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=워싱턴포스트 웹사이트 캡처 방승언 기자 earny@seoul.co.kr

여러 파장 빛으로 뉴런 자극 손상없이 신경세포 활동 조절 “인간의 뇌는 우리가 알고 있는 우주에서 가장 복잡한 세계다. 그런 복잡함 때문에 단순한 모델은 비현실적인 것이 되고 정확한 모델은 이해할 수 없게 된다.”(미국 듀크대 인지과학자 스콧 휴텔) 과학의 발달로 가장 작은 미립자의 세계에서 끝을 상상할 수 없는 광대한 우주까지 비밀이 속속 풀리고 있지만 여전히 과학계에 미스터리로 남아 있는 부분이 있다. 바로 ‘뇌’다. 뇌의 각 부분이 어떤 일을 하는지, 기억은 어떻게 이뤄지는지, 뇌질환은 어떻게 발생하는지 등 뇌의 비밀을 풀어내려는 뇌 과학자들에게 빛을 이용해 신경세포를 선택적으로 작동시킬 수 있는 ‘광유전학’이라는 새로운 도구가 주어졌다. 광유전학(optpgenetics)은 빛(opto)과 유전학(genetics)을 결합한 용어로, 뇌 신경세포를 빛에 반응할 수 있도록 유전적으로 조작해 세포의 생리를 연구하는 학문이다. 신경세포 중에 빛에 반응할 수 있는 광반응성 단백질이 발견되면서 시작됐다. 광유전학이 주목받는 이유는 ‘100세 시대’라 불릴 정도로 인간의 수명이 늘어나면서 뇌질환, 신경질환을 앓는 사람들이 함께 늘고 그에 따른 사회적, 경제적 손실이 커지고 있기 때문이다. 더군다나 기존에는 뇌를 연구하거나 치료하기 위해서는 외과수술을 통해 뇌의 일부분에 손상을 주거나 뇌에 칩을 심어 전기적 자극을 주는 등의 침습적 방식밖에 없었다. 광유전학은 신경세포를 손상시키지 않고도 정교하게 뇌 기능을 알아낼 수 있을 뿐만 아니라 뇌 신경 활동을 조절할 수 있다는 장점까지 갖추고 있다. 신경세포인 뉴런은 컴퓨터처럼 전기신호로 정보를 주고받는다. 막전위(膜電位)라고 부르는 세포 안팎의 전압 차로 생긴 전류가 뉴런을 자극하면 이웃한 뉴런에 신경전달물질을 내뿜어 정보를 전달하는 방식이다. 뉴런에 인위적인 전기 자극을 준다면 뇌 신경 회로를 마음대로 조정할 수도 있게 된다는 말이다. 광유전학은 서로 다른 파장의 빛으로 여러 신경세포의 활동을 조정할 수 있다는 것을 전제로 하고 있다. 2005년 미국 스탠퍼드대 연구진이 녹조류에서 추출한 ‘채널로돕신’이라는 단백질을 포유류의 신경세포에 심은 뒤 빛을 쬐이자 뉴런이 활성화되는 것을 확인한 것이 광유전학 연구의 시작이었다. 이후 생물학자들은 초파리와 꼬마선충, 생쥐 등을 이용해 광유전학 연구를 진행했다. 초파리는 광유전학 초창기에 시도된 동물이다. 과학자들이 유전자를 변형시켜 초파리에게 빛으로 작동하는 이온채널 단백질이 나타나도록 한 뒤 355㎚(나노미터) 파장의 레이저를 쏘자 초파리의 활동이 과다하게 활발해졌다. 빛이 초파리의 중추신경에 발현된 이온채널을 활성화시켜 통제할 수 없을 정도의 엄청난 전기신호들을 발생시켰기 때문이다. 광유전학 연구에서 가장 많이 쓰이는 동물은 ‘예쁜꼬마선충’이다. 성충의 몸길이도 1㎜에 불과한 이 선형동물은 생체 구조가 단순하고 수명이 3주에 불과하지만 유전자 조작이 쉽고 포유동물과 유사한 유전자들을 갖추고 있어 신경과학이나 노화 연구에 많이 활용된다. 생물학자들은 광유전자인 채널로돕신을 꼬마선충의 촉각신경세포에서 발현시킨 뒤 빛을 쬐여 주면 다양한 행동을 조정할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 이런 광유전학 기술을 이용하면 알츠하이머, 파킨슨 질환 같은 퇴행성 뇌질환, 우울증, 불면증, 강박증, 간질, 외상후스트레스장애(PTSD), 불안장애, 기억상실, 거식증 같은 정신질환의 원인과 치료법 개발, 암세포 및 암신호전달 연구 등에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 그렇지만 광유전학을 실제 사람의 치료에 적용하기 위해서는 빛에 반응하는 단백질이나 유전자를 원하는 신경세포까지 전달하는 기술과 두개골 속 깊숙한 곳에 위치한 신경세포를 빛으로 효과적으로 자극하는 방법을 찾아야 하는 두 가지의 숙제가 남아 있다. 이를 위해서는 뉴런과 뉴런이 어떻게 연결돼 있는지를 보여주는 정밀한 ‘뇌지도’가 필요하다. 한국과학기술연구원(KIST) 관계자는 “광유전학은 최근 뇌과학 분야에서 가장 빠르게 발전하고 있는 분야”라며 “광유전학 기술의 바탕이 되는 정밀한 뇌지도는 인간의 뇌 연구에 새로운 지평을 열어줄 수 있을 뿐만 아니라 새로운 형태의 인공지능과 로봇 시스템 개발에도 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

남녀는 신체는 물론 사고방식에도 차이가 존재한다. 심지어 '화성에서 온 남자, 금성에서 온 여자'같은 제목의 책이 베스트셀러가 될 만큼 그 차이는 분명하다. 과학자들은 이런 차이가 어디서 기인하는지 연구해 왔지만, 쉽지 않았다. 인간에게는 뇌의 구조 및 기능에 따른 차이 만이 아니라 여러 가지 사회적, 교육적 요소가 남녀 간의 차이를 만드는 데 관여해서 순수하게 생물학적 차이만 구분해서 연구하기 어렵다. 하지만 사람보다 단순한 동물 모델에 비춰보면 중요한 단서를 얻을 수도 있다. 예쁜꼬마선충 (Caenorhabditis elegans)은 몸길이가 1mm가 조금 넘는 작은 토양 선충이다. 다행히 사람에 기생하지 않아서 일반인들에게는 생소하지만, 단순한 구조와 키우기 쉬운 특징 때문에 생물학자들에게는 매우 친숙한 실험동물이다. 특히 이 선충의 뇌는 뇌를 연구하는 과학자들에게 여러 가지 귀중한 정보를 제공했다. 7000 개에 불과한 신경세포(뉴런)를 가진 단순성에도 불구하고 여러 가지 행동 및 인지 기능을 가지고 있어 뇌 연구에 동물 모델로 적합하기 때문이다. 더 놀라운 사실은 이 단순한 뇌를 가진 생물에서조차 암수 뇌 구조가 차이가 있다는 점이다. 미 국립의료원(NIH) 산하의 국립신경장애및뇌졸중연구소(NINDS)의 올리버 허버트(Oliver Hobert) 박사와 동료 과학자들은 예쁜꼬마선충의 뇌가 암수별로 다르게 발달한다는 사실을 발견하고 최근 이를 네이처지에 발표했다. 연구팀에 의하면 예쁜꼬마선충은 성충이 되기 전에는 혼합형의 뇌 구조를 가지고 있으나 성충이 되어 번식이 가능한 시기가 되면 서로 다른 뇌 구조를 발달시키게 된다. 이는 발달 과정에서 성별에 따라 다른 신경 시냅스의 가지치기와 암수 성에 특화된 특수 신경 세포를 발전시키는 방식으로 나타난다. 그런데 왜 이런 단순한 생물체에 성 분화가 필요할까? 그것은 성공적으로 자손을 남기는데 결정적인 역할을 하기 때문으로 보인다. 예를 들어 예쁜꼬마선충의 PHB 뉴런은 암수 모두에서 발견되나 그 기능이 암수에 따라 달라져 수컷에서는 화학 수용체로 암컷의 신호를 발견하는 역할을 한다. 만약 암수에서 이 신경의 구조와 기능이 같다면 암수 선충 모두 암컷과 짝짓기를 시도하는 웃지 못할 일이 발생할 수 있으므로 이런 신경이 성별에 따라 분화된다는 것은 예쁜꼬마선충의 생존을 위해서 매우 중요하다. 이번 연구는 단순한 뇌 구조를 가진 동물 모델에서 성에 따른 뇌 구조의 분화를 매우 구체적으로 밝혀냈다는 데 의의가 있다. 이는 인간을 포함한 더 복잡한 생물에서 성에 따른 뇌의 기능 및 구조 변화를 이해하는데 도움이 될 것으로 기대된다. 사진=오리버 허버트 박사/NIH 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

남녀는 신체는 물론 사고방식에도 차이가 존재한다. 심지어 '화성에서 온 남자, 금성에서 온 여자'같은 제목의 책이 베스트셀러가 될 만큼 그 차이는 분명하다. 과학자들은 이런 차이가 어디서 기인하는지 연구해 왔지만, 쉽지 않았다. 인간에게는 뇌의 구조 및 기능에 따른 차이 만이 아니라 여러 가지 사회적, 교육적 요소가 남녀 간의 차이를 만드는 데 관여해서 순수하게 생물학적 차이만 구분해서 연구하기 어렵다. 하지만 사람보다 단순한 동물 모델에 비춰보면 중요한 단서를 얻을 수도 있다. 예쁜꼬마선충 (Caenorhabditis elegans)은 몸길이가 1mm가 조금 넘는 작은 토양 선충이다. 다행히 사람에 기생하지 않아서 일반인들에게는 생소하지만, 단순한 구조와 키우기 쉬운 특징 때문에 생물학자들에게는 매우 친숙한 실험동물이다. 특히 이 선충의 뇌는 뇌를 연구하는 과학자들에게 여러 가지 귀중한 정보를 제공했다. 7000 개에 불과한 신경세포(뉴런)를 가진 단순성에도 불구하고 여러 가지 행동 및 인지 기능을 가지고 있어 뇌 연구에 동물 모델로 적합하기 때문이다. 더 놀라운 사실은 이 단순한 뇌를 가진 생물에서조차 암수 뇌 구조가 차이가 있다는 점이다. 미 국립의료원(NIH) 산하의 국립신경장애및뇌졸중연구소(NINDS)의 올리버 허버트(Oliver Hobert) 박사와 동료 과학자들은 예쁜꼬마선충의 뇌가 암수별로 다르게 발달한다는 사실을 발견하고 최근 이를 네이처지에 발표했다. 연구팀에 의하면 예쁜꼬마선충은 성충이 되기 전에는 혼합형의 뇌 구조를 가지고 있으나 성충이 되어 번식이 가능한 시기가 되면 서로 다른 뇌 구조를 발달시키게 된다. 이는 발달 과정에서 성별에 따라 다른 신경 시냅스의 가지치기와 암수 성에 특화된 특수 신경 세포를 발전시키는 방식으로 나타난다. 그런데 왜 이런 단순한 생물체에 성 분화가 필요할까? 그것은 성공적으로 자손을 남기는데 결정적인 역할을 하기 때문으로 보인다. 예를 들어 예쁜꼬마선충의 PHB 뉴런은 암수 모두에서 발견되나 그 기능이 암수에 따라 달라져 수컷에서는 화학 수용체로 암컷의 신호를 발견하는 역할을 한다. 만약 암수에서 이 신경의 구조와 기능이 같다면 암수 선충 모두 암컷과 짝짓기를 시도하는 웃지 못할 일이 발생할 수 있으므로 이런 신경이 성별에 따라 분화된다는 것은 예쁜꼬마선충의 생존을 위해서 매우 중요하다. 이번 연구는 단순한 뇌 구조를 가진 동물 모델에서 성에 따른 뇌 구조의 분화를 매우 구체적으로 밝혀냈다는 데 의의가 있다. 이는 인간을 포함한 더 복잡한 생물에서 성에 따른 뇌의 기능 및 구조 변화를 이해하는데 도움이 될 것으로 기대된다. 사진=오리버 허버트 박사/NIH 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

가상현실(VR) 산업 분야의 주요 인사들이 서울에 모여 VR 기술의 성과와 미래 산업화 방향을 모색했다. 전남정보문화산업진흥원은 11일 서울 삼성동 코엑스에서 ‘실감미디어 품질평가 연구성과 보고회’와 ‘실감미디어 해외기술교류 컨퍼런스’가 열렸다고 밝혔다. 이번 실감미디어 품질평가 연구성과 보고회에서는 홀로그래피 표준화 동향 및 산업 활성화 방안, 전시체험, 가상현실 콘텐츠 사업화를 위한 품질고도화 전략의 기조발표가 이어졌다. 기조 발표 이후에는 실감미디어 품질평가체계 개발 추진경과 및 실증 시범서비스 추진계획 경과보고, 실감형 다시점 영상(홀로그램)의 품질평가 체계 및 실감형 전시체험 제품 사용경험 기반 체감품질 평가체계, 가상현실 기반 콘텐츠 품질 테스팅 가이드라인의 성과보고로 순으로 진행됐다. 특히 실감미디어 해외기술교류 컨퍼런스에서는 VR 분야의 세계 주요 인사들이 직접 강연자로 나섰다. SVVR의 공동창립자인 칼 크란츠(Karl Krantz)와 나나 우수이(Nana Usui), 노이텀의 하오양 리우(Haoyang Liu) CEO, 알트스페이스의 존 프란시스 쇼네시(John Francis Shaunessy) 헤드 프로그래머, 모구라VR의 공동창립자인 쿠보타 슌(Kubota Shun)등이 강단에 섰다. 현재 전세계 VR산업에서 가장 큰 규모로 오랫동안 운영되고 있는 가상현실개발자 커뮤니티 SVVR(Silicon Valley Virtual Reality)의 창립자이자 SVVR 전시와 컨퍼런스의 최고 책임자인 칼 크란츠는 자신의 경험을 바탕으로 가상현실 산업의 비전과 가상현실 프론트라인에서 유념할 점에 대해 이야기했다. 가상현실 모션캡션 장비 퍼셉션 뉴런(Perception Neuron)으로 유명해진 하오양 리우는 노이텀의 설립자로 모션캡쳐 장비를 바탕으로 향후 가상현실 콘텐츠 개발의 방향성과 이를 통해 새로운 경험을 어떻게 제공할 수 있는지에 대해 강연했다. 쿠보타 슌은 현재 일본 VR산업계에서 일어나고 있는 최신 정보를 정리하고 테마파크, 인터넷카페 등 가상현실을 체험할 수 있는 독특한 장소를 중심으로 VR산업의 사업화에 대해 구체적으로 논의했다. 마지막으로 매직VR을 만든 개발자 존 프란시스 쇼네시는 가상현실 공간에서 소셜미디어 플랫폼을 통해 인간이 컴퓨터와 어떻게 소통해야 하는지에 대해 설명했다. 한편 실감미디어 해외기술교류 컨퍼런스에서는 해외 연사들의 강연뿐 아니라 모션트레커 기술 시연과 햅틱 컨트롤 기술 시연, 국내 가상현실 콘텐츠 개발 이슈 및 사례 발표와 전문가 강연 등 다양한 프로그램을 통해 참관객들에게 볼거리도 제공했다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

MIT 등 美연구진, 셀誌에 발표 외로움과 관련한 뇌의 특정 부위가 발견됐다고 미국 매사추세츠공과대(MIT)가 최근 발표했다. MIT와 캘리포니아대 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA) 등의 과학자들이 참여한 공동 연구진이 우리 인간과 마찬가지로 외로움을 느끼는 동물 가운데 쥐를 대상으로 한 실험에서 위와 같은 부위를 발견했다. 인간은 진화 역사적인 측면에서 먹을 것이나 살 곳을 마련하기 위해 한 개인보다는 집단으로 협동하는 것이 생존에 유리했다. 따라서 우리 몸속에는 공동체 속에서 편안함을 찾으려는 본능이 뿌리를 내리고 있어 홀로 고립됐을 때 종종 외로움이나 고통, 비참함을 느끼게 된다. 외로움으로 표현되는 이런 감정과 관련한 뇌 부위는 뇌 뒤쪽에 있는 배측봉선핵(Dorsal Raphe Nucleus, DRN)에 있었다. 이는 등쪽솔기핵이라는 명칭으로도 불린다. 연구진에 따르면, 집단으로 생활한 실험 쥐들은 DRN 뉴런(신경세포)이 활발하지 않았지만 이들이 고립된 상황에 놓이게 되면 DRN 뉴런이 활성화돼 이후 사회적 접촉에 민감해졌다. 또한 고립된 다음 다시 집단에 합류시킨 쥐들에서도 해당 부위의 신경 활동은 급증했다. 즉 한 번 고립됐던 쥐는 그렇지 않은 쥐보다 훨씬 사교성이 높아져 있었다는 것이다. 이와 함께 연구진은 집단에서 서열이 높은 쥐들이 고립이라는 사회적 변화에 관한 반응성이 높은 것을 확인했다. 이는 사회적 지위가 높을수록 외로움의 영향을 더 받기 쉬울 가능성이 있는 것이라고 연구진은 설명했다. 이번 연구에 공동저자로 참여한 케이 타이에 MIT 교수는 “집단 안에서의 사회적 경험이 모든 동물 개체에 똑같이 영향을 주는 것은 아니다”며 “지배적인 위치에 있는 쥐는 자신이 속한 사회적 환경을 좋아하지만, 그렇지 못해 매일 괴롭힘을 당하고 있는 쥐는 사회가 그리 즐거운 것이 아니어서 소외감마저 느끼고 있을지도 모른다”고 설명했다. 사실 이번 발견은 우연에 의한 것이었다. 이번 연구에 대표저자로 참여한 질리언 매튜스 MIT 박사는 “약물 남용이 DRN 뉴런에 어떤 영향을 주는지를 연구하던 중 약물을 투여하지 않은 통제군의 쥐를 일정 기간 격리한 뒤에 DRN 활동이 강화되는 것이 발견돼 추가 연구로 DRN 뉴런이 분리 반응하고 있는 것을 확인했었다”고 설명했다. 연구진은 이제 앞으로의 연구에서 DRN 뉴런이 단순히 외로움을 감지하고 있는 것인지 아니면 그 원인이 되는지를 조사하고 DRN 뉴런의 차이가 사회성 수준에 차이를 유발하는지를 탐구할 계획이다. 타이에 교수는 “우리가 아는 한 외로움과 같은 정신적 상태는 뇌세포에서 특정된 것이 이번이 처음이다”면서 “우리는 이 연구를 본격적으로 시작하기 위한 출발점에 도착한 것”이라고 말했다. 이번 연구결과는 세계적 학술지 ‘셀’(Cell) 최신호에 게재됐다. 사진=MIT(위), ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

나트륨 섭취량에 따라 건강상태가 달라질 수 있다는 사실은 익히 알려져 있지만, 나트륨이 수면에까지도 영향을 미친다는 것을 아는 사람은 많지 않다. 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. 자세한 연구결과는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 최신호에 실렸다. 사진=포토리아 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

나트륨 섭취량에 따라 건강상태가 달라질 수 있다는 사실은 익히 알려져 있지만, 나트륨이 수면에까지도 영향을 미친다는 것을 아는 사람은 많지 않다. 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. 자세한 연구결과는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 최신호에 실렸다. 사진=포토리아 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

이미 ‘뛰어난’ 인공지능의 기능에 인간의 숨결을 불어 넣어주는 슈퍼컴퓨터 칩이 개발됐다. 　미국 IBM과 로렌스 리버모어 국립 연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)가 손 잡고 만든 이 칩은 ‘IBM 트루노스’(IBM TrueNorth)로, 인간의 뇌와 매우 유사한 구조 및 훨씬 뛰어난 계산능력을 자랑한다는 것이 특징이다.　이를 개발한 과학자들의 설명에 따르면 IBM 트루노스 칩 16개를 조합해 만든 슈퍼컴퓨터는 1600만개의 뉴런과 40억 개의 시냅스가 처리하는 계산능력과 맞먹는 ‘실력’을 지녔으며, 복잡한 패턴을 인식하거나 주변의 정보를 통합하고 분석한 결과를 통해 추론하는 능력도 기존의 슈퍼컴퓨터에 비해 뛰어나다.　이번에 개발된 칩은 미국 내에서 핵탄두 개발을 책임지는 에너지부 산하 국가핵안전국(NNSA)의 정보처리 및 사이버안보를 지키는데 우선적으로 활용될 예정이다. 　특히 NNSA가 비축용 핵의 안전과 안정성을 보장하기 위해 사용되는 ASC(Advanced Simulation and Computing) 프로그램의 성능을 높이고, 컴퓨터가 마치 사람처럼 생각하고 배울 수 있도록 하는 기술인 ‘딥 러닝’ 알고리즘을 평가하는데에도 활용될 것으로 알려졌다.　로렌스 리버모어 국립연구소 소속 관계자인 짐 브레이즈는 “인간의 뇌를 닮은 컴퓨터 칩을 뜻하는 뉴로모픽 칩(neuromorphic chip)의 발전은 우리가 과학을 다루는 방법을 변화시킬 것”이라면서 “이러한 기술의 실현은 현존하는 가장 빠른 연산처리 시스템인 페타플롭스(petaFlops, 1초당 1000조번의 연산처리)보다 더욱 빠른 스피드를 자랑하는 컴퓨터의 등장을 가능케 할 것”이라고 기대했다. 이어 “IBM 트루노스는 뉴런과 시냅스의 움직임으로 이뤄진 사람의 뇌 시스템과 매우 유사하며, 기존의 슈퍼컴퓨터 칩보다 더 낮은 전력만을 필요로 한다는 장점이 있다”고 덧붙였다. IBM 측은 “IBM트루노스는 향후 5~7년 내 상업적 용도로 활용될 수 있을 만큼 보편화 될 것”이라고 전망했다. 　 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

“인류는 몇 광년 떨어진 은하계에서 일어나는 일도 알 수 있고, 원자보다 작은 입자에 대해서도 알고 있지만 우리 두 귀 사이에 존재하는 1.4㎏짜리 물체의 수수께끼는 풀지 못하고 있습니다.” 2013년 4월 미국 버락 오바마 대통령은 과학계의 미개척 분야인 ‘뇌’ 연구에 10년 동안 30억 달러를 투입하겠다는 ‘브레인 이니셔티브’를 발표하며 이렇게 말했다. 이세돌 9단과 구글 인공지능 ‘알파고’ 간 세기의 바둑 대결을 계기로 인공지능과 뇌과학에 대한 대중들의 관심이 한껏 고조되고 있다. 인공지능 같은 컴퓨터 시스템 기술은 인간 최고수를 이길 수준에 도달하는 등 눈부시게 발전하고 있지만, 정작 인공지능이 닮으려 하는 사람의 두뇌에 대한 연구는 아직 걸음마 단계에 있다. ●뇌는 우리 몸속의 ‘작은 우주’ 단단한 두개골 속에 자리잡은 말랑말랑한 순두부 같은 형태의 ‘뇌’는 평균 무게 1.4㎏으로, 몸무게의 2% 정도에 불과한 작은 인체 조직 중 하나다. 그러나 사람의 몸에 들어오는 산소의 15%와 포도당의 50%를 사용하면서 1000억개의 신경세포(뉴런)로 연결돼 1000조개에 이르는 시냅스를 구성하는 ‘작은 우주’다. 뇌 덕분에 사람은 아름다운 예술작품을 창조해 낼 수 있고, 가장 행복했던 순간이 언제인지 기억할 수 있고, 누구랑 친하게 지내야 하고, 어떤 상황을 피해야 하는지를 판단할 수 있다. 이처럼 복잡다단한 뇌를 이해하기 위한 연구는 의학, 약학, 심리학, 생물학, 전자공학, 기계공학, 재료공학, 통신공학, 로보틱스 등 다양한 분야의 학문들이 융·복합된 ‘종합과학’ 형태로 이뤄지고 있다. 단순히 어느 한 분야의 연구만으로는 1000조개에 이르는 조합의 극히 일부분밖에 이해할 수 없기 때문이다. 융·복합 학문인 뇌과학에서 현재 가장 관심이 집중되는 부분은 뇌지도 작성, 뇌·기계 인터페이스(BMI) 기술, 퇴행성 뇌질환 치료 방법 개발 등이다. 결국 인간이 인간다움을 갖고 생명을 영위하고 사망에 이를 수 있도록 건강한 뇌를 유지하도록 돕는 것이 뇌과학의 최종적인 목표인 셈이다. ●뇌 회로도로 건강한 뇌 유지 뇌지도는 1000억개에 이르는 뇌 신경세포가 이를 연결해 주는 수많은 가지들과 어떻게 연결돼 1000조개의 뇌신경계를 만들어 내는지를 한눈에 보여 주는 작업이다. 컴퓨터 서버에 오류가 발생하면 네트워크 지도를 보고 복구 계획을 세우고 전자제품이 고장 나면 회로도를 바탕으로 수리를 하는 것처럼 뇌과학자들은 알츠하이머 같은 퇴행성 뇌질환, 자폐증, 조현병, 우울증 같은 정신과적 질병을 치료하는 데 뇌지도가 긴요하게 쓰일 것으로 보고 있다. 더군다나 정밀한 뇌지도는 ‘딥러닝’ 같은 기계학습 알고리즘의 발전을 가져와 새로운 형태의 인공지능 개발에도 도움을 줄 것으로 기대된다. 2005년 뇌의 모든 구성 요소와 연결구조에 관한 데이터 세트를 의미하는 ‘커넥톰’이란 개념이 제시되면서 연구자들은 자기공명영상(MRI) 기법을 이용해 뇌의 주요 신경다발이 어떻게 연결돼 있는지 영상화하는 ‘휴먼 커넥톰’에 대해 관심을 집중하고 있다. 뇌지도 작성 연구가 활발한 가운데 가장 큰 관건은 지도의 해상도를 높이는 것과 뇌 이미지 데이터를 어떻게 처리하고 보관하고 분석할지에 대한 표준화된 소프트웨어를 개발하는 것이다. BMI 기술은 인간의 뇌를 기계와 연결해 뇌신경 신호를 실시간으로 해석해 활용하거나 외부 정보를 입력하고 변조시켜 인간 능력을 증진시키는 융합기술이다. 현재 BMI는 사고나 질병으로 몸을 움직일 수 없는 환자들을 치료하기 위한 수단으로 개발되고 있다. 생각만으로 휠체어나 인공기관, 마비된 팔과 다리를 대신할 로봇 팔다리를 조종할 수 있게 BMI 기술이 발전하기 위해서는 뇌파의 측정과 분석을 통해 건강한 뇌파를 유지할 수 있도록 조절하는 ‘뉴로 피드백’ 기술의 발전도 함께 가야 한다. ●이달 14~20일은 ‘세계 뇌 주간’ 뇌과학의 연구 성과에 가속도가 붙으면서 우리 ‘뇌’를 똑바로 알자는 연구자들의 움직임도 활발하다. 미국 뇌신경과학 분야 사립연구기관인 DANA재단은 1992년부터 매년 3월 셋째주를 ‘세계 뇌 주간’으로 정해 일반인들에게 뇌 연구의 중요성을 이해시키기 위한 다채로운 행사를 진행하고 있다. 현재 전 세계 60개국이 이 행사에 참여하고 있다. 우리나라도 2002년부터 뇌 주간 행사를 열고 있다. 올해도 한국뇌연구협회 등 6개 기관과 학회가 모여 ‘뇌연구 궁금해요’라는 주제로 이달 20일까지 다양한 공개강연 행사를 갖는다. 차두원 한국과학기술기획평가원(KISTEP) 박사는 “최근 선진국들의 연구 추세를 보면 뇌과학은 단순한 연구과제가 아니라 한 국가의 과학 역량이 총집결된 국가적 프로젝트가 되고 있기 때문에 대중들의 관심을 집중시키기 위한 노력이 병행되고 있다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

MIT 등 美연구진, 셀誌에 발표 외로움과 관련한 뇌의 특정 부위가 발견됐다고 미국 매사추세츠공과대(MIT)가 최근 발표했다. MIT와 캘리포니아대 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA) 등의 과학자들이 참여한 공동 연구진이 우리 인간과 마찬가지로 외로움을 느끼는 동물 가운데 쥐를 대상으로 한 실험에서 위와 같은 부위를 발견했다. 인간은 진화 역사적인 측면에서 먹을 것이나 살 곳을 마련하기 위해 한 개인보다는 집단으로 협동하는 것이 생존에 유리했다. 따라서 우리 몸속에는 공동체 속에서 편안함을 찾으려 하는 본능이 뿌리를 내리고 있어 홀로 고립됐을 때 종종 외로움이나 고통, 비참함을 느끼게 된다. 외로움으로 표현되는 이런 감정과 관련한 뇌 부위는 뇌 뒤쪽에 있는 배측봉선핵(Dorsal Raphe Nucleus, DRN)에 있었다. 이는 등쪽솔기핵이라는 명칭으로도 불린다. 연구진에 따르면, 집단으로 생활한 실험 쥐들은 DRN 뉴런(신경세포)이 활발하지 않았지만 이들이 고립된 상황에 놓이게 되면 DRN 뉴런이 활성화돼 이후 사회적 접촉에 민감해졌다. 또한 고립된 다음 다시 집단에 합류시킨 쥐들에서도 해당 부위의 신경 활동은 급증했다. 즉 한 번 고립됐던 쥐는 그렇지 않은 쥐보다 훨씬 사교성이 높아져 있었다는 것이다. 이와 함께 연구진은 집단에서 서열이 높은 쥐들이 고립이라는 사회적 변화에 관한 반응성이 높은 것을 확인했다. 이는 사회적 지위가 높을수록 외로움의 영향을 더 받기 쉬울 가능성이 있는 것이라고 연구진은 설명했다. 이번 연구에 공동저자로 참여한 케이 타이에 MIT 교수는 “집단 안에서의 사회적 경험이 모든 동물 개체에 똑같이 영향을 주는 것은 아니다”며 “지배적인 위치에 있는 쥐는 자신이 속한 사회적 환경을 좋아하지만, 그렇지 못해 매일 괴롭힘을 당하고 있는 쥐는 사회가 그리 즐거운 것이 아니어서 소외감마저 느끼고 있을지도 모른다”고 설명했다. 사실 이번 발견은 우연에 의한 것이었다. 이번 연구에 대표저자로 참여한 질리언 매튜스 MIT 박사는 “약물 남용이 DRN 뉴런에 어떤 영향을 주는지를 연구하던 중 약물을 투여하지 않은 통제군의 쥐를 일정 기간 격리한 뒤에 DRN 활동이 강화되는 것이 발견돼 추가 연구로 DRN 뉴런이 분리 반응하고 있는 것을 확인했었다”고 설명했다. 연구진은 이제 앞으로의 연구에서 DRN 뉴런이 단순히 외로움을 감지하고 있는 것인지 아니면 그 원인이 되는지를 조사하고 DRN 뉴런의 차이가 사회성 수준에 차이를 유발하는지를 탐구할 계획이다. 타이에 교수는 “우리가 아는 한 외로움과 같은 정신적 상태는 뇌세포에서 특정된 것이 이번이 처음이다”면서 “우리는 이 연구를 본격적으로 시작하기 위한 출발점에 도착한 것”이라고 말했다. 이번 연구결과는 세계적 학술지 ‘셀’(Cell) 최신호에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아(위), MIT 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

MIT 등 美연구진, 셀誌에 발표 외로움과 관련한 뇌의 특정 부위가 발견됐다고 미국 매사추세츠공과대(MIT)가 11일(현지시간) 발표했다. MIT와 캘리포니아대 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA) 등의 과학자들이 참여한 공동 연구진이 우리 인간과 마찬가지로 외로움을 느끼는 동물 가운데 쥐를 대상으로 한 실험에서 위와 같은 부위를 발견했다. 인간은 진화 역사적인 측면에서 먹을 것이나 살 곳을 마련하기 위해 한 개인보다는 집단으로 협동하는 것이 생존에 유리했다. 따라서 우리 몸속에는 공동체 속에서 편안함을 찾으려 하는 본능이 뿌리를 내리고 있어 홀로 고립됐을 때 종종 외로움이나 고통, 비참함을 느끼게 된다. 외로움으로 표현되는 이런 감정과 관련한 뇌 부위는 뇌 뒤쪽에 있는 배측봉선핵(Dorsal Raphe Nucleus, DRN)에 있었다. 이는 등쪽솔기핵이라는 명칭으로도 불린다. 연구진에 따르면, 집단으로 생활한 실험 쥐들은 DRN 뉴런(신경세포)이 활발하지 않았지만 이들이 고립된 상황에 놓이게 되면 DRN 뉴런이 활성화돼 이후 사회적 접촉에 민감해졌다. 또한 고립된 다음 다시 집단에 합류시킨 쥐들에서도 해당 부위의 신경 활동은 급증했다. 즉 한 번 고립됐던 쥐는 그렇지 않은 쥐보다 훨씬 사교성이 높아져 있었다는 것이다. 이와 함께 연구진은 집단에서 서열이 높은 쥐들이 고립이라는 사회적 변화에 관한 반응성이 높은 것을 확인했다. 이는 사회적 지위가 높을수록 외로움의 영향을 더 받기 쉬울 가능성이 있는 것이라고 연구진은 설명했다. 이번 연구에 공동저자로 참여한 케이 타이에 MIT 교수는 “집단 안에서의 사회적 경험이 모든 동물 개체에 똑같이 영향을 주는 것은 아니다”며 “지배적인 위치에 있는 쥐는 자신이 속한 사회적 환경을 좋아하지만, 그렇지 못해 매일 괴롭힘을 당하고 있는 쥐는 사회가 그리 즐거운 것이 아니어서 소외감마저 느끼고 있을지도 모른다”고 설명했다. 특히 이번 발견은 우연에 의한 것이었다. 이번 연구에 대표저자로 참여한 질리언 매튜스 MIT 박사는 “약물 남용이 DRN 뉴런에 어떤 영향을 주는지를 연구하던 중 약물을 투여하지 않은 통제군의 쥐를 일정 기간 격리한 뒤에 DRN 활동이 강화되는 것이 발견돼 추가 연구로 DRN 뉴런이 분리 반응하고 있는 것을 확인했었다”고 설명했다. 연구진은 이제 앞으로의 연구에서 DRN 뉴런이 단순히 외로움을 감지하고 있는 것인지 아니면 그 원인이 되는지를 조사하고 DRN 뉴런의 차이가 사회성 수준에 차이를 유발하는지를 탐구할 계획이다. 타이에 교수는 “우리가 아는 한 외로움과 같은 정신적 상태는 뇌세포에서 특정된 것이 이번이 처음이다”면서 “우리는 이 연구를 본격적으로 시작하기 위한 출발점에 도착한 것”이라고 말했다. 한편 이번 연구결과는 세계적 학술지 ‘셀’(Cell) 최신호(2월11일자)에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아(위), MIT 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

MIT 등 美연구진, 셀誌에 발표 외로움과 관련한 뇌의 특정 부위가 발견됐다고 미국 매사추세츠공과대(MIT)가 11일(현지시간) 발표했다. MIT와 캘리포니아대 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA) 등의 과학자들이 참여한 공동 연구진이 우리 인간과 마찬가지로 외로움을 느끼는 동물 가운데 쥐를 대상으로 한 실험에서 위와 같은 부위를 발견했다. 인간은 진화 역사적인 측면에서 먹을 것이나 살 곳을 마련하기 위해 한 개인보다는 집단으로 협동하는 것이 생존에 유리했다. 따라서 우리 몸속에는 공동체 속에서 편안함을 찾으려 하는 본능이 뿌리를 내리고 있어 홀로 고립됐을 때 종종 외로움이나 고통, 비참함을 느끼게 된다. 외로움으로 표현되는 이런 감정과 관련한 뇌 부위는 뇌 뒤쪽에 있는 배측봉선핵(Dorsal Raphe Nucleus, DRN)에 있었다. 이는 등쪽솔기핵이라는 명칭으로도 불린다. 연구진에 따르면, 집단으로 생활한 실험 쥐들은 DRN 뉴런(신경세포)이 활발하지 않았지만 이들이 고립된 상황에 놓이게 되면 DRN 뉴런이 활성화돼 이후 사회적 접촉에 민감해졌다. 또한 고립된 다음 다시 집단에 합류시킨 쥐들에서도 해당 부위의 신경 활동은 급증했다. 즉 한 번 고립됐던 쥐는 그렇지 않은 쥐보다 훨씬 사교성이 높아져 있었다는 것이다. 이와 함께 연구진은 집단에서 서열이 높은 쥐들이 고립이라는 사회적 변화에 관한 반응성이 높은 것을 확인했다. 이는 사회적 지위가 높을수록 외로움의 영향을 더 받기 쉬울 가능성이 있는 것이라고 연구진은 설명했다. 이번 연구에 공동저자로 참여한 케이 타이에 MIT 교수는 “집단 안에서의 사회적 경험이 모든 동물 개체에 똑같이 영향을 주는 것은 아니다”며 “지배적인 위치에 있는 쥐는 자신이 속한 사회적 환경을 좋아하지만, 그렇지 못해 매일 괴롭힘을 당하고 있는 쥐는 사회가 그리 즐거운 것이 아니어서 소외감마저 느끼고 있을지도 모른다”고 설명했다. 특히 이번 발견은 우연에 의한 것이었다. 이번 연구에 대표저자로 참여한 질리언 매튜스 MIT 박사는 “약물 남용이 DRN 뉴런에 어떤 영향을 주는지를 연구하던 중 약물을 투여하지 않은 통제군의 쥐를 일정 기간 격리한 뒤에 DRN 활동이 강화되는 것이 발견돼 추가 연구로 DRN 뉴런이 분리 반응하고 있는 것을 확인했었다”고 설명했다. 연구진은 이제 앞으로의 연구에서 DRN 뉴런이 단순히 외로움을 감지하고 있는 것인지 아니면 그 원인이 되는지를 조사하고 DRN 뉴런의 차이가 사회성 수준에 차이를 유발하는지를 탐구할 계획이다. 타이에 교수는 “우리가 아는 한 외로움과 같은 정신적 상태는 뇌세포에서 특정된 것이 이번이 처음이다”면서 “우리는 이 연구를 본격적으로 시작하기 위한 출발점에 도착한 것”이라고 말했다. 한편 이번 연구결과는 세계적 학술지 ‘셀’(Cell) 최신호(2월11일자)에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아(위), MIT 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

기억력이 특별히 뛰어난 사람이 아니더라도 특정 사건이나 장소, 물건에 대해서는 생생하게 기억하는 경우가 있다. 미국 데이비스 캘리포니아대(UC데이비스) 신경과학센터 채런 랜거너스 교수팀은 특정 사건에 대해 기억이 오래 남는 이유는 기억을 관장하는 뇌의 해마가 우선순위를 정해 장기 기억 저장소로 넘기기 때문이라는 연구 결과를 발표했다. 특히 기억을 통해 보상을 받을 수 있다고 판단할 경우 세부적인 사항까지 쉽게 기억하는 것으로 나타났다. 이번 연구 성과는 뇌과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 11일자에 실렸다. 연구팀은 10대 후반부터 30대 초반까지 건강한 성인 남녀 20명을 대상으로 320개의 사진을 보도록 했다. 연구팀은 사진을 보여주면서 기억 여부에 따라 2달러 또는 2센트의 보상을 받을 수 있다는 사실을 알렸다. 실험 참여자는 320개의 사진을 본 뒤 1시간 30분의 휴식을 갖고 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 뇌를 촬영하면서 32개의 질문을 받았다. 그 결과 실험 참여자 대부분은 2센트를 받을 수 있는 사진보다는 2달러의 보상이 약속된 사진에 대해 더 많이 기억한 것으로 나타났다. fMRI에서도 2달러의 보상을 받을 수 있는 사진에 대해 기억할 때는 장기기억과 관련된 부위가 활성화되는 것으로 나타났다. 반면 2센트의 보상을 받을 수 있는 사진에 대한 질문을 받을 때는 단기기억과 관련된 부위나 기억 중추가 활성화되지 않는 것으로 드러났다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘인간의 평균 두뇌 사용량은 10%에 불과하다’는 것은 오래된 상식에 속한다. 하지만 이는 속설에 불과할 수도 있다. 뇌과학의 영역은 지금도 미지의 진리를 찾아 헤매고 있다. 오랜 시간에 걸쳐 만들어진 세상의 속설과 맞서 싸우면서 말이다. 인간 두뇌에 대한 ‘속설’을 사실로 가정하는 사례는 우리 일상에서 흔히 찾아볼 수 있다. 과학전문지 ‘파퓰러사이언스’는 2일(현지시간), 많은 이들이 사실로 믿고 있지만 과학적 근거가 충분하지 않은 ‘뇌에 관한 오해’ 몇 가지를 해명했다. 그 중 일부를 발췌해 소개한다. 1. 인간은 두뇌의 일부만을 활용할 수 있다.앞서도 언급된 이 유명한 속설의 ‘발단’이 된 사람은 1900년대에 활동한 심리학자 윌리엄 제임스다. 1907년에 그는 “인간은 주어진 정신적·신체적 역량의 극히 일부만을 활용하고 있다”고 발언했는데, 이후 한 기자가 이 말을 ‘평범한 인간은 전체 정신 능력의 10%만을 개발할 수 있다’고 와전한 이래 이러한 오해가 널리 퍼지게 됐다. 그러나 현대 의학 장비를 이용해 개인의 두뇌 활동을 조사해보면 인간이 자기 두뇌의 전 영역을 고루 활용한다는 사실이 명확히 드러난다. 두뇌의 일부분만 손상돼도 전반적 정신과 행동에 영향을 미치는 것 역시 이 때문이다. 2. 클래식 음악은 자녀 두뇌 발달에 좋다이러한 믿음은 1993년 미국 캘리포니아대학교 어바인 캠퍼스 연구팀이 진행했던 실험에서 비롯됐다. 당시 연구팀은 대학생들을 세 그룹으로 나눠 각각 모차르트 음악을 듣거나 긴장완화 체조를 실시하거나 침묵 속에서 대기하도록 한 뒤 IQ 테스트를 치르도록 했다. 연구팀은 실험결과 모차르트의 음악을 청취한 학생들의 점수가 가장 높다는 점을 들어 이 같은 이론을 내놓았다. 그러나 이후 여러 과학자들이 이 실험을 반복해 보았지만 이 중 동일한 연구 결과를 얻었던 사례는 단 한 건도 없었다. 오히려 1999년 하버드 대학교의 한 연구팀은 유사 연구 16건을 분석한 뒤 이른바 ‘모차르트 효과’가 거짓에 해당한다고 결론내린 바 있다. 3. 성인이 되면 뇌세포 성장이 중단된다1998년, 스웨덴 과학자들은 성인이 된 이후에도 장기기억을 관장하는 두뇌영역인 ‘해마’에서 새로운 뇌세포가 생성된다는 사실을 알아냈다. 최근 2014년에도 스웨덴 카롤린스카 연구소의 과학자들이 운동능력 및 자의식에 관여하는 신경조직인 ‘선조체’가 평생에 걸쳐 새로운 뉴런을 형성한다는 사실을 밝혀냈다. 4. 남녀의 특기가 다른 이유는 두뇌구조 자체가 다르기 때문이다남녀가 서로 다른 분야에 두각을 나타내는 이유는 생물학적 이유보다는 사회적 이유가 더 크게 작용한다는 연구 결과가 많다. 이를 잘 드러내는 예시로 1999년 워털루대학교 사회심리학자들이 진행한 실험이 있다. 이 실험에서 연구팀은 남녀 집단에게 동일한 고난도 수학문제를 풀도록 했다. 이 때 첫 시험에서는 여성 참가자들의 성적이 남성들보다 낮았다. 그러나 두 번째 시험에서는 시작 직전 참가자들에게 ‘과거 동일 시험을 진행한 결과 남녀들 사이에 성적차이가 발생하지 않았다’고 언급했고, 그러자 여성들의 성적이 남성들과 동일해지는 현상이 관찰된 바 있다. 5. 술을 마시면 뇌세포가 파괴된다.과거 덴마크 바톨린 연구소의 과학자들은 사망한 알코올중독자들의 뇌와 일반인들의 뇌를 서로 비교, 그 뉴런 수가 거의 동일하다는 사실을 밝혀냈다. 물론 과다하게 복용했을 경우 알코올이 뇌세포를 어느 정도 파괴하는 것은 사실이다. 그러나 이는 다른 화학물질의 경우도 마찬가지며, 적당량의 음주는 뇌에 문제가 되지 않는다. 6. 좌뇌가 우세하면 논리적 사람, 우뇌가 우세하면 창의적 사람이 된다좌·우뇌 중 더 우세한 쪽에 따라 개인의 성향이 논리적, 혹은 창의적으로 굳어진다는 믿음은 주변에서 흔히 찾아볼 수 있지만 이를 명확히 뒷받침하는 연구결과는 현재까지 제시되지 않았다. 오히려 이를 부인하는 결과가 종종 발표되는데, 일례로 2012년 캐나다 브리티시컬럼비아 대학교 연구팀은 창의적 사고에 있어 좌·우 중 어느 한쪽이 아닌 두뇌 전체의 신경계가 활용된다는 사실을 알아냈다. 사진=ⓒ포토리아 방승언 기자 earny@seoul.co.kr

　사지 마비 환자에게 생각만으로 보조장치를 통해 걸을 수 있도록 도와주는 ‘바이오닉 척수’(bionic spinal cord)‘ 장치가 개발됐다고 호주 연구팀이 밝혔다. 　비록 이 환자들이 사지를 다시 움직일 수 있는 것은 아니지만, 환자의 생각만으로도 로봇 팔다리를 이용해 도움을 받을 수 있다는 있다는 것이다. 　호주의 로열 멜버른 병원과 멜버른 대학 등의 39명으로 구성된 연구진은 이같은 내용의 연구 결과를 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’에 최근 발표했다고 호주 언론들이 9일 보도했다. 　연구팀은 양을 통해 시험을 거쳤으며 내년 말 실제 3명의 환자를 상대로 임상 시험에 들어갈 예정이다. 　연구팀에 따르면 이 장치의 핵심은 작은 종이클립 크기의 스텐트로, 이는 목정맥 안으로 삽입돼 뇌 상층부의 운동 피질까지 끌어올려 진다. 　전극들이 들어있는 스텐트는 기록장치처럼 운동 피질 내 뉴런의 전기활동들을 모으고 로봇식 팔다리를 움직이도록 신호를 변환해 준다. 　스텐트를 삽입·이동하는 데 혈관을 이용함으로써 외과적인 두뇌 수술을 피하고 수술 시간도 크게 줄일 수 있다. 　연구팀의 토머스 옥슬리 박사는 “기술적인 문제는 피시술자에게 해를 주지 않고 뇌 안 혈관에 스텐트의 전극을 안전하게 남겨두는 것”이라고 호주 AAP통신에 말했다. 　또 다른 연구자인 니콜라스 오피는 자신들이 활용한 개념은 이식형 인공심장 박동기와 유사하다고 말했다. 　연구팀은 자신들의 연구 성과가 향후 간질이나 파킨슨병, 운동 뉴런증 같은 신경 질환 치료에 도움이 될 수 있다고 밝혔다. 　류지영 기자 superryu@seoul.co.kr

‘인간의 평균 두뇌 사용량은 10%에 불과하다’는 것은 오래된 상식에 속한다. 하지만 이는 속설에 불과할 수도 있다. 뇌과학의 영역은 지금도 미지의 진리를 찾아 헤매고 있다. 오랜 시간에 걸쳐 만들어진 세상의 속설과 맞서 싸우면서 말이다. 인간 두뇌에 대한 ‘속설’을 사실로 가정하는 사례는 우리 일상에서 흔히 찾아볼 수 있다. 과학전문지 ‘파퓰러사이언스’는 2일(현지시간), 많은 이들이 사실로 믿고 있지만 과학적 근거가 충분하지 않은 ‘뇌에 관한 오해’ 몇 가지를 해명했다. 그 중 일부를 발췌해 소개한다. 1. 인간은 두뇌의 일부만을 활용할 수 있다.앞서도 언급된 이 유명한 속설의 ‘발단’이 된 사람은 1900년대에 활동한 심리학자 윌리엄 제임스다. 1907년에 그는 “인간은 주어진 정신적·신체적 역량의 극히 일부만을 활용하고 있다”고 발언했는데, 이후 한 기자가 이 말을 ‘평범한 인간은 전체 정신 능력의 10%만을 개발할 수 있다’고 와전한 이래 이러한 오해가 널리 퍼지게 됐다. 그러나 현대 의학 장비를 이용해 개인의 두뇌 활동을 조사해보면 인간이 자기 두뇌의 전 영역을 고루 활용한다는 사실이 명확히 드러난다. 두뇌의 일부분만 손상돼도 전반적 정신과 행동에 영향을 미치는 것 역시 이 때문이다. 2. 클래식 음악은 자녀 두뇌 발달에 좋다이러한 믿음은 1993년 미국 캘리포니아대학교 어바인 캠퍼스 연구팀이 진행했던 실험에서 비롯됐다. 당시 연구팀은 대학생들을 세 그룹으로 나눠 각각 모차르트 음악을 듣거나 긴장완화 체조를 실시하거나 침묵 속에서 대기하도록 한 뒤 IQ 테스트를 치르도록 했다. 연구팀은 실험결과 모차르트의 음악을 청취한 학생들의 점수가 가장 높다는 점을 들어 이 같은 이론을 내놓았다. 그러나 이후 여러 과학자들이 이 실험을 반복해 보았지만 이 중 동일한 연구 결과를 얻었던 사례는 단 한 건도 없었다. 오히려 1999년 하버드 대학교의 한 연구팀은 유사 연구 16건을 분석한 뒤 이른바 ‘모차르트 효과’가 거짓에 해당한다고 결론내린 바 있다. 3. 성인이 되면 뇌세포 성장이 중단된다1998년, 스웨덴 과학자들은 성인이 된 이후에도 장기기억을 관장하는 두뇌영역인 ‘해마’에서 새로운 뇌세포가 생성된다는 사실을 알아냈다. 최근 2014년에도 스웨덴 카롤린스카 연구소의 과학자들이 운동능력 및 자의식에 관여하는 신경조직인 ‘선조체’가 평생에 걸쳐 새로운 뉴런을 형성한다는 사실을 밝혀냈다. 4. 남녀의 특기가 다른 이유는 두뇌구조 자체가 다르기 때문이다남녀가 서로 다른 분야에 두각을 나타내는 이유는 생물학적 이유보다는 사회적 이유가 더 크게 작용한다는 연구 결과가 많다. 이를 잘 드러내는 예시로 1999년 워털루대학교 사회심리학자들이 진행한 실험이 있다. 이 실험에서 연구팀은 남녀 집단에게 동일한 고난도 수학문제를 풀도록 했다. 이 때 첫 시험에서는 여성 참가자들의 성적이 남성들보다 낮았다. 그러나 두 번째 시험에서는 시작 직전 참가자들에게 ‘과거 동일 시험을 진행한 결과 남녀들 사이에 성적차이가 발생하지 않았다’고 언급했고, 그러자 여성들의 성적이 남성들과 동일해지는 현상이 관찰된 바 있다. 5. 술을 마시면 뇌세포가 파괴된다.과거 덴마크 바톨린 연구소의 과학자들은 사망한 알코올중독자들의 뇌와 일반인들의 뇌를 서로 비교, 그 뉴런 수가 거의 동일하다는 사실을 밝혀냈다. 물론 과다하게 복용했을 경우 알코올이 뇌세포를 어느 정도 파괴하는 것은 사실이다. 그러나 이는 다른 화학물질의 경우도 마찬가지며, 적당량의 음주는 뇌에 문제가 되지 않는다. 6. 좌뇌가 우세하면 논리적 사람, 우뇌가 우세하면 창의적 사람이 된다좌·우뇌 중 더 우세한 쪽에 따라 개인의 성향이 논리적, 혹은 창의적으로 굳어진다는 믿음은 주변에서 흔히 찾아볼 수 있지만 이를 명확히 뒷받침하는 연구결과는 현재까지 제시되지 않았다. 오히려 이를 부인하는 결과가 종종 발표되는데, 일례로 2012년 캐나다 브리티시컬럼비아 대학교 연구팀은 창의적 사고에 있어 좌·우 중 어느 한쪽이 아닌 두뇌 전체의 신경계가 활용된다는 사실을 알아냈다. 사진=ⓒ포토리아 방승언 기자 earny@seoul.co.kr

열길 물속은 알아도 한길 사람속은 모른다는 옛말은 그저 ‘옛말’로 남을 가능성이 높아졌다. 최근 해외 연구진은 실시간으로 사람의 감정을 알 수 있는 컴퓨터 프로그램을 개발하고 있다고 밝혔다. 미국 워싱턴대학 연구진은 7명의 간질환자를 대상으로 실험을 실시했다. 이 간질환자들은 간질 발작과 관련한 뇌 부위인 측두엽에 발작을 방지하는 전극을 이식받았는데, 이 전극의 패턴을 프로그래밍하면 감정 해석이 가능하다는 것이 연구진의 설명이다. 간질과 관련된 측두엽은 감정을 전달하는 중요한 역할을 하는 뇌 부위로 알려져 있다. 때문에 측두엽의 활동을 자세히 들여다보면 감정상태를 진단하는데 큰 도움이 되는데, 연구진은 측두엽에 이식한 전극의 패턴이 특정한 감정마다 독특한 움직임을 보인다는데 착안해 연구를 진행했다. 연구진은 실험 참가자들에게 다양한 감정과 관련한 이미지를 보여준 뒤 전극이 보내는 패턴을 분석했다. 여기에는 다양한 얼굴 표정과 집의 모습 뿐만 아니라 아무것도 그려져 있지 않은 화면과 뒤집어진 사물 등의 모습이 포함돼 있다. 예컨대 실험 참가자가 집 이미지를 보는 동안 나타나는 전극 패턴을 프로그래밍한 뒤 이를 저장시켜놨다가, 이후 반복된 실험에서 비슷한 또는 같은 전극 패턴이 나오면 참가자가 집 이미지를 보고 있다고 유추하는 방식이다. 이 같은 실험을 반복한 결과 컴퓨터가 실험참가자의 패턴을 인식하고 어떤 이미지를 보고 있는지 맞출 확률이 96%에 달했다. 특정 이미지에서 느껴지는 감정의 알고리즘을 만들어낸 것이다. 실험참가자가 사람의 표정이 담긴 사진을 봤을 때의 전극패턴 변화 역시 같은 방식으로 분석됐으며, 이를 통해 감정을 유추하는 프로그램 공식을 만들 수 있었다. 연구진은 “기존 연구가 뇌의 뉴런(자극 및 흥분을 전달하는 신경계 단위)의 활동 변화만을 토대로 했다면, 이번 연구는 더욱 광범위한 뉴런의 활동뿐만 아니라 복합적인 시각적 사물을 관찰했을 때의 특정 뇌 부위 변화를 알아볼 수 있다는 점에서 의미가 있다”고 설명했다. 이어 “이러한 연구는 말을 할 수 없는 장애인이나 대화에 어려움을 겪는 특정 환자들을 치료하고 돕는데에 도움이 될 것”이라고 기대했다. 자세한 연구결과는 생물정보학 분야 국제학술지인 플로스 컴퓨테이셔널 바이올로지(PLoS Computational Biology) 최신호에 실렸다. 　 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

미국 하버드대학이 인공지능(AI, Artificial Intelligence) 분야의 획기적인 발전을 위해 무려 2800만 달러(약 338억 원)의 자금을 받아 기술연구에 들어간다. 하버드대학 연구진은 CIA, FBI 등을 총괄하는 미국 최고 정보기관인 미국국가정보국의 정보고등연구기획청(IARPA)으로부터 연구자금을 지원받아 인간의 두뇌를 세밀하게 분석하고 이를 바탕으로 현존하는 것보다 더욱 뛰어난 성능을 자랑하는 AI 프로그램 개발을 목표로 한다. 이에 연구진은 인간을 포함한 포유류가 학습과 인지능력에 뛰어난 이유를 분석하고, 이 정보의 프로그래밍화를 통해 인간의 뇌 만큼이나 학습 습득능력이 높고 속도도 빠른 AI 시스템을 고안할 예정이다. 예컨대 인간은 단 몇 차례 혹은 몇 초 만에 사물을 인지하고 이를 기억하는 능력이 있지만, 이를 실제 인공지능 프로그램으로 설계하는 것은 상당히 어려운 일이다. 애초에 해당 프로그램에 특정 사물이나 학습에 관한 정보를 미리 기억시켜주지 않으면 스스로 학습하거나 기억하는 것이 어렵기 때문이다. 연구진은 막대한 프로젝트 자금을 이용해 1차적으로 뇌의 수많은 뉴런의 기능화 활동을 기록하는 작업을 시작한다. 이후 뇌 전체가 학습과 인지능력을 좌지우지 하는 비법을 찾아내고, 이를 최대한 본 딴, 혹은 인간의 뇌 기능을 뛰어넘는 컴퓨터 시스템을 개발하는 단계로 발전시킬 예정이다. 프로젝트를 이끄는 분자세포 생물 및 컴퓨터 공학 전문가인 데이비드 콕스 교수는 “우선 쥐에게 컴퓨터 화면 속 사물의 이미지를 인식하도록 훈련시킨 뒤, 이렇게 훈련된 쥐의 뇌 활동을 분석할 계획”이라면서 “이러한 연구에는 초고성능 전자 현미경이 도입되며, 이 과정에서 분석되는 시냅스나 뉴런의 활동은 3D로 재구성된다”고 설명했다. 이어 “포유류의 뇌가 가진 학습 및 인지 능력의 구체화 된 시스템을 알아낸 뒤에는 이를 이용해 새로운 인공지능의 근간이 되는 프로그램 데이터로 재구성 한다”면서 “이번 연구는 단순히 인간의 뇌가 어떻게 학습과 인지에 뛰어난지를 밝히는 것뿐만 아니라, 인공지능 분야의 수준을 끌어올리는데에도 목적이 있다”고 덧붙였다. 사진=포토리아　 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

지난해 개봉한 영화 ‘어벤저스: 에이지 오브 울트론’에는 전혀 다른 성격의 인공지능(AI)이 나온다. 어벤저스의 일원인 아이언맨을 돕는 착한 AI ‘자비스’와 지구를 파괴하려는 악한 AI ‘울트론’이다. 아이언맨이 울트론을 불러낸 것은 지구를 지키기 위해서였지만 울트론은 점점 강하고 악하게 변해 인류를 위협하는 존재가 된다. 인공지능은 더이상 영화 속 이야기가 아니다. 우리 현실 속으로 알게 모르게 들어오고 있다. 자율주행차(무인자동차)나 미국 애플의 ‘시리’ 기능 등은 인공지능 기술을 적용한 대표적인 제품들이다. 인공지능 기술이 급속히 진화하고 일상에 빠르게 확산되면서 사회 전반에 미치는 영향은 갈수록 커질 것으로 예상된다. 이 때문에 미래창조과학부와 한국과학기술기획평가원(KISTEP)은 지난해 인공지능을 ‘기술영향평가’ 대상 기술로 선정해 미래에 미칠 영향을 분석했다. 인공지능은 1956년 영국 다트머스회의에서 존 매카시 교수에 의해 처음 사용된 용어다. 사전적 의미의 인공지능은 철학적 개념에 더 가깝다. 인간처럼 지성을 갖춘 존재나 시스템에 의해 만들어진 인공적인 지능이 인공지능이다. 그렇지만 일반적으로는 인간의 지각, 추론, 학습 능력 등을 컴퓨터 기술로 재현해 문제 해결에 도움을 받을 수 있는 기술을 말한다. 인공지능은 구현하려는 기술의 목표에 따라 ‘강한 인공지능’과 ‘약한 인공지능’으로 나뉜다. 강한 인공지능은 인간과 똑같이 마음과 정신까지 갖고 있어야 한다고 생각하는 부류이고 약한 인공지능은 수학 이론을 증명하고 글자를 읽고 쓰면서 사람과 대화를 하거나 장애물을 피하는 등 인간의 지능 전체가 아닌 특정 목적을 위한 부분적 기능만 갖추고 있어도 된다고 생각하는 것이다. 우리가 흔히 SF영화에서 볼 수 있는 인공지능들은 대부분 강한 인공지능 개념을 기반으로 한다. 스탠리 큐브릭 감독의 ‘2001 스페이스 오디세이’에는 사람과 똑같은 언어로 대화하고 사람의 얼굴을 알아보고 그림을 비평하고 감정을 읽고 추론할 수 있는 인공지능 컴퓨터 ‘할 9000’이 나온다. 영화 ‘터미네이터’에도 사람이 만든 인공지능 방어 프로그램인 ‘스카이넷’이 지각력을 얻어 사람이 자신을 파괴할 것으로 예상하고 인류에 대한 핵 공격을 감행한다는 내용이 나온다. 영화들은 기계가 스스로 사고하게 됨으로써 생겨나는 극단적인 미래 문제에 초점을 맞추고 있다. 전문가들은 “영화 속 인공지능에 익숙한 사람들은 강한 인공지능을 고차원적인 것으로 보고, 약한 인공지능을 수준 낮은 것 또는 인공지능이 아닌 것으로 취급하게 된다”고 지적한다. 약한 인공지능은 흔히 생각하는 것처럼 단순한 자동화 시스템이 아니며 예상치 못한 상황에 닥쳤을 때 인간의 지시를 받는 것이 아니라 시스템 스스로 최적의 답을 찾는 방식으로 작동하기 때문에 지능을 가졌다고 봐야 한다. 우리가 알고 있는 많은 지능형 시스템은 약한 인공지능에 해당한다. 인공지능의 세부 기술은 크게 ▲지각·인식 ▲추론·계획 ▲학습·적응 등으로 나눌 수 있다. 지각 및 인식은 센서를 통해 들어온 정보에 기반해 상태를 유추하는 기술이며, 추론 및 계획은 기존에 받아들인 지식으로부터 새로운 지식을 유도하고 목표 상태에 도달하기 위한 행위의 순서를 찾아내는 기술을 말한다. 학습 및 적응은 추론 과정에서 얻은 경험을 통해 다음에 더 효과적으로 문제를 해결할 수 있도록 시스템을 수정, 보완하는 기술이다. 1950년대 처음 개념이 나온 뒤 상당 기간 발전이 정체돼 있던 인공지능은 최근에 딥러닝, 자연어 처리 기술 등에서 진전을 보이면서 ‘제2의 전성기’를 맞고 있다. 딥러닝 기술은 뇌의 정보처리 방식을 인공적으로 재현하려는 인공신경망 연구에서 비롯됐다. 인간의 뇌는 뉴런들끼리 신호를 주고받으면서 정보를 처리하는데 딥러닝 기술은 이를 흉내 내 인공적으로 만든 컴퓨터 신경망이 수많은 반복과 수정 과정을 거쳐 디지털화한 데이터, 예를 들어 특정 이미지나 음향 데이터를 패턴을 통해 인식하도록 한다. 자연어 처리 기술은 사람들이 일상적으로 쓰는 말을 컴퓨터가 이해하고 답할 수 있도록 하는 기계 학습 방법이다. 간단해 보이지만 컴퓨터 언어와 사람의 언어가 다르기 때문에 기계가 사람의 말을 이해하기 위해서는 별도의 작업이 필요하다. 전문가들은 인간과 컴퓨터 간 의사소통이 가능한 인텔리전트 인터페이스는 2019년쯤 본격적으로 확산될 것으로 전망하고 있다. 기술영향평가를 총괄한 윤헌주 미래부 과학기술정책관은 “인공지능 시스템의 판단 범위와 판단에 대한 최종 책임 여부 등 윤리적 문제, 개인정보 보호와 사생활 침해는 물론 일자리 문제까지 인공지능의 발달로 인해 사회 전반에서 나타날 수 있는 다양한 문제에 대응할 정책을 마련할 수 있도록 관계 부처들과 협의해 나갈 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr