘비타민D 수용체’와 결합한 뒤 ‘레티노산 수용체’와 복합체를 형성하고 세포 핵 안으로 들어가 DNA에 결합한다. 이를 통해 다양한 유전자의 발현을 조절한다. 따라서 비타민D가 뇌에서 어떤 기능을 하는지 알아보려면 비타민D 수용체가 많이 발현되는 뇌 부위를 살펴봐야 한다. 비타민D 수용체는 기억을 담당하는 ‘해마’, 인지기능을 담당하는 ‘대뇌피질’, 감정을 담당하는 ‘변연계’에서 많이 발현된다. 또 도파민 뉴런(신경전달물질 도파민을 합성해 방출하는 신경세포)이 많은 ‘흑질’이라는 뇌부위에서도 많이 발현된다. 흑질 도파민 뉴런의 소실이 파킨슨병의 원인이라는 사실은 이미 잘 알려진 얘기다. 일본 지케이의대 미쓰요시 우라시마 교수는 1년간 비타민D를 투여하면 ‘파킨슨병’ 증상 악화를 막을 수 있다는 사실을 임상시험에서 확인한 바 있다. 비타민D 결핍은 치매의 원인인 ‘알츠하이머병’과도 깊은 관계가 있다. 2015년 미국 럿거스대 조슈아 밀러 교수팀은 비타민D 결핍 정도가 심할수록 인지기능 저하 속도가 현저히 빨라지는 것을 발견해 학계에 보고했다. 비타민D는 뇌발달에도 중요한 역할을 한다. 퀸즐랜드대 존 맥그래스 교수는 4229명의 산모와 신생아를 대상으로 임신 중기 혈중 비타민D 수치를 측정하고 주기적으로 ‘자폐증’ 관련 경향을 확인했다. 연구 결과 임신 중기에 비타민D 결핍 증상이 생기면 일반 신생아와 비교해 자폐증 발생 위험이 2.42배 높아졌다. 비타민D 결핍이 수면장애를 유발하는 기전은 아직 불분명하지만 근골격계 통증 유발, 염증 유발 물질 발생, 하지불안증후군 등과 관련이 있을 것으로 보인다. 최근 채창호·손준석 성균관대 교수팀은 실내 작업자 1472명을 조사해 비타민D 결핍이 있는 사람의 수면 질이 낮고 잠드는 데 더 많은 시간이 걸리며 수면 시간도 짧다는 사실을 밝혀냈다. 이렇듯 비타민D는 파킨슨병, 치매, 자폐증, 수면장애 등 다양한 신경정신질환과 깊은 연관성이 있다는 사실이 속속 밝혀지고 있다. 비타민D는 비타민A·B·C와 달리 우리 몸에서 생산 가능하다. 현대인은 햇빛을 볼 기회가 점점 줄어 이런 자체 생산기능이 무용지물이 되고 있다. 더위도 이제 막바지다. 선선한 계절이 오면 뇌건강을 위해 야외로 나가 햇빛 속에서 비타민D 합성을 해보는 것은 어떨까. 몸도 마음도 건강해질 수 있다.

지난해 기준 한국 학생들의 1일 학습시간은 8시간 55분으로 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 1위다. 이런 상황에도 불구하고 공부하고 기억해야 할 것들은 점점 늘어나 ‘자는 동안에도 공부한 것들을 기억할 수 있었으면’하는 생각을 하는 학생들이 많다. 실제로 뇌파를 조절해 자는 동안에 기억력을 높일 수 있는 방법이 나왔다. 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성연구단 신희섭 단장팀은 수면 중 나오는 뇌파를 조절해 기억력을 2배 가까이 높일 수 있다는 사실을 발견하고 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 7일자에 발표했다. 수면 중에 나타나는 3가지 종류의 뇌파를 동시에 발생시키면 학습된 내용을 오랫동안 기억할 수 있게 할 수 있다는 것이다. 사람을 포함한 동물은 잠자는 동안 수면방추파라는 뇌파가 발생한다. 숙면을 돕는 것으로 알려진 수면방추파는 학습 기억을 강화하는 데도 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 대뇌피질의 서파와 해마에서 발생하는 SWR파도 학습과 기억에 관여하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 3가지 뇌파가 상호작용할 경우 기억을 오래가게 만들 수 있을 것이라는 데 착안했다. 일단 생쥐의 두개골을 열어 뇌에 광케이블을 꽂은 뒤 빛으로 특정 뇌파가 발생하도록 수술했다. 연구팀은 30초간 특정 소리를 들려주다가 마지막 2초 동안 강한 전기충격을 가함으로써 공포기억을 심었다. 그다음 생쥐들을 세 그룹으로 나눠 잠을 자는 동안 한 그룹은 3가지 뇌파가 생기도록 유도하고 다른 그룹은 수면방추파만 유도하고 나머지는 아무런 조작을 하지 않았다. 그 결과 3가지 뇌파가 동시에 유도한 그룹의 생쥐들은 다른 생쥐들에 비해 공포기억이 오래가는 것이 확인됐다. 또 광케이블을 이용해 뇌신경세포의 활성도를 낮추면 공포기억을 사라지게 할 수 있다는 사실도 알게 됐다. 신 단장은 “이번 연구는 장기기억 형성에 관여하는 여러 종류의 뇌파 간 상호작용을 구체적으로 밝혀냈다는 데 의미가 크다”며 “모자나 헤어밴드 형태로 뇌파를 조정할 수 있다면 생쥐들처럼 뇌에 칩을 심지 않고도 학습기억을 오래가도록 만들 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

알츠하이머병 등 치매와 관련이 있는 경유차의 배출가스가 10~20대는 물론, 3세 어린이들의 뇌에서도 발견됐다는 충격적인 연구 결과가 나왔다. 9일(현지시간) 영국 일간 데일리메일 등 외신 보도에 따르면, 미국 몬태나대학 등 국제 연구진이 건강하지만 사고로 사망한 멕시코시티 출신 20대 21명과 아동 13명의 뇌를 조사해 위와 같은 결론을 내렸다. 연구진은 3세밖에 안 된 어린이 뇌의 뉴런과 신경교, 맥락막망, 그리고 신경혈관 구조에서 연소 과정에서 유래하는 나노입자(CDNP)의 수치가 높다는 것을 발견했다. 이른바 PM2.5로 알려진 이런 초미세먼지는 특히 경유 자동차의 배출가스와 밀접한 관계가 있다고 데일리메일은 지적했다. 연구진은 이번 연구논문에서 “치매의 주 원인은 자동차 배출가스라는 뻔히 보이는 곳에 숨어 있었고 이런 물질은 아이들에게 흡입돼 뇌를 손상시키고 있었다”고 말했다. 이번 연구에 따르면, 현미경으로 봐야 보이는 초미세먼지는 14세 아이 뇌의 주요 부분에 명백한 손상을 입혔다. 특히 멕시코 시티 남동부 출신인 이 소녀의 뇌 전두엽에는 초미세먼지 농도가 매우 높았다. 여기서 전두엽은 주의집중력과 단기 기억력 등을 관장하는 주요 영역이다. 이에 대해 연구진은 “엄청난 양의 나노입자(초미세먼지)가 내강의 적혈구와 내피세포, 그리고 기저막에서 발견됐다. 비슷한 손상은 다른 10대 아이들과 대부분이 20대인 젊은 성인들에게서도 나타났다”면서 “그렇지만 오염되지 않은 지역에 사는 사람들에게서는 똑같은 손상 징후가 나타나지 않았다”고 설명했다. 또한 이런 손상은 청소년기 폭력 등 행동 문제를 설명할 수 있으며 나이 들어 알츠하이머병이 발병하는 원인이 될 수도 있다고 연구진은 말했다. 물론 알츠하이머병은 유전적 특성과 크게 관련해 있는 것으로 생각되지만, 흡연과 비만, 그리고 운동 부족과 같은 다른 요인이 발병 위험을 키울 수 있다는 증거는 점차 늘고 있다. 즉 이번 연구는 대기 오염 역시 알츠하이머병의 위험 요인 중 하나가 될 수 있다는 것을 제시하는 것이다. 경유 자동차는 지구 온난화의 원인이 되는 온실 가스인 이산화탄소의 배출량이 적어 1970년대부터 환경 친화적인 선택으로 홍보돼 왔다. 하지만 최근 몇 년 사이에 과학자들은 이런 경유 차량의 배출 가스가 우리 인간의 건강을 해치는 초미세먼지와 질소 산화물을 더 많이 생성한다는 사실을 발견했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘알츠하이머병 저널’(Journal of Alzheimer’s Disease) 최신호(6월 3일자)에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

알츠하이머병 등 치매와 관련이 있는 경유차의 배출가스가 10~20대는 물론, 3세 어린이들의 뇌에서도 발견됐다는 충격적인 연구 결과가 나왔다. 9일(현지시간) 영국 일간 데일리메일 등 외신 보도에 따르면, 미국 몬태나대학 등 국제 연구진이 건강하지만 사고로 사망한 멕시코시티 출신 20대 21명과 아동 13명의 뇌를 조사해 위와 같은 결론을 내렸다. 연구진은 3세밖에 안 된 어린이 뇌의 뉴런과 신경교, 맥락막망, 그리고 신경혈관 구조에서 연소 과정에서 유래하는 나노입자(CDNP)의 수치가 높다는 것을 발견했다. 이른바 PM2.5로 알려진 이런 초미세먼지는 특히 경유 자동차의 배출가스와 밀접한 관계가 있다고 데일리메일은 지적했다. 연구진은 이번 연구논문에서 “치매의 주 원인은 자동차 배출가스라는 뻔히 보이는 곳에 숨어 있었고 이런 물질은 아이들에게 흡입돼 뇌를 손상시키고 있었다”고 말했다. 이번 연구에 따르면, 현미경으로 봐야 보이는 초미세먼지는 14세 아이 뇌의 주요 부분에 명백한 손상을 입혔다. 특히 멕시코 시티 남동부 출신인 이 소녀의 뇌 전두엽에는 초미세먼지 농도가 매우 높았다. 여기서 전두엽은 주의집중력과 단기 기억력 등을 관장하는 주요 영역이다. 이에 대해 연구진은 “엄청난 양의 나노입자(초미세먼지)가 내강의 적혈구와 내피세포, 그리고 기저막에서 발견됐다. 비슷한 손상은 다른 10대 아이들과 대부분이 20대인 젊은 성인들에게서도 나타났다”면서 “그렇지만 오염되지 않은 지역에 사는 사람들에게서는 똑같은 손상 징후가 나타나지 않았다”고 설명했다. 또한 이런 손상은 청소년기 폭력 등 행동 문제를 설명할 수 있으며 나이 들어 알츠하이머병이 발병하는 원인이 될 수도 있다고 연구진은 말했다. 물론 알츠하이머병은 유전적 특성과 크게 관련해 있는 것으로 생각되지만, 흡연과 비만, 그리고 운동 부족과 같은 다른 요인이 발병 위험을 키울 수 있다는 증거는 점차 늘고 있다. 즉 이번 연구는 대기 오염 역시 알츠하이머병의 위험 요인 중 하나가 될 수 있다는 것을 제시하는 것이다. 경유 자동차는 지구 온난화의 원인이 되는 온실 가스인 이산화탄소의 배출량이 적어 1970년대부터 환경 친화적인 선택으로 홍보돼 왔다. 하지만 최근 몇 년 사이에 과학자들은 이런 경유 차량의 배출 가스가 우리 인간의 건강을 해치는 초미세먼지와 질소 산화물을 더 많이 생성한다는 사실을 발견했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘알츠하이머병 저널’(Journal of Alzheimer’s Disease) 최신호(6월 3일자)에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

환경오염이 심해지면서 요즘은 수돗물도 함부로 마시지 않는 분위기이지만 예전에는 동네마다 있는 약수터에서 맑고 시원한 지하수를 맘껏 마셨다. 약수를 받기 위해 물통을 길게 줄세워 놓는 풍경도 익숙했다. 무더운 여름 등산을 하다가 산 중턱에서 만나는 약수터에서 시원하게 물 한 바가지를 들이켜면 절로 “카~! 물맛 참 좋다”는 감탄이 터져나온다.‘물맛’이라는 것이 있을까. 이는 오랫동안 과학자들이 궁금증을 가졌던 부분이기도 하다. 수천 년 동안 자연철학자들과 과학자들은 물은 무미(無味)하다고 주장해 왔다. 기원전 330년경 그리스의 철학자 아리스토텔레스도 “천연 상태의 물은 그 자체로 무미(tasteless)하며 물맛은 우리가 맛을 느낄 수 있는 기본 조건이자 미각의 기준점일 뿐”이라고 말하기도 했다. 그 이후에도 많은 과학자들이 물맛을 두고 논쟁을 벌여 왔지만 우리 혀에는 물맛을 감지하는 세포가 없기 때문에 물맛이라는 것은 있을 수 없다는 견해가 지배적이었다. 그런데 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 생물학 및 생명공학부와 독일 뒤스부르크 에센대 의대 공동연구진이 포유류의 혀에도 물맛을 감지하는 미각수용체(TRCs)가 있다는 사실을 확인하고 신경과학 분야 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’ 최신호에 발표했다. 곤충과 양서류가 물을 감지하는 신경세포를 갖고 있다는 것은 알려져 있었지만 포유류도 비슷한 세포를 갖고 있다는 증거가 발견된 것은 이번이 처음이다. 포유류 특히 사람의 혀는 최대 200가지의 복합적인 맛을 구별할 수 있지만 순수하게 혀가 인식하는 맛은 짠맛, 신맛, 단맛, 쓴맛, 감칠맛이라고 불리는 우마미(umami) 등 5가지로 알려져 있다. 글루탐산의 맛을 표현하는 감칠맛이 기본 맛에 포함된 것도 2000년에 들어서였다. 매운맛이나 떫은맛은 촉감이나 통감이 섞인 미각이기 때문에 혀가 순수하게 느끼는 맛에 포함되지 않는다. 그런데 혀가 순수하게 느끼는 여섯 번째 맛으로 ‘물맛’이 추가될 가능성이 높아진 것이다. 연구팀은 생쥐를 이용해 물을 감지하는 미각수용체를 찾는 실험을 실시했다. 연구팀은 유전자 변형을 통해 기본 5가지 맛을 느끼는 미각수용체를 차례로 제거하면서 생쥐가 물을 마실 때 특정 뇌 부위와 혀 세포가 어떤 반응을 보이는지 확인했다. 그 결과 물을 마셨을 때 신맛을 감지하는 감각수용체가 격렬하게 반응한다는 사실을 발견했다. 신맛 TRCs가 제거된 생쥐는 물과 투명하고 무미한 실리콘 오일을 구별하지 못하고 마시는 것으로 확인됐다. 즉 물맛을 느끼는 TRCs가 신맛을 느끼는 부분과 상당 부분 겹친다고 연구팀은 설명했다. 실험을 주도한 오카 유키 칼텍 교수는 “물이 혀에 묻어 있는 침을 씻어내는 순간 미각수용체가 반응하는 것으로 봐서는 물이 맛을 느끼는 혀의 감각세포인 미뢰의 pH(산도)를 변화시킴으로써 물맛을 느끼게 하는 것으로 추정된다”며 “물맛이 어떻다고 표현하기는 쉽지 않은 상태”라고 설명했다. 이에 앞서 쥐의 뇌간 영역에서 물에만 반응하는 뉴런을 발견한 파트리시아 디 로렌조 뉴욕주립대 행동신경과학 교수는 “기본적인 맛은 5가지밖에 없다는 지배적 견해에 대한 명쾌한 반론이 제기된 만큼 맛의 정의를 내리는 작업이 다시 시작돼야 할 것”이라고 지적했다. 포유류의 혀에서 물맛을 느끼게 하는 ‘아쿠아포린’이라는 단백질이 만들어진다는 사실을 밝혀낸 듀크대 시드니 사이먼 교수도 “물은 인체의 75%, 지표면의 75% 이상을 이루고 있을 정도로 흔한 물질인데 인간이 물맛을 느끼도록 진화되지 않았다면 그게 더 이상하지 않나”라고 말했다. 그렇지만 여전히 물맛이 여섯 번째 맛이 될 수 있는가에 대해서는 논란이 계속되고 있다. 특히 물맛이 기본 맛이 될 수 없다고 주장하는 과학자들은 “물에서 무슨 맛이 느껴진다는 것은 다른 것을 먼저 맛본 뒤에 경험하는 사후효과(after-effect)일 뿐이지 고유의 맛이라고 볼 수는 없다”며 “신 음식을 먹고 물을 마시면 단맛이 느껴지고 짠 음식을 먹고 물을 마시면 쓴맛이 나는 것과 같은 원리”라고 비판하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

미국의 한 기업이 사실상 사망 상태와 다름없는 것으로 판단되는 뇌사자를 살리기 위한 임상실험에 돌입한다. 바이오쿼크(Bioquark)라는 이름의 미국 기업은 라틴아메리카의 한 국가에서 뇌사자를 되살리는 연구를 시작하겠다고 밝혔다. 아이라 패스터 바이오쿼크 대표는 뇌 손상이 영구적인 사망을 의미하는 것은 아니며, 적절한 뇌 치료를 받을 경우 뇌사 이전의 상태로 ‘되살아날 수’ 있다고 주장해왔다. 바이오쿼크 측의 ‘뇌사자 되살리기’ 과정은 다음과 같다. 먼저 뇌사자 본인의 혈액에서 줄기세포를 추출한 뒤 이를 뇌 혈관과 연결된 주요 혈관에 주입한다. 이후 자체 개발한 단백질 혈청을 척수에 주사해 뉴런을 재생시킨다. 마지막으로 15일 동안 재생된 뉴런이 활동할 수 있게 하는 신경 자극 및 레이저 치료를 시작한다. 바이오쿼크의 이런 연구는 이미 지난해 4월 인도에서 시작됐다. 하지만 인도 당국이 윤리적인 문제를 들어 해당 연구를 강제 중지시키자 이후 바이오쿼크는 연구 가능한 국가를 모색하기 시작했다. 바이오쿼크의 이번 발표에 따르면 라틴아메리카의 한 국가와 해당 연구와 관련한 협상을 진행했고, 이 협상이 긍정적인 방향으로 진척되면서 올 연말 연구가 재개될 것으로 알려졌다. 이 회사의 ‘뇌사자 되살리기’ 연구가 학계의 관심을 끈 다양한 이유 중 하나는 동물실험을 하지 않는다는 것에 있다. 일반적으로 간단한 효능의 약물을 개발할 때에도 동물실험은 필수처럼 여겨진다. 동물실험 단계에서 비교적 안정적인 결과물이 나오면, 그 이후에 사람을 대상으로 한 임상실험 단계로 넘어간다. 하지만 바이오쿼크는 동물실험단계를 건너뛰고 곧바로 임상실험에 돌입하겠다고 밝혔고, 이러한 실험은 이르면 올 연말 시행될 것으로 알려졌다. 바이오쿼크 측은 “기존에 알려진 3단계에서 업그레이드 해, 체내 산소수치를 유지해주는 장치를 달고 아직 살아있는 뇌세포가 기능하게끔 하는 단계를 추가할 계획”이라고 밝혔다. 단 15일이면 뇌사자를 되살릴 수 있다고 주장하는 이 기업의 실험이 어떤 결과를 낳을지는 예측 불가능한 상황이다. 영화에서나 등장하는 좀비가 실존하게 될지도 모른다는 우려도 쏟아지고 있다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

수많은 사람이 모인 장소에서도 가족이나 친구들의 얼굴은 금세 알아볼 수 있다. 아는 사람인지 아닌지를 파악하는 것은 뇌 속에서 순간적으로 일어나는 일이지만 뇌과학자들에게 이 과정은 오랫동안 수수께끼로 남아 골머리를 앓게 만들었다. 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 생물·생명공학과 연구진은 원숭이 실험을 통해 뇌 속 ‘얼굴세포’(face cell)들이 얼굴의 개별적 특징을 우선 파악한 뒤 종합적으로 얼굴을 인식한다는 사실을 밝혀내고 세계적인 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 1일자에 발표했다. 지금까지 생물학계에서는 개별 신경세포들이 얼굴의 특징을 잡아내 인식한다는 가설과 뇌 신경세포들이 종합적으로 작동해 얼굴을 알아낸다는 두 가지 상반된 주장이 있었다. 연구팀은 뇌 전극을 삽입한 히말라야 원숭이 두 마리에게 2000명의 다양한 특성을 가진 사람 얼굴 사진을 보여 줬다. 각각의 사진을 볼 때 원숭이 뇌의 기능성 자기공명영상(fMRI)도 촬영했다. 그 결과 원숭이들은 얼굴을 인식할 때 205개의 뉴런이 활발하게 움직인다는 사실을 알게 됐다. 특히 이 뉴런들은 눈과 눈 사이의 거리 등 얼굴을 50개 특징으로 나눠 인식하는 것으로 나타났다. 원숭이들은 이렇게 각각의 특징을 파악한 다음 개별 정보를 종합함으로써 비슷하게 생긴 사람의 얼굴이라도 다르다는 것을 알게 된다는 것이다. 도리스 차오 교수는 “이번 연구는 안면인식 장애를 겪는 사람을 치료하거나 폐쇄회로(CC)TV 영상에서 범죄자를 선택적으로 확인하는 데 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

살아있는 잠자리에 초소형 센서와 태양열 패널, 내비게이션 등을 탑재시킨 ‘사이보그 잠자리’가 첫 비행에 성공했다. ‘드래곤플라이 프로젝트’라는 이름으로 개발된 이 사이보그 잠자리는 미국 하워드휴즈의학연구소와 연구개발 전문업체인 ‘드레이퍼’가 공동으로 제작했다. 이번 프로젝트는 작은 곤충에 사이버그 기술을 접목한 것으로, 뇌에서 잠자리의 감각기관 및 근육과 연결돼 있는 특정 뉴런을 빛에 반응하는 광섬유와 연결하는 기술을 현실화 했다. 이를 통해 마치 드론을 조종하듯 잠자리를 조종하거나 혹은 스스로 비행하게 하는 것 모두 가능하다. 여기에 사용된 광섬유는 매우 얇고 유연한 신소재로 제작한 것이며, 뇌신경 세포에 세밀하게 빛 자극을 줄 수 있다. 또 연구진은 센서와 내비게이션 등이 들어 있는 ‘백팩’의 무게를 줄이기 위해 배터리가 아닌, 태양광 패널을 탑재했다. 곤충에 첨단 기술을 접목시킨 사례는 이번이 처음은 아니지만, 이번 사이보그 잠자리는 지금까지 공개된 곤충 사이보그 중 가장 크기가 작고 가볍다는 특징이 있다. 뿐만 아니라 사이보그 잠자리는 자연에서 스스로 먹거리를 찾고 에너지를 보충하기 때문에, 살아있는 동안에는 특별한 ‘충전’ 없이도 움직일 수 있다는 장점도 있다. 태양열 패널과 센서, 그리고 네비게이션 등 백팩에 탑재된 다양한 부품이 초소형으로 구현됐으며, 몸집이 작은 곤충의 미세한 뉴런과 광섬유가 원활하게 연결됐다는 점에서, 연구진은 이번 드래곤플라이 프로젝트가 성공적이라고 판단했다. 첨단 기술이 접목된 사이보그 잠자리는 드론처럼 식물과 식물을 오가며 수분을 돕거나, 사람이 갈 수 없는 지역의 답사를 돕는 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

비만 치료는 이론적으로는 간단하다. 적게 먹고 많이 움직이면 된다. 하지만 현실에서는 이것이 매우 힘들다. 물론 독한 마음을 품고 체중을 줄이는 데 성공할 수 있지만, 다시 본래 체중으로 돌아오는 요요 현상이 일어나는 경우도 드물지 않다. 과학자들은 이것이 단지 개인의 의지 문제만이 아니라는 사실을 알고 있다. 의외의 사실처럼 들릴 수 있지만, 우리 몸에는 체중 감량을 막는 여러 가지 메커니즘이 존재하기 때문이다. 영국 케임브리지 대학의 클레망스 블루에 박사가 이끄는 연구팀은 쥐를 이용한 동물 모델을 통해서 뇌에서 체중 감량을 막는 역할을 하는 신경 세포를 밝혀냈다. 연구팀은 쥐의 시상하부(hypothalamus, 대뇌와 중뇌 사이에 있는 사이뇌의 일부분)에 있는 식욕 조절 관련 물질인 AGRP (agouti-related neuropeptide) 분비하는 신경세포(뉴런)의 작용이 활성화된 쥐와 그렇지 않은 쥐를 대상으로 다양한 환경에서 대사량을 측정했다. AGRP 신경세포가 활성화된 쥐의 경우 굶주리는 상황에서는 식욕이 증가하는 것은 물론 신체 대사량이 감소하면서 에너지 소비가 줄어든다. 반면 비활성화된 실험군은 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 다시 말해 AGRP 신경세포는 굶주리는 상황에서 대사율을 떨어뜨리는 역할도 동시에 겸하는 것이다. 사실 이는 의외의 결과는 아니다. 굶주리거나 적게 먹는 상황 자체가 동물에서는 위기 상황이기 때문이다. 이 경우 가능하면 에너지 소비를 줄여 오랜 기간 버틸 수 있도록 신호를 보는 것이 생존에 유리하다. 이를 가계 경제에 비유하면 소득이 줄면 소비를 줄이는 것과 동일하다. 수입이 줄어들면 대부분의 사람은 나가는 돈을 줄여 균형을 맞추려고 할 것이다. 생명체의 반응 역시 동일하다. 하지만 그 구체적인 기전에 대해서는 아직 모르는 부분이 있었는데, AGRP 신경세포가 여기에 관여한다는 사실이 밝혀진 것이다. 연구팀의 주장이 옳다면 이 신경세포는 우리의 다이어트를 방해한다. 먹는 걸 줄이면 동시에 에너지 소비도 줄이도록 신호를 보내기 때문이다. 매일 200kcal 덜 먹어도 200kcal 소비가 줄어들면 사실 체중은 그대로다. 이를 극복할 방법은 열량 섭취를 줄이면서 동시에 운동을 통해서 에너지 소비를 강제로 늘리는 것이다. 물론 말은 쉽지만, 장기간 실천은 쉽지 않다. 과학자들이 이런 생리적 기전을 연구하는 이유는 지금보다 더 효과적인 비만 치료법을 개발하기 위해서다. 물론 약만 먹어서 살을 빼는 기적의 비만 약물은 개발하기 힘들겠지만, 최소한 더 쉽게 살을 빼는 약물을 개발하는 일은 가능할지 모른다. 하지만 그전까지는 역시 적당히 먹고 충분히 운동하는 것이 가장 안전하고 효과적인 체중 관리법일 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

영국 옥스퍼드대학 연구진이 시각 장애인을 위한 인공망막 개발에 성공해 학계의 관심이 쏠리고 있다. 옥스퍼드대학 화학과 소속 바네사 레스트레포-쉴드(24)가 이끄는 연구진은 90%가 물로 이뤄진 젤리 같은 물질의 히드로겔 및 단백질 세포로 이뤄진 두 개의 막을 이용해 인공망막을 개발했다. 히드로겔과 단백질 세포가 빛을 감지하고 ‘그레이 스케일’(gray scale) 이미지를 볼 수 있도록 돕는다. 그레이 스케일이란 가장 밝은 흰색과 가장 어두운 검은색을 양 끝에 놓고 그 사이에 명도차를 나타내는 척도를 뜻한다. 즉 인공망막을 이식할 경우 흑백이긴 하나 명도의 차이가 있는 이미지를 볼 수 있게 되는 것. 레스트레포-쉴드는 “히드로겔과 단백질 세포의 합성 물질이 전기적 신호를 생성하고, 이것이 우리의 안구 뒤쪽에 있는 뉴런을 자극해 이미지를 볼 수 있게 하는 역할을 한다”고 설명했다. 이어 “사람의 눈은 매우 예민하기 때문에 금속 등이 든 인공망막을 삽입하는 것은 매우 위험하고 어렵다. 하지만 이번에 개발한 인공망막은 부드러운 히드로겔을 주성분으로 하기 때문에 인체 친화적이고 부작용이 적다”고 덧붙였다. 신경조직으로 이뤄진 망막은 한 번 손상되거나 기능이 떨어지면 회복이 매우 어려운 장기로 알려져 있다. 특히 망막색소 변성증이나 당뇨병성 망막변증 등은 시력이 점점 저하되다가 주변부가 어두워지고 결국 실명에 이르는 유전적 질환으로서 아직까지 이렇다 할 치료법이 나와있지 않다. 때문에 이번 연구는 생체공학 임플란트 산업에 긍정적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 인체 조직과 매우 유사한 특징을 가진 덕분에 퇴행성 혹은 유전적 질환 치료에 도움이 될 것이라는 기대를 모으고 있다. 다만 이 인공망막은 아직 임상실험을 거치지 않았으며 흑백이 아닌 컬러는 볼 수 없다는 단점이 있기 때문에, 추가적인 연구가 진행될 예정이다. 레스트레포-쉴드가 이끄는 연구진은 이 인공망막에 대한 특허를 출원했으며, 자세한 연구 결과는 세계적 학술지 ‘네이처’의 자매지인 ‘사이언티픽 리포트‘(Scientific Reports)에 실렸다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

우리는 누구나 크고 작은 스트레스를 겪으며 산다. 면접시험 등 긴장감이 고조되는 상황에 처하면 자신도 모르게 천천히 심호흡을 하며 마음을 가다듬으려 한다. 정신의학에서는 공황장애와 같은 불안장애 환자에게 복식호흡을 치료법으로 활용하기도 한다. 잠시라도 숨을 쉴 수 없다는 느낌을 갖게 되면 심한 공포감을 느끼게 된다. 그래서 호흡과 뇌기능, 특히 정서 상태는 깊은 관련이 있는 듯하다. 뇌 속에 호흡을 조절하는 부위가 있다는 것이 밝혀진 것은 지금으로부터 25년 전이다. 잭 펠드먼 미국 캘리포니아대 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA) 교수는 뇌간에서 호흡을 조절하는 3000여개의 신경세포를 발견해 ‘뵈트징어 복합체’라고 명명했다. 이렇게 호흡중추를 발견했지만 당시만 해도 여전히 한숨, 하품, 킁킁거림, 웃음, 울음 등 다양한 호흡패턴이 어떻게 발생하는지 밝히진 못했다. 또 호흡중추의 신경세포체인 ‘뉴런’들이 뇌의 다른 부위와 어떻게 상호작용하고 있는지 규명하지 못해 호흡과 신체, 정신과의 연관성은 여전히 미스터리였다. 지난해 초 펠드먼 교수는 마크 크라스노 미국 스탠퍼드의대 교수와 호흡중추 내에서 ‘한숨’을 유발하는 뉴런들을 찾아냈다. 최근 크라스노 교수팀은 호흡중추의 뉴런을 유전학적 방법으로 조사해 각성 유도 효과가 있는 뉴런을 밝혀냈다. 이 뉴런들은 호흡중추 내 다른 뉴런들의 신호를 모니터링하면서 빠른 호흡이 감지되면 각성 센터인 ‘청반’이라는 뇌 부위로 신호를 보내 정신이 번쩍 들도록 만든다. 이어서 청반이 자율신경계를 자극하면 심장이 빠르게 뛰고, 입이 바짝 마르며, 호흡이 빨라짐과 동시에 심리적 불안감이 나타난다. 결과적으로 몸과 마음 모두 높은 긴장 상태가 된다. 이 뉴런들의 기능을 좀더 정확히 알기 위해 해당 뉴런을 제거한 생쥐 모델을 만들어 낯선 환경에 노출시키자 생쥐는 ‘쿨하게’ 아무런 반응을 보이지 않았다. 의식적으로 호흡을 천천히 함으로써 이 뉴런들의 활성화를 차단하면 청반의 안정화를 유도할 수 있고 긴장과 스트레스 반응을 최소화할 수 있다는 뜻이다. 생쥐의 두뇌 속 깊은 곳에 모여 있는 신경세포체가 생각하고, 느끼고, 행동하는 것까지 폭넓게 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 사람을 대상으로 호흡과 정서 상태의 관계를 설명하는 연구 결과도 최근 발표됐다. 제이 고트프리드 노스웨스턴대 교수팀은 피험자를 모집해 호흡센서를 부착한 상태로 컴퓨터 화면에 0.1초 동안 나타나는 얼굴 사진의 정서 상태를 판단하거나 기억력을 측정하는 테스트를 진행했다. 그 결과 놀랍게도 공포에 대해 빠르고 정확하게 반응하는 것은 주로 숨을 들이마실 때였다. 긴박한 상황에서 의식적으로 코로 숨을 들이마심으로써 반응속도를 빠르게 할 수 있다는 뜻이다. 반대로 긴장을 늦추고 싶을 때는 날숨을 천천히 내뱉음으로써 공포를 담당하는 부위의 활성도를 낮출 수 있을 것이다. 일반적으로 숨을 쉬는 것은 우리 몸에 산소를 공급하기 위한 행동으로 알려졌다. 하지만 우리는 경험적인 지혜로 숨을 통해 마음을 다스리기도 한다. 숨의 속도와 숨 쉬는 방법을 조절해 긴장을 줄이고 평정심을 유지한다. 심장이 일정한 리듬으로 뛰고 있듯 호흡도 일정한 리듬으로 나타난다. 한 가지 다른 점이 있다면 심장의 리듬은 마음대로 조절할 수 없지만, 호흡은 상당 부분 의식적으로 조절할 수 있다는 점이다. 요즘 부쩍 평정심을 찾고 감정에 치우치지 않는 냉철한 판단을 하는 것이 필요하다는 생각이 든다. 바쁜 일상 속에서 잠시 눈을 감고 깊은 심호흡을 해 보는 것은 어떨까.

가스레인지를 껐나, 문은 제대로 잠갔나. ‘기억력이 떨어지는 건 아닌가’ 하는 불안감은 남녀노소 대다수에 해당된다. 최근 자기력이 소리와 음성을 기억하는 데 도움을 줄 수 있다는 주목할 만한 연구 결과가 나왔다. 캐나다 맥길대 인지신경과학과와 국제뇌연구소 공동연구팀은 자력이 소리와 음성을 기억하는 능력을 높일 수 있다는 연구결과를 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 23일자에 발표했다. 소리를 기억하고 이를 해석하는 ‘소리기억’은 다른 사람의 말과 글을 이해하고 계산을 하는 데 필수적인 능력이다. 치매나 외부 충격 등으로 기억력이 저하될 때 가장 먼저 음성기억력이 현저하게 떨어진다고 알려졌다. 연구팀은 17명의 건강한 성인을 대상으로 소리를 듣고 기억하는 과제를 수행하면서 뇌전도(EEG)와 뇌자도(MEG)로 뇌파를 측정했다. 그 결과 소리기억을 할 때 뇌에서는 세타파가 발생했다. 연구팀은 경두개 자기자극술(TMS)을 활용해 세타파와 같은 파장으로 뇌를 지속적으로 자극시켰다. TMS는 전자기 코일을 머리 표면의 특정 부위에 놓고 자기장을 통과시켜 두뇌 신경세포를 활성·억제시키는 뇌 자극방법이다. 연구팀은 TMS로 뇌를 자극하면 뇌의 세타파가 증폭되면서 음성기억력이 높아진다는 사실을 확인했다. 필립 알부이 맥길대 인지신경과학과 교수는 “퇴행성 뇌질환인 알츠하이머 치매로 인한 기억력 저하도 치료할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

아이의 성적표를 받고 ‘누굴 닮아서 공부를 그렇게 못하냐’며 불평하다 부부 싸움으로 번지는 경우가 있다. 아이는 둘의 합작품이지만, 아이가 공부를 잘하거나 못하는 것은 부모 중 어느 한쪽 때문일 수 있다는 재미있는 연구가 나왔다. ●뇌 세포는 한쪽 특성 더 나타나 미국 유타대 의대, 텍사스 사우스웨스턴대, 웨이크 포레스트의대 공동연구진은 뇌 세포의 경우 다른 세포들과는 달리 부계나 모계의 유전적 특성을 더 많이 나타낸다는 사실을 확인하고 뇌·신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 23일자에 발표했다. 사람을 비롯한 동물의 유전자는 부계와 모계에서 반씩 물려받아 한 쌍을 이룬다. 지금까지의 기술로는 모계 및 부계 유전자를 명확하게 구분해 내기가 어려웠다. 연구팀은 분자생물학과 빅데이터 기술을 활용해 생쥐의 세포 수천개를 유전자 수준으로 분석했다. 갓 태어난 생쥐에게서 감정과 관련된 화학물질인 세로토닌을 분비하는 뇌 뒤쪽 ‘배측봉선핵’(DRN)의 세포를 떼내 분석해 보니 85%가 부계나 모계 한쪽 유전자가 강하게 나타난다는 사실을 확인했다. ●유전자 이상 뇌질환 치료 단초 크리스토퍼 그레그 유타대 의대 신경학과 교수는 “이번 연구를 통해 뇌의 특정 부위 유전자가 부계에서 왔는지 모계에서 왔는지를 확인할 수 있게 됐다”며 “조현병, 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD)는 물론 유전자 이상으로 인해 발생할 수 있는 뇌질환을 이해하는 단초가 마련된 것”이라고 말했다. 연구팀은 이런 유전적 불균형이 특정 질병에 취약해지는 원인이 될 수 있는 만큼 뇌 이외의 다른 주요 장기와 관련된 유전자 분석 연구를 진행 중이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

인간의 뇌는 약 860억개의 신경세포로 이뤄져 있다. 올해 세계 인구가 75억명이라고 하니 우리 뇌에는 세계 인구의 12배에 가까운 신경세포가 살고 있다는 의미다. 이렇게 많은 뉴런이 어떻게 조직화돼 감각, 운동, 사고, 감정을 통합해 기능하는지 불가사의한 일이다. 1920년대 독일 예나대의 정신과 의사인 한스 베르거는 세계 최초로 인간의 뇌에서 일어나는 전기적 작용을 실시간으로 기록하는 ‘뇌파 측정기’를 개발했다. 후두엽에서 생기는 ‘알파파’, 깊은 수면 중 발생하는 ‘델타파’와 렘수면에서 생기는 ‘세타파’, 각성 시기에 뚜렷한 ‘베타파’, 선택적 집중 과정에 나타나는 ‘감마파’에 이르기까지 다양한 뇌 활동의 리듬이 밝혀졌다. 여기서 감마파 영역의 뇌 활동은 인지기능뿐만 아니라 여러 가지 정신질환과도 관련돼 있어 주목할 만하다. 감마파는 대뇌피질의 ‘억제성 신경세포’와 ‘흥분성 신경세포’의 상호작용에서 발생하며, 특히 억제성 신경세포의 기능이 떨어질 때 생성 능력이 감소한다. 뇌 과학은 억제성 신경세포가 정상적으로 작동해야 뇌세포들이 일제히 억제되고 일제히 활성화되는 동기화가 가능하다는 사실을 밝혀냈다. 필자는 이런 관점에서 전두엽 아래쪽의 ‘기저전뇌’에서 특정 억제성 세포군이 대뇌피질의 감마파를 조절하는 데 결정적인 역할을 한다는 것을 밝혀낸 바 있다. 오케스트라처럼 대뇌피질의 신경세포가 리듬을 이뤄 작동하도록 돕는 ‘지휘자 신경세포’가 존재하는 것이다. 미국 매사추세츠공대(MIT) 리후에이 차이 박사팀은 최근 ‘광유전학’을 이용해 치매 치료 가능성을 실험했다. 기억을 담당하는 ‘해마’ 부위의 억제성 신경세포에 빛에 반응하는 단백질 ‘채널로돕신’을 발현시킨 뒤 40㎐의 빛으로 자극을 준 것이다. 예상대로 뇌파에서 40㎐의 리듬이 증가하는 소견이 발견됐고, 치매 유발물질로 알려진 ‘아밀로이드 베타’ 단백질은 유의미하게 감소했다. 더 흥미로운 사실은 뇌 속에서 이물질을 제거하는 ‘미세아교세포’가 함께 활성화됐고 이 세포가 다량의 아밀로이드 베타 단백질을 포식하고 있는 것이 포착된 것이다. 연구팀은 여기서 멈추지 않고 외부 조명으로 40㎐의 뇌파 리듬을 주면 어떤 결과가 나오는지 실험해 보기로 했다. 실험 생쥐를 40㎐로 깜빡이는 조명을 설치한 상자 안에 두고 하루 1시간씩 일주일간 노출시키는 실험을 수행했다. 이 실험에서도 같은 결과가 나왔다. 아직 낙관하기에는 이르지만, 뇌 리듬을 활용해 치매를 비롯한 신경정신과 질환의 치료에 한 걸음 다가갈 수 있는 가능성을 엿본 것이다. 뇌파 리듬은 사람과 첨단 공학기술을 연결해 주는 매개체로 이용되기도 한다. 즉, 뇌파 리듬을 분석해 어떤 행동을 하려는지, 어떤 말을 하려는지 미리 알아낼 수도 있다. 이런 기술을 응용해 뇌와 기계 또는 뇌와 컴퓨터를 직접 연결해 작동시키는 첨단 기술이 개발되고 있다. 드라마나 영화에서 심전도가 1자를 그리면서 ‘삐’ 소리를 내는 장면으로 죽음을 표현하는 것을 흔히 본다. 하지만 심전도가 정상이라도 뇌파가 리듬을 보이지 않고 일자를 그린다면 의학적으로는 뇌사의 증거로 판단한다. 어쩌면 우리는 삶과 죽음을 구별하는 중요한 단서를 리듬에서 찾고 있는지도 모른다. 리듬은 ‘시간’이라는 변수와 ‘반복성’을 주요 요소로 갖고 있다. 다시 말해 시간 축을 향한 반복적인 활동이 바로 건강의 지표일 수 있는 것이다. 우리의 심장과 뇌가 그러하듯 외부 조건의 변화에도 리듬을 잃지 않고 조화롭게 반응할 수 있을 때 비로소 건강하다 할 수 있음을 잊지 말아야 하겠다.

치매의 일종인 파킨슨병을 막는데 도움이 될 ‘마스터 스위치’를 과학자들이 발견했다. 영국 레스터대 연구진이 초파리를 대상으로 한 실험 연구를 통해 세포 안에서 에너지 공장 역할을 하는 미토콘드리아를 유지하는데 필요한 유전자 ‘ATF4’가 감소하면 파킨슨병이 발병하고 진행하는 것과 관련이 있다는 것을 알아냈다. 이번 연구에서는 ATF4를 하나의 스위치처럼 과발현시키면 뇌세포인 뉴런의 사멸을 막거나 늦출 수 있었던 것이다. 연구를 이끈 미겔 마틴스 박사는 “ATF4의 발현을 줄이면 미토콘드리아 유전자의 발현도 줄었다”면서 “파킨슨병을 가진 초파리에서 이런 미토콘드리아 유전자를 과하게 발현하면 미토콘드리아 기능이 회복하고 뉴런 손실도 막을 수 있었다”고 설명했다. 이번 발견으로 과학자들은 사람의 파킨슨병 증상을 막거나 늦추는 데 도움이 되리라 기대하고 있다. 마틴스 박사는 “사람의 뉴런에서도 ATF4와 같은 역할을 하는 유전자를 연구하면 파킨슨병으로 나타나는 신경 손실을 막거나 늦추는 맞춤형 치료 방법의 개발로 이어질 것”이라고 말했다. 현재 파킨슨병 환자는 전 세계적으로 약 1000만명 정도가 있는 것으로 파악된다. 나라별로 살펴보면 미국 100만 명, 영국 13만 명, 한국 9만 명 정도인데 발병 나이는 대개 50세 이후지만 환자의 4~6%는 50세 이전에 발생한다. 파킨슨병의 주요 증상은 신체의 특정 부위가 무의식적으로 떨리거나 운동 능력이 느려지고 근육이 유연하지 못하게 뻣뻣해지는 세 가지가 있다. 하지만 현재의 약물 치료는 이런 증상을 개선하는 것에 한정하며 질병 자체를 치료하거나 늦추는 것은 하지 못하고 있는 실정이다. 파킨슨병의 발병 원인은 아직 제대로 밝혀지진 않았지만, 과학자들은 유전적 요인과 환경적 요인이 복합적으로 작용한다고 생각하고 있다. 또한 대기 오염이나 교통량 증가, 살충제 사용 등이 파킨슨병 발병 위험을 높일 수 있다고 하지만, 이 역시 입증되지는 않았다. 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘세포 사멸과 분화’(Cell Death and Differentiation) 최신호에 실렸다. 사진=ⓒ Ocskay Mark / Fotolia 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

체지방 연소를 유발하는 호르몬을 미국 스크립스연구소(TSRI)의 생물학자들이 발견해냈다. 이는 생물연구 분야에 흔히 쓰이는 예쁜꼬마선충을 대상으로 삼은 실험 연구에서 발견된 것으로 앞으로 이런 작용을 하는 호르몬이 우리 인간에게서도 확인되면 다이어트 분야에 혁신을 일으킬지도 모른다. 이번 발견에 대해 연구를 총괄한 수프리야 스리니바산 TSRI 조교수는 “기초 과학이 흥미로운 수수께끼의 열쇠였다”고 설명했다. 기존 연구에 따르면, 신경전달물질인 세로토닌은 지방 연소를 유발한다. 하지만 이런 작용이 정확히 어떻게 일어나는지는 지금까지 밝혀지지 않았다. 이런 의문에 답을 구하기 위해 연구진은 예쁜꼬마선충을 사용한 실험을 진행했다. 왜냐하면 이런 선형동물은 인간보다 단순한 대사체계를 갖고 있지만, 그 뇌는 우리와 같은 신호를 내보내는 많은 분자를 생성하므로 결과는 우리와 관련이 깊은 것으로 여겨지고 있기 때문이다. 연구진은 이런 예쁜꼬마선충의 유전자를 제거함으로써 뇌의 세로토닌과 장내 지방 연소 사이의 경로를 억제할 수 있는지 조사했다. 왜냐하면 각 유전자를 차례로 검사하면 지방 연소가 일어나지 않는 유전자를 발견할 수 있으리라 예상했기 때문이다. 이런 제거 과정을 통해 연구진은 ‘플립-7’(FLP-7)이라는 이름의 신경 펩타이드 호르몬의 정보를 가진 유전자를 발견할 수 있었다. 흥미롭게도 연구진은 포유류도 역시 플립-7과 비슷한 호르몬이 있다는 것을 발견했다. 지금으로부터 80년 전 돼지의 창자에 유입돼 근육 수축을 유발한 펩타이드 ‘타키키닌’이 바로 이것이다. 과학자들은 이 타키키닌이 뇌와 소화 기관을 연결하는 호르몬이라고 믿어 왔지만, 지금까지 누구도 이 신경 펩타이드 호르몬이 지방의 대사 작용과 관련이 있다는 것을 밝혀내지 못했다. 그다음 단계로 연구진은 플립-7이 뇌의 세로토닌 수치와 직접적인 관련이 있는지를 확인했다. 연구를 이끈 라비니아 팔라미욱 TSRI 연구원은 플립-7에 적색 형광단백질을 ‘마킹’(표지)해 살아있는 예쁜꼬마선충에서 일어나는 작용을 볼 수 있었다. 왜냐하면 예쁜꼬마선충은 투명해 속이 보이기 때문이다. 이번 연구는 플립-7이 실제로 세로토닌 수치를 상승하게 하는 반응으로 뇌의 뉴런(신경세포)으로부터 분비된다는 사실도 밝혀냈다. 그런 다음 플립-7은 순환기관을 통해 소화기관에서 지방을 연소하는 과정을 시작했다. “이 과정은 우리에게 중대한 순간이었다”고 스리니바산 교수는 말했다. 이렇게 연구진은 최초로 음식 섭취에 어떤 영향도 없이 지방의 대사 작용을 구체적이며 선택적으로 자극하는 뇌 호르몬을 발견한 것이다. 전체적으로 새롭게 확인된 이번 지방 연소 과정의 경로는 다음과 같이 작용한다. 뇌의 신경회로는 음식 공급 등의 감각 신호에 반응해 세로토닌을 생성한다. 이는 다른 뉴런 다발에 신호를 보내 플립-7을 생성하기 시작한다. 그런 다음 플립-7은 소화 기관 세포에서 수용체를 활성화하고 이 기관은 지방을 에너지로 바꾸기 시작하는 것이다. 또한 연구진은 플립-7 수치를 직접 조절함으로써 나타나는 결과를 조사했다. 세로토닌 자체가 증가하면 음식 섭취와 운동, 그리고 생식 행동에 광범위한 영향을 미칠 수 있다. 하지만 연구진은 플립-7의 수치를 높이면 이후 어떤 부작용도 발생하지 않는다는 것을 발견했다. 즉 예쁜꼬마선충은 단순히 더 많은 지방을 태우는 동안 계속해서 정상적으로 움직였다는 것이다. 이에 대해 스리니바산 교수는 “이번 결과는 전반적으로 세로토닌 수치를 조절할 때 자주 나타나는 부작용 없이 플립-7의 수치를 조절하는 방법을 알아내기 위한 연구로 이어질 것”이라고 말했다. 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’(Nature Communications) 1월 27일자에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

락트-인 증후군(CLIS)을 가진 사람들에게 희소식이 전해졌다. 락트-인 증후군은 의식은 있지만 전신마비로 인해 외부자극에 전혀 반응하지 못하는 상태를 일컫는다. 지난 1일(현지시간) 영국 데일리메일은 새로운 뇌 컴퓨터 인터페이스(BCI) 시스템이 근육을 움직이지 않고도 이들의 생각을 전달해 의사소통을 가능하게 한다고 보도했다. 스위스 제네바 바이오 신경공학 연구팀은 산소포화도와 뇌의 전기적 활동량을 측정하기 위해 근적외선 분광법, 뇌전도(EFG)가 결합된 인터페이스 시스템을 만들었다. 연구진들은 이번에 개발한 장치가 락트인 증후군을 앓는 이들의 삶의 질을 크게 향상시킬 것이라고 전망했다. 이번 연구는 신경계통이 완전히 파괴된 루게릭 환자 4명을 실험대상으로 했다. 연구진들은 이미 답이 나와있는 개인적 질문이나 ‘네’, ‘아니오’로 답해야 하는 열린 질문을 했다. 참가자들은 뇌 컴퓨터 인터페이스 장치를 착용하는 동안 답을 생각했고, 비침습적 장치는 혈중 산소 포화도의 변화를 측정해 반응을 감지했다. 실험 결과, 참가자의 대답이 약 70% 정확했고 참가자 모두는 ‘당신은 행복한가’라는 반복된 질문에 ‘그렇다’라고 긍정적으로 답했다. 이는 그들의 몸은 불편할지라도 가정에서 충분히 보호받으며 삶의 질이 만족스럽다고 느끼고 있음을 의미한다. 이번 연구를 이끈 닐 빌바우머 교수는 "나의 기존 이론이 '락트인 증후군을 가진 사람들의 의사소통은 불가능하다'였는데, 놀라운 결과가 이를 뒤집었다. 모든 참가자가 그들 스스로 생각해서 개인적인 질문에 대답했다"고 말했다. 이어 "만약 더 많은 환자들에게 이 연구를 반복 실험한다면, 운동 뉴런증(운동 신경 세포와 근육이 서서히 약화되는 불치병)을 겪는 사람들도 대화에 참여할 수 있을 것이다. 나아가 이들의 일상에 큰 영향을 줄 것이다"라고 설명했다. 실제로 이번 연구에 사용된 기술을 더 넓게 적용하면 신경장애 환자를 치료하고 감독하는 데 도움이 될 수 있다. 닐 빌바우머 교수는 "락트인 증후군 환자들의 의사소통 능력을 회복시키는 것은 신체 움직임을 회복하는 중요한 첫걸음"이라 전했다. 또한 "생물공학 연구소에서 임상적으로 유용한 기술을 개발해 루게릭, 중풍 또는 척수부상을 입은 환자들이 이용할 수 있는 장치를 개발할 계획"이라고 앞으로의 포부를 밝혔다. 안정은 기자 netineri@seoul.co.kr

미국에서 한국계 고등학생이 미국 내 4대 사관학교에서 모두 입학허가를 받는 이른바 ‘그랜드슬램’을 달성해 화제다. 미국 일간 USA투데이는 버지니아주 페어팩스 카운티의 트리니티 크리스천 고교에 다니는 한국계 티머시 박(18)군이 뉴욕주 웨스트포인트의 육군사관학교와 메릴랜드주 아나폴리스의 해군사관학교, 콜로라도주 콜로라도 스프링스의 공군사관학교, 코네티컷주 뉴런던의 해안경비대 사관학교 등 미국 4개 사관학교에서 모두 입학을 허가받았다고 25일(현지시간) 보도했다. 미국에서 사관학교 입학은 우수한 성적과 신체건강, 지역봉사, 지도력을 갖춰야 할 뿐 아니라 상하원 의원의 추천을 받아야 하는 등 까다롭기 때문에 그랜드슬램은 이례적인 것으로 평가하고 있다. 박군은 “매우 기쁘다”면서 “할아버지가 세운 전통을 이어 갈 것”이라고 말했다. 그의 조부 유진 박씨는 한국전쟁 때 부산에서 거주하다 미국으로 건너갔으며, 펜실베이니아주에서 의사가 된 뒤 한국전 참전 용사들을 무료 치료하는 등 한국전 참전 군인을 위해 봉사하는 삶을 살았다. 또 박군 아버지 숀 박씨는 미국 육군에서 중령으로 복무했다. 박군은 “육군사관학교 진학을 고려하고 있으나 아직 최종 결정은 하지 않았다”면서 “할아버지의 나라인 한국과 미국이 군사적으로 동맹관계를 유지할 수 있도록 조그만 힘을 보태고 싶다”고 말했다. 한준규 기자 hihi@seoul.co.kr

일부 버섯에 치매나 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환을 예방하는 효과가 있다는 연구결과가 나왔다. 미국 과학전문 사이언스데일리는 24일(현지시간) 말레이시아 말라야대학 연구진이 식용버섯과 약용버섯 총 11종에 함유된 화합물에 신경퇴행의 진행을 늦추거나 지연하는 효과가 있는 것을 발견했다고 전했다. 연구진이 확인한 버섯은 노루궁뎅이버섯(Hericium Erinaceus), 망태버섯(Dictyophora indusiata), 잎새버섯(Grifola frondosa), 흰목이버섯(Tremella fuciformis), 송이버섯의 일종(Tricholoma sp.), 계종버섯(Termitomyces albuminosus), 호랑이젖버섯(Lignosus rhinocerotis), 번데기동충하초(Cordyceps militaris), 느타리버섯의 일종(Pleurotus giganteus), 영지버섯(Ganoderma lucidum), 자흑색불로초(Ganoderma neo-japonicum)로 총 11종이다. 이번 연구는 이런 버섯에 뇌 신경세포의 성장을 촉진하고 노화 관련 질환의 원인을 예방할 수 있는 효과가 있다는 것을 보여준다. 사실 버섯은 기존 연구에서도 항산화, 항종양, 항바이러스, 항암, 항염증, 항균, 항당뇨 효과가 있다는 것이 입증됐다. 연구진은 항염증 특성을 가진 버섯은 신경퇴행성질환 등 여러 노화 관련 만성질환에 기여하는 고혈압을 막는 기능성 식품으로 쓰일 수 있다고 말한다. 이번 연구는 버섯의 항치매 활성 화합물과 약리학 검사 결과와 관련한 과학적인 정보를 조사한 것이다. 연구진은 총 11종의 식용버섯과 약용버섯을 선택해 실험 쥐와 그 뇌에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 각 버섯은 특정 뉴런(뇌 신경세포)의 성장과 유지, 증식, 그리고 생존을 조절하는데 주로 관여하는 신경성장인자(NGF)의 생성을 증가시키는 것으로 나타났다. 결국, 이 영향은 뇌와 척수를 연결하는 운동 및 감각 신경망인 말초신경의 재생을 촉진했다. 연구진은 이들 버섯은 신경성장인자(NGF)의 생성을 촉진하므로 세포 사멸을 일으키는 화학물질로부터 뉴런을 보호할 수 있다고 말한다. 또한 일부 버섯에는 뇌의 건강에 특별한 효과가 있는 것이 확인됐다. 약용버섯으로 쓰이는 번데기동충하초는 항산화와 항염증 효과가 있어 뉴런의 사멸은 물론 기억 손실을 예방하는 것으로 나타났다. 노루궁뎅이버섯도 가벼운 인지 손상에 긍정적인 영향을 미쳤다. 또한 주로 차(茶)로 달여 마시는 영지버섯은 인지 능력을 향상하고 수명 연장 효과가 있는 것으로 나타났다. 그런데도 뇌와 인지 건강에 관한 버섯의 효과는 여전히 다른 식물과 약초보다 연구에 있어 초기 단계라고 연구진은 지적한다. 기존 연구는 인지 기능을 향상하는 것으로 밝혀진 빙카(페리윙클)와 인삼이라는 두 약초에 중점을 뒀다. 또한 학자들은 로즈마리에서 향을 내는 활성 에센셜 오일(방향유) 중 하나가 특별한 정신적인 업무를 수행할 때 속도와 정확성을 향상하는 것을 발견했다. 이번 연구를 검토한 삼파스 파르타사라티 박사는 “심혈관계 질환과 암에 혜택을 줄 수 있는 식품 성분에 관한 연구논문과는 대조적으로, 신경퇴행성 질환에 혜택을 줄 수 있는 음식에 중점을 둔 연구는 극히 적다”면서 “이 연구는 신경보호 작용을 가진 더 많은 식재료를 확인하기 위한 자극제가 될 것”이라고 말했다. 연구진은 “치매와 기타 관련 질병을 가진 사람들의 수가 점차 증가하고 있으므로 건강에 좋은 첨가물을 함유하고 의학 효과가 있는 식품을 계속 탐색하는 것은 중요하다”고 결론지었다. 한편 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘약용 식품 저널’(Journal of Medicinal Food) 최신호(1월1일자)에 실렸으며 자세한 내용은 오는 2월 24일까지 무료로 볼 수 있다. 사진=Journal of Medicinal Food 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

민족의 명절 설은 갖가지 음식들을 앞에 두고 자칫 과식으로 이어질 수 있는 때다. 차례상을 물린 뒤 어르신들과 함께 술 한 잔씩 마시는 음복을 하곤한다. 하지만 식사 전 빈 속에 가볍게 마시는 술 한 잔이 과식을 불러올 수 있다는 연구결과가 나왔다. 영국 런던 프랜시스크릭연구소와 킹스칼리지런던, 유니버시티칼리지런던(UCL) 등 공동 연구진이 실험용 쥐에게 3일은 저녁마다 알코올을 주입하고, 이후 3일은 알코올을 전혀 주입하지 않는 실험을 실시했다. 그 결과 ‘일종의 폭음’을 한 쥐가 알코올이 체내에 들어왔을 때 먹이를 더 많이 먹는다는 사실을 확인했다. 암컷은 평소 먹는 양의 20%, 수컷은 15% 가량 섭취량이 증가했다. 연구진은 이러한 현상의 원인이 알코올에 있으며, 알코올이 먹고 싶은 욕구 등을 조절하는 뇌 시상하부의 신경세포인 ‘AgRP 뉴런’을 활성화시킨다고 설명했다. 일반적으로 AgRP 뉴런은 매우 굶주린 상태에서 활성화 되고, 이후 먹이나 음식에 대한 감각을 예민하게 만들어 이를 찾도록 명령하는 역할을 한다. 즉 식전 음주가 뇌에게 ‘배고프다’라는 허위 신호를 주고, 이 때문에 식사 전에 술을 마실 경우 평소보다 더 많이 먹게 된다는 것. 본래 우리 뇌는 음식을 먹으면 배부름을 느끼면서 식욕 신호의 전달이 끊어진다고 알려져 있다. 하지만 술은 정반대의 역할을 해 도리어 과식을 부르는 ‘스위치’ 역할을 해 체내에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 연구진은 이를 ‘반주 효과’로 부르며, 사람들이 술자리에서 과식하게 되는 것이 단순히 ‘사회적 영향’ 때문만은 아니라고 해석했다. 또 이번 연구를 통해 술이 과식을 유발하는 정확한 과정을 알게 됐다고 밝혔다. 자세한 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 최신호에 실렸다. 사진=포토리아 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr