스트레스가 심장질환과 뇌졸중 위험을 키우는 것을 생물학적으로 설명하는 연구논문이 영국 의학전문지 랜싯(Lancet) 11일자에 발표됐다. 이에 따르면, 스트레스를 처리하는 뇌 영역인 ‘편도체’가 활성화된 정도가 큰 사람은 심장질환과 뇌졸중 위험이 더 크다. 여기서 편도체는 아몬드 형태의 뉴런(신경세포) 다발로, 공포, 불안, 기쁨 등 감정과 스트레스를 관장하는 것으로 알려졌다. 또한 이렇게 활성화된 편도체는 골수의 활동이 증가하고 동맥에 염증이 발생하는 것과도 연관성이 있는 것으로 밝혀져 이는 편도체의 활성화가 심장질환과 뇌졸중 위험을 키운다는 것을 설명할 수 있다. 이번 연구로 수집된 자료는 스트레스에 노출된 편도체가 골수에서 백혈구 생성을 더 많이 하도록 신호를 보내 그 결과 동맥 협착이나 염증을 일으켜 결국 그런 심혈관계 질환이 생기게 할 수 있다는 것을 시사한다. 이런 잠재적 연관성은 스트레스를 줄이면 정신적 행복감의 개선을 넘어서는 건강 혜택을 얻을 수 있다는 가능성을 제시한다고 연구를 이끈 미국 매사추세츠 종합병원의 심장전문의 아메드 타와콜 교수는 말했다. 이번 논문에는 환자 293명의 뇌·골수·지라(비장)의 활동과 동맥 염증에 관한 PET-CT(양전자 컴퓨터 단층촬영기) 검사 결과가 첨부됐다. 이들 환자는 평균 3.7년간 조사에 참여했으며, 그 사이 환자 22명에게서 심장마비나 심부전, 뇌졸중, 동맥 협착 등 심혈관계 질환이 발생했다. 연구진은 “편도체의 활성화 정도가 큰 사람은 그 정도가 낮은 사람보다 얼마 뒤 심장과 관련한 문제가 일어나고 차후 심혈관계 질환으로 발전할 위험이 더 컸다”고 말했다. 또 연구진은 추가적인 연구로 외상후스트레스장애(PTSD) 병력을 가진 환자 13명을 대상으로 별도의 검사도 시행했다. 그 결과, 스트레스를 받는 정도가 가장 심하다고 보고한 사람들은 편도체 활성화 정도가 가장 컸으며 혈관과 동맥벽에 염증 징후가 더 많은 것으로 나타났다. 이번 연구를 검토한 네덜란드 레이던대학의 일저 보트 박사는 “이번 자료는 만성 스트레스가 심혈관계 질환에 관한 진정한 위험 인자라는 것을 확인해줬다”고 말했다. 또한 “직장이나 사회에서 받게 되는 스트레스로 고통받는 사람들의 수가 늘어남에 따라 의사들은 심혈관계 질환의 위험성을 평가할 때 스트레스 수준을 포함해야 한다”고 말했다. 한편 2014년에 발표된 한 연구에서도 만성 스트레스는 백혈구를 과하게 생성해 동맥 벽에 뭉치게 하고 혈류를 제한해 혈액 응고를 촉진함으로써 심장 마비와 뇌졸중 위험을 키우는 것으로 나타났다. 사진=ⓒ kei907 / fotolia 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

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

치매는 진짜로 비만과 관련이 있을까. 체형을 유지할 정도로 규칙적인 운동을 하는 것이 치매를 예방하는 열쇠가 될 수 있다는 연구결과가 나왔다. 미국 아이오와주립대 연구진은 최근 과체중이거나 제2형 당뇨병(이하 당뇨병)이 있는 사람들의 뇌에는 그렇지 않은 이들보다 많은 양의 ‘어떤 화학 효소’가 있다는 것을 발견하고, ‘알츠하이머병 저널’(Journal of Alzheimer‘s Disease) 최신호에 관련 논문을 발표됐다. 바로 ‘오토탁신’(autotaxin)이라는 효소다. 이 효소는 뇌를 둘러싸며 보호하는 액체 안에서 발견됐다. 검사 결과, 오토탁신은 기억력이 약한 사람들에게서 증가하는 경향이 있는 것으로 나타났다. 연구진은 56~89세 성인남녀 287명의 조사 자료를 분석한 결과, 오토탁신이 치매 위험을 예측해준다는 사실을 발견했다. 또한 오토탁신 수치가 높은 사람들은 비만일 가능성이 크다는 사실도 함께 발견했다. 연구진은 “오토탁신의 수치를 통해 미래의 치매 예상 환자들에게 매일 달리거나 걷는 것과 같이 규칙적인 운동을 권고해 치매 예방의 기회를 줄 수 있다”고 말했다. 기존 연구에서는 인슐린 저항성이 크면 기억 기능의 저하나 뇌 용적의 손실, 또는 뇌의 혈당 사용 부족 등과의 연관성으로, 기억 장애나 당뇨병이 유발하는 것과 관련이 있는 것으로 나타났다. 그런데 이번 연구에서는 인슐린보다 오토탁신이 이런 질환의 유발에 훨씬 큰 연관성을 갖고 있었다고 켈시 맥리만스 아이오와주립대 연구원은 설명했다. 검사 결과, 오토탁신은 알츠하이머병의 흔한 영향을 받게 되는 뇌 부분에서 사용되는 에너지양을 정할 수 있는 것으로 나타났다. 과학자들은 오토탁신 수치가 더 높은 뇌를 가진 사람들이 전두엽과 측두엽에서 그 수와 크기가 더 작은 뇌세포를 가진 것을 발견했다. 결과적으로, 이들은 추리력 및 다중작업(멀티테스킹) 검사에서 점수가 더 낮았다. 연구진은 오토탁신 수치에서 1점 더 높아지면 어떤 형태의 기억 손실을 진단받게 될 가능성이 5배 더 커진다고 주장했다. 또한 당뇨병 환자의 경우 오토탁신 1점 증가로 기억 손실의 가능성은 3배 더 커진다고 지적했다. 영국 알츠하이머병학회(Alzheimer‘s Society)의 제임스 피켓 박사는 “당뇨병과 심장질환과 같은 질환을 예방하는 운동은 비만을 낮춤과 동시에 치매 위험도 줄일 수 있다”면서 “심장과 신체에 좋은 것은 뇌에도 좋다”고 말했다. 이번 연구를 이끈 아우리엘 윌렛 교수는 “오토탁신은 뇌의 공간이 적어지는 것과 관련이 있으며, 알츠하이머병에서 뇌 영역이 더 작아지는 것은 뇌가 기능을 수행하기 어려워질 수 있다는 것을 의미한다. 이는 혈당과 같은 것”이라면서 “뇌가 적은 혈당을 사용하면 뇌세포(뉴런)들은 연료가 작아 실수를 하기 시작하며 일반적으로 정보를 신속하게 처리하지 못한다”고 말했다. 전문가들은 치매 치료가 완전하지 않을지도 모른다는 두려운 생각을 하고 있다. 하지만 치매의 진행을 늦출 수 있는 약물은 이미 후기 임상시험 단계에 있으며, 오는 2025년까지 상용화할 수 있을 것으로 기대된다. 영국 유니버시티칼리지런던(UCL) 산하 신경학연구소의 닉 폭스 신경학 교수는 “늦게 발병하는 질병의 경우, 몇 년 동안 지연시키는 것만으로도 효과적인 치료법이 된다”면서 “왜냐하면 그 안에 또 다른 획기적인 치료법이 나올 수 있기 때문”이라고 말했다. 사진=ⓒ Halfpoint / Fotolia 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

숨만 잘 쉬어도 머리가 똑똑해질 수 있다는 연구결과가 나와 주목받고 있다. 미국 노스웨스턴대 의대 신경외과와 신경과학과, 심리학과 연구진이 호흡이 사람의 인지기능은 물론 뇌신경을 조정하고 기능을 향상시키기까지 한다는 연구결과를 뇌 신경과학분야 국제학술지 ‘저널 오브 뉴로사이언스’ 최신호에 발표했다. 숨쉬는 것은 단순히 뇌와 신체 곳곳에 산소를 공급하는 기능을 하는 것 뿐만 아니라 부수적으로 호흡의 리듬에 따라 냄새와 기억, 감정과 관련된 뇌 부위의 전기적 신호를 조정함으로써 뇌 여러 부위의 세포에 변화를 줄 수 있다는 설명이다. 1945년 영국의 생리학자 에드거 애드리언 케임브리지대 교수가 전극을 이용해 고슴도치가 숨쉬는 과정에서 두뇌활동과 변화를 측정했다. 애드리언 교수는 호흡기관을 통과하는 공기의 속도가 뇌파의 크기와 빈도에 직접적인 영향을 준다는 사실을 밝혀낸 뒤 생쥐와 다른 작은 동물들을 이용해 호흡과 뇌파의 관계에서도 똑같이 나타났음을 확인했다. 그러나 지금까지는 사람에게서는 호흡과 뇌와 관계가 발견되지 않았다. 연구팀은 약물에 내성을 갖는 측두엽 간질이 심각해 수술을 받는 환자 7명을 대상으로 대뇌피질의 기억형성에 중요한 역할을 하는 후각신경구, 기억과 관련된 해마, 감정처리와 관련된 편도체 등 뇌의 3개 영역에서 뇌파와 환자의 호흡숫자와 방법을 측정했다. 그 결과 뇌파의 속도와 크기가 호흡의 속도와 일치한다는 사실을 발견했다. 연구팀은 건강한 사람의 호흡은 사고나 감정에 어떤 영향을 미치는지도 확인하기 위해 일련의 행동검사를 실시했다. 그 결과 깊은 호흡을 천천히 할 때 이미지나 단어 같은 것들을 훨씬 잘 기억한다는 것이 확인됐다. 깊은 호흡을 하더라도 코로 할 때와 입으로 할 때 차이가 난다는 사실을 발견하기도 했다. 코로 숨을 쉴 때와 달리 입으로 호흡할 때는 타인의 감정인식과 기억에 별 도움이 되지 않는 것으로 나타났다. 이 때문에 코로 호흡하기 힘든 축농증 환자나 비염 환자들은 정신적 기능 향상을 위해서라도 관련 질환 치료가 필요하다고 연구진은 조언했다. 연구팀은 호흡은 뇌간에 의해 무의식적으로 제어되는 신체 활동으로 정서적 자극이나 정신적 노력에 따라 호흡 패턴이 변경된다고 설명했다. 즉 호흡에 따라 정신적 기능이 변화할 수 있다는 것을 암시한다. 크리스티나 젤라노 신경과학과 교수는 “사람이 숨을 들이마시고 내뱉는 과정에서 편도체, 후각피질과 해마와 같은 뇌의 뉴런까지 자극한다”며 “공황상태에서 호흡이 빨라지는 것은 숨을 빨리 들이마셔서 안정을 되찾기 위한 것으로 외부의 위험한 자극에 대한 반응시간이 빨라지도록 뇌를 순간적으로 재조직하는 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘단장(斷腸)의 미아리 고개’, ‘애끊는 사랑’, ‘환장(換腸)하다’. 이 말들의 공통점은 무엇일까. 마음과 내장을 연결 지은 말이라는 점이다. 오래전부터 사람들은 뇌에서 일어나는 마음의 현상이 장과 관계있음을 직관적으로 파악하는 지혜가 있었던 것 같다. 수년 전부터 뇌과학자들은 장내 미생물과 뇌 기능이 밀접한 연관성이 있다는 점에 주목하고 많은 연구결과를 보고하고 있다. 인체 내부에는 다양한 미생물이 공생 관계를 유지하고 있다. 미생물이라면 병원균부터 떠올리는데 이런 유해균은 전체 미생물의 일부일 뿐이다. 인체의 미생물 수는 인간 전체 세포 수의 10배 이상이며, 미생물의 유전자 수를 합치면 인간 유전체의 수백 배에 이른다. 미생물은 피부, 생식기, 호흡기 등 여러 신체 부위에 존재하는데, 이 가운데 가장 다양하고 많은 미생물이 있는 곳은 위장관이다. 위장관에는 1000여종의 미생물 군집이 ‘미생물-미생물’, ‘인간-미생물’ 간의 상호작용을 하며 존재한다. 이들 미생물 군집이 지니는 유전자 집합체를 ‘마이크로바이옴’이라고 하며 뇌 건강과 밀접한 연관성이 있다. 위장관에서는 5억개의 신경세포 ‘뉴런’이 신경망을 이루고 있다. 뇌를 제외한 다른 장기에 이렇게 많은 뉴런이 존재한다는 점에서 위장관을 ‘제2의 뇌’라고 부르기도 한다. 위장관에서는 세로토닌의 95%, 도파민의 50%를 생산한다고 하니 그렇게 불릴 만하다고 하겠다. 어떻게 마이크로바이옴의 역할을 알아볼 수 있을까. 스웨덴 카롤린스카 연구소의 로첼리스 디아즈 헤이츠 박사는 무균동물을 만들어 이들의 뇌와 행동을 살펴보았다. 무균동물에서는 신경전달 물질의 대사가 증가하고 신경세포 간 연결 형성 능력이 감소하는 것으로 나타났다. 출생 시부터 정상 마이크로바이옴에 노출시키면 같은 유전자를 갖고 있더라도 이런 차이가 정상화됐고 다 자란 뒤에 마이크로바이옴에 노출시키면 뇌와 행동이 정상화되지 않았다. 이 연구 결과를 볼 때 마이크로바이옴이 생후 뇌발달에 필수적인 역할을 한다는 것을 알 수 있다. 마이크로바이옴과 질환의 연관성에 대한 연구는 새 치료법 가능성을 열어준다는 측면에서 많은 관심을 받고 있다. 자폐증, 우울장애, 불안장애, 조현병 등과의 관련성에 대한 연구결과가 속속 보고되고 있다. 캘리포니아공대의 살키스 매즈매니언 박사는 자폐증 동물모델에서 ‘박테로이데스 프라질리스’라는 장내 미생물이 감소한 것을 발견했다. 이 미생물을 동물모델의 장에 넣어주었더니 자폐증 증상이 완화된 것을 확인했다. 또 그는 자폐증을 보이는 개체에는 ‘4-에틸페닐설페이트’라는 미생물 대사물질이 증가돼 있고 이 물질을 정상 생쥐에게 주입했을 때 비슷한 자폐증이 유발된다고 보고했다. 캐나다 구엘프대의 에이미 뉴먼 박사는 야생 다람쥐를 대상으로 스트레스가 장내 미생물에 주는 영향을 연구했다. 스트레스 수준을 나타내는 대변 내 ‘글루코콜티코이드’의 대사물질 양이 많을수록 장내 마이크로바이옴의 다양성은 줄어드는 것으로 나타났다. 이것은 스트레스가 장의 건강에 안 좋은 영향을 준다는 증거가 될 수 있다. 우리말에 ‘속이 편하다’라는 말은 이중적인 의미가 있다. 위장관에 이상이 없어 소화가 잘되고 건강하다는 뜻이 되기도 하고, 마음에 걱정이 없고 스트레스를 받지 않는 상태를 뜻하기도 한다. 최근 과학이 장과 뇌의 관계를 밝히기 전부터 어쩌면 우리는 그 관계를 이미 알고 있었던 것 같기도 하다. 다사다난했던 2016년이 저물고 있다. 2017년 한 해는 속 편한 한 해가 되기를 기원한다.

생각만으로 움직이는 ‘로봇 팔’을 개발 중인 미국 미네소타대 연구진이 큰 성과를 거뒀다고 미국 과학전문 매체 사이언스데일리가 14일(현지시간) 전했다. 이 연구로 전 세계 수많은 마비 환자나 신경 퇴행성 질환 환자에게 도움이 되리라는 기대감이 모아지고 있다. 연구 책임자인 빈 히 미네소타대 교수(의공학과)는 “세계 최초로 뇌 임플란트 수술을 하지 않고도 생각 만으로 복잡한 3차원 환경에서도 사물에 손을 뻗어 쥘 수 있는 로봇 팔을 움직일 수 있었다”고 말했다. 연구진은 이 연구에 64개의 전극을 장착한 특수 모자를 착용하는 것으로 두뇌의 미세한 전기적 활동을 기록할 수 있는 비침습적 기술 ‘뇌파전위기록술’(EEG)을 사용했다. 여기에 뇌와 컴퓨터를 서로 연결하는 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스’(BCI) 기술을 기반으로 한 고도 신호 처리와 기계 학습을 통해 피험자들의 생각을 행동으로 변환할 수 있었다. 연구진은 이번 기술을 확립하기 위해 건강한 성인남녀 8명을 대상으로 일련의 실험을 진행했다. 피험자들은 자기 팔을 움직이는 상상으로 실제 3차원 공간의 로봇 팔을 제어하는 훈련을 받았다. 이들은 컴퓨터 화면의 가상 커서를 제어하는 방법을 배우기 시작했고 이후 실제 테이블의 일정한 위치에 놓인 사물을 대상으로 로봇 팔을 제어해 집어드는 방법을 배웠다. 결국, 이들은 자기 생각만으로 로봇 팔을 움직여 테이블 위에 무작위로 놓인 사물을 집어 3층 선반 위에 옮기는 작업까지 성공할 수 있었다. 그 결과, 피험자 8명 모두 로봇 팔을 제어하는 데 성공했다. 성공률은 일정한 위치에 놓인 물체를 집어드는 것이 평균 80% 이상, 테이블 위에 무작위로 놓은 물체를 선반 위까지 옮기는 것은 평균 70% 이상을 기록했다. 이에 대해 빈 히 교수는 “모든 피험자가 완벽하게 비침습적 기술로 작업을 완수했다는 점에서 이번 연구는 흥미롭다”면서 “우리는 이 기술에 마비가 있거나 신경 퇴행성 질환을 가진 사람들이 외과적 임플란트 수술 없이 자립하는데 도움이 되는 커다란 잠재력이 있다고 생각한다”고 말했다. 연구진은 “뇌-컴퓨터 인터페이스를 기반으로 한 이번 기술은 운동 능력을 지배하는 대뇌 영역인 운동 피질의 지리적 특성으로 인해 작동한다”고 말했다. 인간이 움직이거나 움직임에 대해 생각할 때 운동 피질의 뉴런(신경 세포)은 미세 전류를 생성한다. 서로 다른 움직임에 대해 생각하면 새로운 묶음의 뉴런들이 활성화되는 데 이는 이전 연구에서 기능성 MRI를 사용한 교차 검증으로 확인된 현상이다. 고도 신호 처리를 사용해 이런 묶음을 분류하면 연구진 사용한 뇌-컴퓨터 인터페이스의 기초가 된다고 빈 히 교수는 말했다. 이번 연구는 빈 히 교수가 3년 전 피험자들이 EEG 기술을 통해 소형 드론을 비행하는 데 성공한 기존 연구에 바탕을 두고 있다. 빈 히 교수는 “3년 전, 우리는 뇌-컴퓨터 인터페이스를 기반으로 한 이 기술을 사용해 사물을 잡아 옮기는 더욱 복잡한 로봇 팔을 제어하는 것을 확신하지 못했다”면서 “우리는 이번 연구에서 높은 성공률로 이 기술을 활용할 수 있다는 것을 확인하고 깜짝 놀랄 정도로 기뻤다”고 말했다. 이제 그는 인간의 신체에 부착한 뇌 제어 방식의 로봇 팔다리를 실현하는 기술을 개발하거나 이번 기술이 뇌졸중이나 마비가 있는 사람의 경우 어떻게 작동하는지를 조사할 예정이다. 이번 연구성과는 세계적 학술지 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포츠’(Scientific Reports) 최신호(12월 14일자)에 실렸다. 사진=미네소타대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

인류의 시선이 달을 넘어 화성으로 향하고 있다. 지난 9월 멕시코 과달라하라에서 열린 국제우주대회(IAC)에서 테슬라·스페이스X의 최고경영자인 일론 머스크는 ‘화성 식민지 개척’을 선언했다. 2018년 무인 화성탐사선을 발사하고 2022년 유인 화성 탐사선을 보내겠다는 계획이었다. 이어 10월에는 ‘100년 안에 100만명을 화성으로 보내겠다’는 구체적인 목표까지 제시했다. 비단 머스크뿐 아니라 미국과 유럽, 중국, 일본, 러시아 같은 전통적 우주선진국들이 지금 화성 탐사에 앞을 다투고 있다. 단순한 과학적 호기심을 넘어 ‘제2의 지구’를 찾겠다는 게 목표다. 그런데 화성으로 가는 길이 생각만큼 쉽지는 않을 모양이다. 세계적인 과학저널 ‘사이언스’가 이달 초 화성과 그 너머 우주공간을 여행할 때 발생할 수 있는 5가지 걸림돌을 지적했다. 바로 ▲우주방사선 ▲고독감 ▲우주곰팡이 ▲미세중력 ▲인적 오류다. 1 우주방사선대기권 등 보호막 없어 피폭 우주방사선은 태양 흑점폭발로 인해 발생하는 태양방사선(SEP)과 초신성 폭발과 같이 태양계 밖에서 생기는 은하방사선(GCR)을 말한다. 지구는 지자기와 대기권으로 감싸여 있기 때문에 지표면과 사람에게 미치는 영향은 미미하지만 우주 밖에서는 이런 보호막이 전혀 없기 때문에 우주방사선에 그대로 노출될 수밖에 없다. 실제로 미국 캘리포니아 어바인대(UC어바인) 의대 연구진은 지난 10월 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’에 생쥐를 이용한 실험을 통해 6개월 이상 우주방사선에 노출될 경우 전두엽 피질의 뉴런 연결과 중추신경계의 밀도가 약해지고 뇌세포에 변형이 발생해 기억력 저하와 치매 같은 각종 인지기능 장애를 겪을 수 있다는 연구결과를 발표했다. 2 고독감고립된 공간·장시간 여행 탓 좁은 공간에 갇혀 먼 거리를 오랜 시간 여행할 경우 생기는 고독감도 큰 걸림돌이다. 미국항공우주국(NASA)의 지원으로 국제우주정거장(ISS)에서 우주비행사들과 함께 생활하며 그들의 행동을 관찰한 미국의 문화인류학자 잭 스투스터 박사는 “우주선에서는 행동과 심리적 제약으로 인해 지구에서라면 하찮았을 것조차 사람을 괴롭히고 미치게 만드는 요인이 될 수 있다”는 보고서를 발표하기도 했다. 러시아와 유럽우주기구, 중국이 공동으로 2007년부터 2011년까지 우주공간과 유사한 환경을 만들어 실험자들을 생활하도록 한 ‘마스 500’ 프로젝트나 나사가 하와이에 화성 기지를 모방한 돔 모양 구조물을 설치하고 과학자 6명을 상주시킨 ‘하이 시즈’ 프로젝트도 고립된 공간에서는 나타날 수 있는 인간의 변화를 관찰하기 위한 것이었다. 3 곰팡이면역력 약화돼 병원균 감염 높아 또 다른 우주여행의 문제는 ‘곰팡이’다. 달 탐사를 위한 아폴로 계획이 시작될 때 이미 일부 미생물이 극저온과 고온, 높은 방사선 환경에서도 살아남을 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 우주공간에서는 인체 면역력도 약화하기 때문에 바이러스나 박테리아 같은 병원균에 쉽게 감염될 수 있는 만큼 우주선은 청정공간으로 설계돼야 한다. 이와 관련, 미국 위스콘신메디슨대 연구진은 국제우주정거장(ISS) 내에서도 지구에서 쉽게 발견되는 ‘아스페르길루스 푸미가투스’라는 곰팡이가 서식할 수 있다는 사실을 밝혀내고 지난 10월 말 미국 생물학회에서 발간하는 학술지에 발표했다. 호흡기관을 통해 침투해 폐렴을 비롯한 각종 호흡기 질환을 유발시키는 것으로 알려진 이 곰팡이는 우주 공간 내에서 변이를 일으켜 인체에 더 심각한 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 4 미세중력뼈·근육 약화시켜 디스크 우려 무중력에 가까운 미세중력은 우주비행사의 뼈와 근육을 약화시켜 각종 디스크 질환을 쉽게 일으킬 뿐만 아니라 시신경과 안구에도 영향을 미쳐 시력 약화를 가져온다는 사실도 우주여행의 걸림돌 중 하나다. 우주인들은 근육 손실을 막기 위해 매일 2시간 정도 운동을 하도록 권고받지만 골밀도가 낮아지는 것은 운동으로도 막지 못한다. 5 인적 오류예측가능한 위험 철저한 대비를 이와 함께 우주여행 과정에서 발생할 수 있는 각종 위험에 대한 사소한 판단오류 또한 화성탐사에 있어서 가장 치명적이면서 예측하기 어려운 문제라고 사이언스는 지적했다. 우주 과학자들은 “영화 ‘마션’의 주인공처럼 예측 가능한 위험에 철저히 대비하고 과거의 자료를 통해 오류를 줄일 수 있다면 화성 탐사뿐만 아니라 그 너머의 공간 여행까지도 안전하게 떠날 수 있을 것”이라고 말했다. 문제는 ‘마션’의 주인공이 현실이 아니라 스크린 속에 존재한다는 점일 것이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

설탕 많고 기름기 높은 고지방 식품(high-fat food)의 지나친 섭취가 정신건강에 좋지 않다는 연구결과가 나왔다. 최근 스위스 취리히 연방공대 연구팀은 고지방 식품을 지나치게 섭취한 어린이가 나이가 들어 성인이 됐을 때 알츠하이머 등 정신질환을 유발할 가능성이 높는 내용의 논문을 발표했다. 　 　 이번 연구는 고지방 식품이 비만을 유발한다는 기존 주장에서 한발짝 더 나아갔다. 잘 알려진대로 가공식품에 많은 고지방·고설탕 음식은 특히 어린이 비만의 주범으로 꼽혀왔다. 그러나 연구팀은 쥐를 대상으로 실험한 결과 고지방 음식이 살이 찌우는 것은 물론, 정신 건강에도 좋지 않은 영향을 미친다는 것을 확인했다. 연구팀이 주목한 것은 뇌의 형성에 관여하는 필수분비 단백질인 릴린(reelin)이다. 뉴런(신경세포)의 연결을 돕는 릴린의 기능이 떨어지면 인간은 인지기능의 유연성과 기억력이 떨어진다. 곧 릴린의 적은 분비는 장차 알츠하이머 등의 발병 가능성을 높이는 것과 직결된다. 연구팀은 쥐를 대상으로 4주간 고지방·고설탕 음식을 먹이면서 전두엽의 전전두피질(prefrontal cortex·PFC)을 집중적으로 관찰했다. 이 영역은 결정, 감정조절, 충동조절, 장기목표 설정에 관여한다. 그 결과 사람으로 따지면 청소년 나이에 해당되는 쥐들에게 유의미한 인지결함이 확인됐다. 이와 달리 똑같은 음식을 먹은 성인 쥐는 별다른 영향을 받지 않았다. 연구를 이끈 유어스 메이어 박사는 "릴린은 신경세포 간의 연결고리인 시냅시스를 통제한다"면서 "고지방 식품은 바로 릴린의 분비를 약화시켜 결과적으로 인지기능을 떨어뜨리는 것"이라고 설명했다. 이어 "청소년기에만 영향을 미치는 이유는 전전두피질이 뇌의 다른 부위와 달리 미성숙 단계이기 때문"이라고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

쭈글쭈글한 두부처럼 생긴 뇌가 ‘뉴런’이라는 신경세포로 이뤄져 있다는 사실이 알려진 지 불과 100여년이 지났을 뿐이지만 우리의 뇌에 대한 지식은 폭발적으로 늘었다. 분자 수준에서 시작해 행동에 이르기까지 다양한 측면에서 뇌 과학 연구가 진행되고 있고 뇌의 작동원리가 속속 밝혀지고 있다. 여기서 조금 생뚱맞은 질문을 하고자 한다. 대체 뇌는 왜 필요한 것일까. 무수히 많은 세균은 뇌가 없지만 지구와 역사를 같이하고 있다. 가을바람에 한들거리는 코스모스부터 거대한 몸집을 자랑하는 메타세쿼이아 나무까지 모두 뇌가 없지만 지구상의 한 식구로 우리와 당당히 살고 있다. 뇌과학계의 거장 로돌포 리나스 뉴욕대 교수는 뇌의 존재 이유를 ‘멍게’를 들어 설명했다. 일반적으로 멍게 성체는 딱딱한 바위에 붙어 바닷물을 걸러내며 영양을 공급받고 생존한다. 올챙이처럼 생긴 유충 상태에서는 물속을 떠다닌다. 유충은 ‘원시 신경계’를 갖고 있다. 원시 신경계는 균형을 유지하기 위한 평형기관, 빛을 감지하는 부분, 척삭 등으로 이뤄져 있다. 하루 남짓 유충 상태로 있으면서 부유하다가 적당한 서식장소에 부착해 나머지 삶을 살게 된다. 신기한 것은 멍게 유충이 일단 적당한 장소를 찾아 정착하면 자신의 뇌를 소화하기 시작한다는 점이다. 정착을 한 이후에는 더이상 뇌와 같이 에너지를 많이 쓰는 ‘호사스러운’ 기관은 유지할 필요가 없기 때문일까. 이어 척삭, 꼬리 근육 등을 흡수해 고착동물로서의 생활을 시작한다. 멍게의 생활사에서 유추할 수 있는 것은 뇌가 능동적인 운동을 위해 필요하다는 점이다. 능동적인 운동이 필요 없는 상황에 이르면 그 존재 이유가 없어지고 그에 따라 스스로 신경계와 운동계를 소화, 흡수한다. 2006년 ‘딥프리츠’라는 독일의 슈퍼컴퓨터가 체스에서 인간을 능가하더니 그로부터 10년이 지난 올해 영국의 ‘알파고’가 인간의 바둑 실력을 능가해 반향을 불러 일으켰다. 그러나 대니얼 월퍼트 케임브리지대 교수는 “체스판에서 체스 말을 옮기는 것은 5세 어린이가 로봇보다 훨씬 더 잘할 수 있다”고 역설한 바 있다. 간단한 동작에도 수많은 변수가 있기 때문에 체스나 바둑의 수를 읽는 것과 같은 알고리즘으로 해결할 수 없기 때문이다. 한 가지 동작이 이뤄지기 위해서는 감각기관으로부터 실시간으로 얻는 정보와 그동안의 경험으로 축적된 정보의 긴밀한 상호작용이 필요하다. 정보의 조정을 통해 부정적 결과가 적은 행동패턴으로 동작하게 된다. 우리가 외부 세상에 영향을 줄 수 있는 모든 활동은 근육 운동과 관련돼 있다. 말을 할 때도 성대 근육을 움직여야 하고 글을 쓰려 해도 손을 움직여야 한다. 제스처와 같은 좀 더 복잡한 수화를 구사하려고 해도 근육을 써야 한다. 근육 운동을 통해서만 외부세계와 의사소통할 수 있다는 점을 생각해보면 운동이라는 것은 체중감량이나 멋진 몸매를 만드는 것 이상의 깊은 의미를 담고 있다. 리나스 교수는 ‘자아’라는 개념의 출발점이 이 근육 운동에서 출발한다는 통찰력 있는 의견을 내놓았다. 근육 운동을 통해 외부세계와 소통하고 외부세계와의 상호작용을 예측하는 것이 뇌의 가장 중요한 기능이다. ‘우리에게 뇌가 왜 필요한가’라는 질문은 우리에게 왜 심장, 폐, 눈이 필요한지 묻는 것처럼 어리석은 질문일지 모르겠다. 하지만 이 질문을 통해 운동기능이 뇌기능의 핵심에 있으며 고차원적인 정신기능에도 밀접한 연관성을 가진다는 것을 생각해 볼 수 있는 의미 있는 질문이라고 생각한다.

여행·거주 위험… 차단 기술 필요 지난해 말 개봉한 영화 ‘마션’은 화성 탐사 중 불의의 사고로 조난당한 한 남자가 약 500일 동안 화성에서 홀로 살면서 벌어지는 갖가지 에피소드를 그렸다. 그런가 하면 지난달 말 민간우주개발업체인 ‘스페이스X’의 최고경영자인 일론 머스크는 국제천문총회에 참석해 2022년까지 화성에 인간이 살 수 있는 거주지를 건설하겠다는 계획을 발표하기도 했다. 과연 가능할까. 화성 탐사에 대한 기대감이 높아지는 만큼 궁금증의 크기도 커진다. 우선 지구와 전혀 다른 환경을 지닌 화성으로의 여행이 과연 우리 인체에 어떤 영향을 미칠지부터가 관심이다. 미국 캘리포니아 어바인대(UC어바인대) 의대 방사선종양학과 연구진이 그 답의 하나를 내놨다. 현재의 우주탐험 기술로는 화성까지 이동하는 동안 우주방사선(cosmic rays)에 노출돼 심각한 뇌 기능 장애를 겪을 수 있다는 연구 결과를 자연과학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 10일자에 발표한 것이다. 6개월 이상 우주방사선에 노출된 생쥐의 경우 전두엽 피질의 뉴런 연결 상태가 약해지고 중추신경계의 밀도가 약해지는 한편 뇌세포에 변형이 생겨 기억력 저하와 치매 같은 퇴행성 뇌질환, 인지기능장애를 겪는다는 것을 발견했다.. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

인간은 일생의 3분의1을 잠을 자면서 보낸다. 현재 60세 노인이라면 약 20년은 잠을 자면서 보냈다는 의미다. 그래서 우리는 때로 잠을 부담스러운 짐으로 느끼기도 한다. 적게 잘 수 있다면 돈을 더 많이 벌고, 공부도 더 잘하고, 삶이 더 풍요로울지 모른다고 생각한다. 잠이란 그렇게 불필요하고 거추장스러운 멍에 같다. 과연 그럴까. 잠의 목적을 거론하기 전에 먼저 잠의 원리부터 알아보자. 우선 뇌과학자들은 오랫동안 깨어 있으면 왜 졸리는지에 대해 궁금해했다. 아침이면 한 잔의 커피로 잠을 쫓고 정신을 차리려는 현대인의 모습을 상상하기란 그다지 어렵지 않다. 그렇다면 졸리는 이유도 커피에 함유된 카페인의 작용기전과 관련돼 있지 않을까. 로버트 매컬리 미국 하버드의대 교수는 카페인이 ‘아데노신’이라는 물질의 작용을 방해한다는 점에 착안했다. 깨어 있는 동안 뇌활동의 부산물로서 아데노신이 증가하는데, 이 물질이 뇌 속에 쌓이면서 졸음과 수면을 유발한다는 사실을 실험적으로 증명했다. 이로써 뇌 속에 존재하는 수면유발 물질 중에서 아데노신이 중요한 물질로 알려지게 됐다. 두 번째로 규명된 사실은 수면이 뇌세포 간의 연결에 영향을 준다는 점이다. 뇌는 깨어 있는 동안 여러 가지 감각기관으로부터 수많은 신호를 받아들여 처리하며 이런 정보를 저장하기 위해 뇌세포 사이에 ‘시냅스’라는 것을 만들어 낸다. 줄리오 토노니 미국 위스콘신대 교수는 깨어 있는 동안 시냅스가 증가하고 잠을 자는 동안 시냅스가 줄어 전체적으로 일정하게 유지된다는 ‘시냅스 평형 가설’을 주장했다. 만약 이 작용이 없다면 우리 뇌는 어느 순간 시냅스로 가득 차 더이상 새로운 정보를 저장할 수 없게 될 것이다. 시냅스 평형을 정상적으로 유지하기 위해 잠이 필수적인 것이다. 이런 설명은 잠을 통해 기억이 증진된다는 사실과도 밀접하게 연관된다. 깨어 있는 동안의 경험은 여러 경로를 통해 뉴런을 자극하고, 자극에 반응한 뉴런들은 새로운 시냅스를 생성하고 기억을 만든다. 이때 강력하고 반복된 자극은 강한 시냅스를 만들고 약하고 덜 중요한 자극은 상대적으로 약한 시냅스를 만든다. 하지만 잠을 자면 일정한 비율로 시냅스가 줄어 결과적으로는 강한 시냅스만 연결이 유지되고 약한 시냅스는 연결을 잃고 만다. 때문에 중요한 기억은 선명해지고, 불필요한 기억은 희미해진다. 세 번째로 수면은 뇌세포 주변 환경에도 깊은 영향을 미친다는 사실에 주목할 필요가 있다. 2013년 마이켄 네더가드 미국 로체스터대 박사는 깨어 있는 동안 뇌 속에 쌓인 부산물이 잠을 자는 동안 뇌에서 배출된다는 사실을 발견했다. 대표적인 부산물로는 치매를 일으키는 물질로 알려진 ‘베타아밀로이드’를 들 수 있다. 연구팀은 이 물질이 수면 중 효과적으로 제거된다는 것을 실험적으로 규명했다. 비록 생쥐를 대상으로 한 실험이긴 하지만, 불면증이나 다른 수면 장애가 뇌 속을 ‘대청소’하는 시간을 빼앗아 감으로써 우리 뇌에 중대한 문제를 일으킬 수 있다는 점을 시사하는 획기적인 연구임에는 틀림없다. 인간은 누구나 하나의 뇌를 갖고 평생 살아가야 한다. 그래서 뇌 건강은 우리 몸 어떤 장기의 건강보다도 중요하다고 할 수 있다. ‘잠이 보약’이라는 옛말이 틀리지 않았음을 뇌과학이 하나씩 밝혀 나가고 있다. 또 수면의학은 건강한 수면이 우리의 뇌건강뿐만 아니라 신체건강에도 중요한 역할을 한다는 것을 이야기하고 있다. 수면건강을 지키는 것이 뇌와 정신과 신체 모두의 건강을 지키는 것임을 잊지 말아야겠다. 광주과학기술원 융합기술원 의생명공학과 교수

태아에게 소두증을 유발하는 것으로 알려진 지카바이러스가 성인의 뇌에도 치명적 손상을 일으킬 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 생물학 분야 국제학술지 ‘셀 스템셀’ 18일자에 지카바이러스는 학습과 기억에 관여하는 뇌세포를 급속히 파괴하고 복구 속도를 늦춘다는 연구가 실렸다. 이 연구에는 미국 록펠러대 하워드휴즈 의학연구소, 라호야 알레르기·면역학 연구소, 샌퍼드버넘 의학연구소, UC샌디에이고 아동병원 유전자연구소의 연구진이 참여했다. 지금까지 지카바이러스에 감염되면 태아에게서 소두증이 나타나고, 성인에게는 발열, 두통 같은 증상이나 급성 마비성 질환인 ‘길랭바레 증후군’ 정도만 나타나는 것으로 알려졌다. 태아에게 소두증이 나타나는 이유는 지카바이러스가 뇌 신경세포(뉴런)를 만드는 줄기세포의 일종인 신경계 전구세포를 공격하기 때문이다. 태아의 뇌는 신경계 전구세포들로 채워져 있어 지카바이러스의 영향이 치명적이다. 성인의 뇌는 거의 성장을 마쳐 신경계 전구세포가 많지 않다. 이 때문에 지카바이러스에 감염되더라도 뇌에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 알려져 있었다. 그러나 연구진은 이번 연구를 통해 학습과 기억, 인지 기능에 관여하는 전뇌의 뇌실하영역과 해마의 과립하영역에 남아 있는 신경계 전구세포가 공격받는다는 사실을 밝혀냈다. 연구진이 인간 뇌 속 신경계 전구세포 분포와 비슷한 형태를 보이는 성인 쥐를 지카바이러스에 감염시킨 결과 바이러스에 감염된 지 며칠 만에 전뇌와 해마에 있는 신경계 전구세포가 급속히 감소했다. 더불어 재생과 회복도 더뎠다. 연구진은 쥐뿐만 아니라 인간에게도 이런 현상이 나타나는지, 성인의 뇌세포 손상이 장기적인 신경계 손상으로 이어지는지에 대한 추가 연구에 착수했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

과학자들이 쥐의 뇌에 특정 이미지를 인위적으로 이식하는 연구에 성공했다. 이제 인간의 마음과 기억, 행동을 마음대로 제어할 수 있는, 즉 ‘마인드 콘트롤’ 직전에 왔다는 전망이 제기되고 있다. 영국 일간 익스프레스 15일자 보도에 따르면, 미국 컬럼비아대 연구팀은 한 줄기의 레이저 빛으로 쥐의 뇌세포를 ‘재프로그래밍’함으로써 해당 쥐가 이전에 전혀 알지 못했던 이미지나 기억을 갖게 하는 데 성공했다. 이전 연구에서는 이 기술로 시각과 청각에 장애를 가진 쥐의 시력과 청력을 회복시킨 것은 물론 쥐의 특정 세포 덩어리를 자극해 이전에 보였던 비정상적이고 공격적인 행동 문제를 없앨 수 있었다. 특히 이 같은 연구는 광유전학 도구들을 사용함으로써 쥐의 두개골을 열어야 하는 위험을 감수하지 않고도 쥐의 뇌를 실험할 수 있었다는 것에 의의가 크다. 연구팀은 빛에 민감한 일부 단백질을 특정 세균 속에 집어넣어 목표가 되는 뇌 세포들에 침투시킨 뒤 레이저를 사용해 해당 뇌 세포를 활성화시킬 수 있었다. 이에 대해 연구를 이끈 루이스 카릴로-레이드 박사는 “이같이 살아있는 뇌의 활동을 쓰고 읽는 방법은 신경과학과 의학에 큰 영향을 미칠 것으로 여겨진다”고 말했다. 또한 이번 연구에 참여한 라파엘 여스트 교수는 이 연구는 뇌가 기존 생각보다 훨씬 더 많이 유연성이 있다는 것을 보여준다고 말했다. 그는 “난 항상 뇌가 가장 유연하지 못하다고 생각했지만, 이 결과를 보고 난 뒤 그게 아니라는 것을 알았다”면서 “우리는 끊임없이 배우고 변화하는 유연한 컴퓨터를 다루고 있는 셈”이라고 말했다. 이어 “만일 당신이 1년 전 내게 ‘우리가 1억 개의 뉴런을 가진 쥐의 뇌에서 20개의 뉴런을 자극해 그들의 행동을 바꿀 수 있다’고 말했다면 난 ‘방법은 없다’고 말했을 것”이라면서 “이는 해변에서 모래 세 알을 재구성하는 것과 같다”고 덧붙였다. 이제 연구팀은 이 연구가 성공적으로 적용할 수 있는 범위를 측정하기 위한 행동 연구를 진행한다. 이번 연구성과는 세계적 학술지 ‘사이언스’ 최신호(12일자)에 실렸다. 사진=ⓒ afxhome / Fotolia 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

　알레르기성 비염이 뇌에 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다. 　오스트리아 잘츠부르크대학 의과대학 분자재생의학연구소의 바바라 클라인 박사는 알레르기성 비염이 뇌의 기억 중추인 해마에 변화를 가져온다는 연구 결과를 발표했다고 메디컬뉴스투데이가 9일(현지시간) 보도했다. 연구 결과는 ‘첨단 세포신경과학’(Frontiers in Cellular Neuroscience) 최신호에 발표됐다. 　알레르기성 비염은 먼지 진드기, 꽃가루, 동물의 털 같은 알레르기 항원에 과잉 반응을 일으켜 코, 눈, 부비강, 인후 등이 부풀어 오르는 질환이다. 클라인 박사는 꽃가루 알레르기가 있는 쥐와 보통 쥐를 알레르기 항원에 노출시키고 뇌를 비교 분석한 결과 알레르기 쥐들은 해마에서 새로이 만들어지는 뉴런(신경세포)의 수가 다른 쥐들보다 많았다고 밝혔다. 이는 알레르기 반응으로 해마의 신경세포 생성이 증가했음을 보여주는 것이다. 기억을 담당하는 뇌 부위인 해마는 평생 새로운 신경세포가 만들어지는 곳이다. 해마의 신경세포 생성은 나이를 먹으면서 줄어들며 이는 알츠하이머 치매 같은 기억장애로 이어질 수 있다. 　다만 알레르기 반응으로 인한 신경세포 생성 증가가 장기적인 기억과 학습 기억 향상을 가져올 수 있다는 추론은 추가적인 검증이 필요하다고 클라인 박사는 말했다. 　알레르기 쥐들은 이와 함께 해마에서 뇌의 면역세포인 소교세포(microglia)의 활동이 줄어든 것으로 나타났다. 박테리아에 감염되면 해마에서 소교세포의 활동이 증가한다는 연구결과도 있는 만큼 알레르기 반응으로 소교세포의 활동이 둔화한다는 것은 주목할 만한 발견이라고 클라인 박사는 지적했다. 　하지만 뇌의 청소부인 소교세포의 활동이 둔화된다는 것은, 특히 장기간 지속할 경우, 좋지 않은 결과를 가져올 수 있을 것이라고 클라인 박사는 밝혔다. 소교세포는 뇌와 척수에서 중추신경계의 면역을 맡고 있는 대식세포로 중추신경계의 손상된 신경세포, 이물질, 감염원을 제거한다. 박기석 기자 kisukpark@seoul.co.kr

우리가 흔히 쓰는 일상생활의 화학물질들이 태아나 아이들의 뇌신경 발달에 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 캘리포니아대 데이비스 캠퍼스, 하버드의대 보스턴아동병원, 국립환경보건원(NIEHS) 등 48개 대학과 연구기관은 뇌신경 발달에 영향을 미치는 환경적 위험요인들을 분석한 보고서를 보건분야 국제학술지 ‘환경보건 전망’ 1일자에 발표했다. 연구진은 아이의 뇌 발달에 악영향을 미치는 성분으로 수은이나 납 외에도 유기인계열 살충제, 프탈레이트, PBDEs(폴리브롬화 다이페닐 에테르), PCBs(폴리염화바이페닐), PAHs(다핵방향족탄화수소) 등이 아이의 뇌 발달에 악영향을 미친다고 밝혔다. 이 중 PAHs는 자동차 배기가스나 담배 연기, 탄수화물·단백질·지방 등이 불완전 연소할 때 발생한다. 이때 배출되는 성분들이 대부분 유독성이 있는데 이 중 벤조피렌은 발암물질로도 유명하다. 유기인계 살충제는 모기약 같은 가정용 살충제에 포함돼 있고, 프탈레이트는 PVC 제품이나 가정용 바닥재를 만들거나 목재를 가공할 때 쓰는 화학물질이다. 방염제인 PBDEs는 화장품, 플라스틱, 세제, 장난감 등에 함유돼 있다. 이들 물질은 2000년대 초·중반에 건강에 악영향을 미칠 수 있다면서 전 세계에서 사용이 금지됐지만, 체내에 오랫동안 남아 영향을 미쳐 장기적 추적이 필요하다는 것이 연구진의 설명이다. 수잔 샨츠 일리노이대 교수(신경과학 및 독성학)는 “사람의 뇌는 엄마 뱃속에서부터 시작해 20대 초반까지 오랜 시간 성장하는 기관이지만 뇌 신경세포인 뉴런의 연결과 형성은 태아시절에 결정되는 만큼 임신부들은 독성 화학물질에 대한 노출을 최소화해야 한다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

플라스틱병과 대기오염, 심지어 화장품에서 발견되는 일반적인 화학물질이 태아는 물론 성장기 아이들의 뇌에 악영향을 끼치고 있다는 것이 연구를 통해 밝혀졌다. 영국 일간 데일리메일 1일(현지시간) 보도에 따르면, 미국의 과학자들은 이런 화학물질이 아이의 지능지수(IQ)를 낮출 수 있지만, 이와 관련한 위험을 검토한 사례는 극히 적어 일상에 그대로 쓰이고 있다고 지적했다. 특히 불에 잘 타지 않는 난연제와 차량으로 인한 대기오염, 나무 연소에서 발생하는 화학물질 등은 태아는 물론 아이들의 뇌 발달에도 악영향을 줄 수 있다. 과학자들이 제기한 물질 중 가장 우려되는 것들은 대표적인 납, 수은 등 외에도 농업이나 텃밭에 쓰는 유기인산 농약, 난연제에서 발견되는 폴리브롬화 다이페닐에테르, 그리고 플라스틱병과 식품용기, 미용제품에서 발견되는 프탈레이트 등이다. 또 한때 전기 기기의 내한제와 윤활유로 쓰인 폴리염화비페닐도 우려 대상이 되고 있다. 비록 이 물질은 1977년 미국에 이어 1979년 우리나라에서 생산·판매가 금지됐지만, 수십 년이 지난 지금도 환경 곳곳에 남아있을 가능성이 있다고 한다. 이런 물질 중 상당수는 일상적인 호르몬의 활동을 방해하는 것으로 알려졌다. 프탈레이트와 폴리브롬화 다이페닐에테르는 실제로 갑상선 호르몬의 기능을 방해하는 것으로 알려져 있으며 실제 연구팀이 미국에 사는 임산부들을 대상으로 이 두 물질에 노출됐는지 여부를 검사한 결과, 대부분 양성 반응인 것으로 나타났다. 이에 대해 이번 연구에 참여한 수잔 샨츠 미국 일리노이대 교수는 “갑상선 호르몬은 뇌세포(뉴런)부터 세포 분열까지 뇌 발달에 관한 거의 모든 측면에 관여한다”면서 “이는 신경계 발달에 관여하는 많은 유전자를 조절한다”고 말했다. 이와 더불어 과학자들은 이런 프탈레이트와 기타 화학물질이 태아기에 뇌출됐을 때 뇌나 행동에 변화를 유발하는지를 확인하기 위해 유아와 그 어머니를 대상으로 연구를 진행했다. 아이들이 특정 프탈레이트에 노출되는 것이 이들의 주의력 결핍과 IQ 저하, 행동 장애와 구체적 연관성이 있는 것으로 밝혀졌다. 샨츠 교수는 “이런 화학물질은 공기와 물뿐만 아니라 우리 몸이나 집에 사용하고 있는 일상의 소비 제품에 만연해 있다”면서 “독성 화학물질의 노출을 감소시키는 것은 노력 여부에 따라 충분히 이뤄질 수 있으며 현재와 미래의 아이들을 지키기 위해 시급하게 요구된다”고 말했다. 또 “오랜 기간에 걸쳐 발달하는 우리 인간의 뇌는 임신 상태에서 시작돼 어린 시절 동안은 물론 심지어 성인기 초반까지 이어진다”면서도 “하지만 가장 큰 뇌 성장은 태아기 발달 동안에 일어난다”고 설명했다. 이어 “이때 뇌세포(뉴런)가 형성, 이동, 성숙, 분화하는 데 이런 과정을 방해받으면 당신 뇌에는 영구적인 악영향이 미칠 가능성이 있다”고 덧붙였다. 또 다른 연구 참여자인 프레데리카 페레라 컬럼비아대 교수는 “어린 시절 신경독성의 화학물질에 노출되는 것이 여러 발달 문제를 유발한다는 많은 과학적 증거가 있다”면서 “이런 화학물질에 노출되는 것이 만연해 있는데 이런 물질의 생산과 사용을 줄이기 위해 현재 조치는 타당하다”고 말했다. 이번 보고서는 현재 미국에서의 규제가 약화해 있어 생활 속 화학물질이 태아나 아동의 건강에 미치는 영향에 관한 검토가 거의 없다는 것을 비판한다. 샨츠 교수는 “우리는 이런 화학물질이 유해하다고 인정될 때까지 수많은 아이가 이런 물질에 노출되도록 10년이나 15년이라는 긴 시간을 기다려서는 안 된다”고 덧붙였다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘환경건강전망 연구’(Journal Environmental Health Perspectives) 최신호에 실렸다. 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

소금은 두 얼굴을 갖고 있다. 음식 맛을 확 살아나게 하는가하면 적당한 첨가는 건강에도 좋은 영향을 준다. 하지만 한국인의 식습관에서는 소금은 거의 '적'에 가까운 취급을 받고 있다. 적정량을 넘어서 필요이상으로 과다섭취하는 탓이다. 이렇듯 나트륨 섭취량에 따라 건강상태가 달라질 수 있다는 사실은 익히 알려져 있다. 하지만, 나트륨이 건강한 수면에까지도 영향을 미친다는 사실이 최근 새롭게 확인됐다. 최근 해외 연구진에 따르면 소금이 호르몬 분비 뿐만 아니라 뉴런의 운동에도 영향을 미쳐 수면 사이클에 변화를 미칠 수 있는 것으로 밝혀졌다. 덴마크 코펜하겐대학교 연구진은 실험용 쥐의 뇌에 나트륨 성분을 주사한 뒤 수면습관의 변화를 관찰했다. 나트륨 주입 이전과 이후의 변화를 비교 분석한 결과 나트륨이 아드레날린 신경조절물질의 분비에 결정적인 영향을 미치는 것을 확인했다. 일반적으로 호르몬 및 세포신호전달물질로 작용하는 아드레날린은 교감신경의 말단에서 분비되며 수면 부족 상태 또는 수면에서 깨어날 때 활성화된다. 연구진에 따르면 우리 몸은 아침이나 낮 시간에 잠에서 깨어날 때, 체내 나트륨의 조절 통로가 활성화 되면서 뇌의 뉴런에 영향을 미치고, 이것이 아드레날린의 분비로 이어져 외부의 자극 등에 더욱 민감하도록 만드는 역할을 한다. 반면 잠에 들 때에 우리 몸은 나트륨의 조절 통로가 자체적으로 비활성화 되면서, 우리 몸은 외부 자극에 예민하게 반응하지 않도록 조절된다. 즉, 밤 시간이 되면 나트륨 수치가 낮아지고 뉴런의 활동이 무뎌지면서 쉽게 깨지 않는 상태가 된다는 것. 연구진은 나트륨이 우리 뇌에 미치는 정확한 역할을 찾고 뇌와 수면 간의 관계를 밝혀냄으로서 불면증 치료뿐만 아니라 불면증을 동반하는 우울증 등을 치료하는데에도 도움이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 연구진은 “이번 발견은 뇌가 특정 물질에 어떻게 반응하는지를 밝힌 것으로, 가장 중요한 사실은 어떻게 하면 우리가 ‘수면’을 컨트롤 할 수 있을지를 알게 됐다는 것”이라면서 “우리 뇌는 체내 나트륨의 수치 변화만으로도 매우 쉽게 잠에서 깨어났다 다시 잠들 수 있다”고 설명했다. 소금을 많이 먹어야 한다, 혹은 적게 먹어야 한다라는 식의 직접적 가이드를 제시할 수 있는 연구는 아니다. 오히려 수면이 이뤄지는 뇌과학적 메커니즘을 파악함으로써 인간의 오랜 질병인 불면증 등을 치료할 수 있는 가능성을 제시한 연구다. 다만, 분명한 점은 일상생활에서 나트륨 섭취를 줄일 경우 수면의 질을 높일 수 있음은 간접적으로나마 확인된 셈이다. 자세한 연구결과는 지난달 세계적인 과학저널 ‘사이언스’에 실렸다. 사진=Anna Bogush/포토리아 박성국 기자 psk@seoul.co.kr

학교에서 힘이 센 아이들이 약자를 괴롭히는 이유가 밝혀졌다. 이들에게 괴롭히는 행동은 달콤한 보상처럼 느껴지는 것이라고 과학자들은 설명했다. 영국 일간 데일리메일 보도에 따르면, 미국 마운트시나이병원과 스탠퍼드대 공동 연구팀은 약자를 ‘괴롭히는 행동’이 특정 활동으로 즐거움을 느끼게 하는 뇌의 ‘보상회로’와 연관성이 있는 것을 밝혀냈다. 연구팀은 또 보상회로를 조종해 약자를 괴롭힐 기회에 참여하거나 피하도록 성향이 변하게 할 수 있었다. 학창 시절에 약자를 괴롭히는 행동의 원인은 가정에서의 학대, 자존감 부족, 내면의 화를 발산할 대상을 찾는 것 등 지금까지는 사회적 측면에서 여러 가지가 분석됐다. 하지만 이번 연구는 적어도 약자를 괴롭히는 일부 사람이 가학적인 쾌감을 얻기 위해 그런 행동을 벌인다고 제시한다. 연구팀은 이 연구에서 다 자란 수컷 쥐가 서열이 낮은 어린 개체들을 향해 공격적인 행동을 보일 때의 뇌 활동을 연구했다. 이를 통해 괴롭히는 쥐에게 약자를 제압하고 지배하는 능력이 보상으로 작용하는 것을 발견했다. 이번 연구를 이끈 스콧 루소 박사(마운트시나이병원)는 “우리 연구는 약자를 괴롭히는 행동이 주로 뇌의 보상회로를 활성화함으로써 각 개체에 즐거움을 주는 것을 처음으로 입증했다”고 말했다. 이어 “또 우리는 이런 보상회로의 활동을 제어해 궁극적으로 공격 행동을 중단하도록 뇌 세포의 활동을 바꿀 수 있는 것을 보여줬다”고 덧붙였다. 연구팀에 따르면, 약자 괴롭히기는 뇌의 기저 전뇌에 있는 뉴런(뇌 세포)들의 활성 증가와 연관돼 억제성 신경전달물질인 감마아미노낙산(gamma aminobutyric acid·GABA)을 분비했다. 이는 일반적으로 공격을 둔화하는 다른 뇌 영역의 활동을 떨어뜨리는 영향이 있었다. 루소 박사는 “이런 뇌 활동을 인위적으로 바꿨을 때 공격적이었던 쥐는 온순해져 더는 약자를 괴롭히는 행동을 보이지 않았다”고 말했다. 이번 연구결과는 세계적인 학술지 네이처(Nature) 최신호(6월30일자)에 실렸다. 사진=ⓒ Syda Productions / Fotolia 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우리나라 도심에서도 흔히 볼 수 있는 빨간집모기는 일본뇌염 말고도 웨스트나일바이러스도 옮긴다. 그런데 이 바이러스가 신경세포에 영향을 미치지 않고도 기억상실증을 비롯한 각종 인지 장애를 유발할 수 있다는 사실이 처음 밝혀졌다. 미국 미주리주 워싱턴대 의대, 하버드대 의대, 콜로라도대 의대, 에머리대 의대, 스토니브룩대 공동연구진은 웨스트나일바이러스에 감염될 경우 완치된 후에도 기억상실증을 비롯해 각종 신경학적 문제가 나타날 수 있다는 연구 결과를 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 22일자에 발표했다. 웨스트나일바이러스도 뇌염의 일종으로 어린이나 노약자 등 면역 체계가 약한 사람들은 중추신경계 혼란으로 심각한 후유증을 앓거나 심할 경우 사망에 이를 수 있다. 워싱턴대 로빈 클라인 교수는 “이번 연구는 뇌염바이러스가 뇌에 침투해 뇌신경세포인 뉴런의 생성과 성장에 영향을 미치지 않고도 인지 기능에 장애를 일으킬 수 있다는 사실을 처음으로 밝혀냈다는 데 의미가 있다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

미국 스탠퍼드대학교 연구팀이 줄기세포를 이용해 뇌졸중 환자들의 두뇌 손상을 복구하는 획기적인 시도에 성공한 것으로 알려져 학계의 관심이 집중되고 있다. 워싱턴포스트의 2일(현지시간) 보도에 따르면 스탠퍼드대학교 개리 스타인버그 박사 연구팀은 뇌졸중 환자 18명을 대상으로 두뇌 손상부위에 직접 줄기세포를 주입하는 치료법을 연구해왔다. 연구팀은 환자들의 두개골에 구멍을 뚫은 뒤 성인 기증자의 골수에서 추출한 줄기세포를 손상부위에 직접 주입했다. 일부 환자가 두통, 어지럼증, 구토 등을 호소하는 등 미미한 부작용을 보였으며 한 환자의 두뇌에선 뇌수가 차오르는 현상이 발생했지만 처치한 이후엔 특별히 추가적 문제가 발생하지 않았다. 이후 연구팀은 1, 6, 12개월이 지난 시점에 환자 각각의 두뇌 이미지를 스캔하고, 언어, 시각, 운동 능력을 포함한 일상적 두뇌기능들을 검사했다. 그 결과 총 7명의 환자들에게서 운동기능과 언어기능의 대폭적인 개선이 관찰됐다. 이번 연구결과는 신경과학계에서 적잖은 파장을 일으킬 것으로 보인다. ‘뇌손상은 영구적이며, 회복불가하다’는 학계의 주된 믿음에 정면으로 반하는 결과이기 때문이다. 이번 참가자들은 뇌졸중 치료에 있어 중요한 치료시기인 발병 후 6개월을 넘긴 상태였다. 통상적으로 이 기간을 넘긴 뇌졸중 환자의 경우 손상된 두뇌회로가 완전히 죽고 회복 불능에 빠진 것으로 간주해 치료를 중단하게 된다. 이날 스타인버그 박사는 워싱턴 포스트와 인터뷰를 통해 소규모로 이루어진 이번 연구의 결과가 ‘과대포장’되는 것에 대해 우려하는 조심스러운 입장을 나타내면서도 총 7명이 상당 수준의 회복을 보인 것에 대해서는 자신들도 ‘매우 놀랐다’고 강조했다. 그는 “환자들이 보인 회복은 전신마비였던 환자가 엄지손가락을 움찔거리게 되는 수준의 미약한 것이 아니었다”며 “휠체어에 의지하던 한 71세 환자는 이제 다시 걸을 수 있게 됐고 결혼을 주저하던 39세 여인은 운동기능과 언어기능을 회복한 이후 결혼해 아이를 가진 상태”라고 전했다. 이번 연구는 줄기세포가 직접 뉴런으로 분화할 수 있다는 기존 이론을 뒷받침하고 있지는 않다. 대신에 줄기세포가 두뇌의 자체 치유능력을 강화하는 일종의 생화학 현상을 촉발한 것으로 짐작된다. 스타인버그는 “(회복이 이루어지지 않는) 성인의 뇌를 회복이 쉽게 일어나는 신생아의 뇌 상태로 돌려놓은 것으로 보인다”고 전했다. 한편 이번 실험은 18명이라는 비교적 소규모의 집단을 대상으로 했다는 한계를 지닌다. 이에 연구팀은 이미 같은 치료법을 더 많은 환자들에게 시도하는 추가 연구를 시작한 상태다. 최종 목표는 총 156명의 환자를 상대로 2년 내에 연구결과를 도출하는 것이라고 연구팀은 밝혔다. 사진=ⓒ포토리아(위), 워싱턴포스트 웹사이트 캡처 방승언 기자 earny@seoul.co.kr