무게 약 1.4㎏, 신경세포 약 1000억개, 이것들을 연결해 주는 시냅스 100조개가 있는 신체 기관이 바로 ‘뇌’다. 뇌는 우주, 심해와 함께 과학계 마지막 탐구 영역으로 남아 있다. 뇌신경과학 연구가 활발해지면서 뇌에 대한 수수께끼가 하나둘 풀리고 있다. 달리기를 할 때 출발선에 서 있다가 신호와 함께 전력 질주를 하고, 신호등이 빨간불일 때는 멈춰 있다가 초록불이 켜지면 일제히 움직인다. ‘당연한 것 아냐’라고 생각할 수도 있겠지만 뇌과학 측면에서 본다면 두 상황 모두 뇌는 출발 호각소리나 초록불이란 특정 신호까지 실행(움직임)을 억제하고 있는 것이다. 미국, 영국, 호주, 중국, 네덜란드 등 5개국 과학자들은 계획을 외부 신호에 맞춰 실행할 수 있게 하는 뇌 신경망을 처음으로 발견했다고 20일 밝혔다. 이 연구에는 미국 하워드휴즈 의학연구소, 막스플랑크 플로리다 뇌과학연구소, 베일러의대, 국립정신보건연구소(NIMH), 앨런 신경역학연구소, 영국 런던대(UCL), 호주 퀸즐랜드대 뇌연구소, 중국 남방과기대, 네덜란드 에라스무스 메디컬센터 소속 생물학자와 신경과학자들이 참여했다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀’ 3월 15일자에 실렸다. 움직임을 제어하는 뇌 운동 피질은 움직임을 계획하는 단계와 실행하는 단계의 활동 패턴이 전혀 다르다는 것은 알려져 있었지만 무엇이 이런 패턴 전환을 가져오는지는 명확히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 생쥐에게 수염을 건드린 뒤 특정 신호를 주면 오른쪽 먹잇감을 핥도록 하고, 수염을 건드리지 않고 신호만 주면 왼쪽을 핥도록 훈련시켰다. 연구팀은 실험을 하면서 생쥐의 뇌파를 측정했다. 실험 결과 신호를 받아 운동 계획을 실행할 때는 중뇌, 시상, 대뇌피질을 이어 주는 신경회로가 작동한다는 사실을 확인했다. 빛을 이용해 특정 신경회로를 통제할 수 있는 광유전학 기술로 이번에 발견한 신경회로 일부를 차단한 뒤 똑같은 실험을 했다. 신경회로 일부에 이상이 생기면 신호를 받아도 핥는 행동을 하지 않거나 신호를 받기 전에 핥는 행동을 하는 등 계획-실행 이상현상을 보이는 것이 관찰됐다. 카렐 스보보다 미국 하워드휴즈 의학연구소 교수는 “이번 연구로 운동 장애를 겪는 사람이 특정 상황을 신호로 여겨 운동 기능이 일시적으로 정상화되는 ‘역설적 운동신경증’을 설명할 수 있게 됐다”고 말했다. 하버드대 진화생물학과, 뇌과학연구센터 연구팀도 비슷한 연구를 수행해 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 3월 15일자에 발표했다. 악기 연주나 자전거 타기, 수영 같은 운동은 어릴 적 배워 놓으면 오랜 시간이 지난 뒤에도 금세 익숙하게 한다. 하버드대 연구팀은 흔히 ‘몸이 기억한다’고 하는 이런 학습 패턴에 대해 뇌는 어떤 식으로 작동하는지 의문을 품었다. 연구팀은 생쥐로 실험한 결과 복잡한 새로운 동작은 대뇌 운동피질-기저핵을 통해 학습된 뒤 시상을 거쳐 저장된다는 사실을 확인했다. 대뇌 운동피질이 손상되면 새로운 동작을 배우는 데 시간이 오래 걸리기는 하지만 학습은 가능하다. 그렇지만 기저핵이나 시상과 연결이 끊어질 경우는 학습한 동작을 다시 수행하지 못한다는 사실도 연구팀은 새로 확인했다. 스테판 볼프 메릴랜드대 교수(약리학)는 “이번 연구들은 뇌의 각 부위가 어떻게 학습과 실행을 통제하는지를 보여 주고 있다”며 “파킨슨병 같은 운동장애와 외상이나 뇌졸중 등으로 인한 뇌 부상의 환자들을 치료하는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다.

1970년대 미국에서는 베트남전 참전 후 귀국한 군인들 중에서 우울증과 불안장애를 겪거나 과도한 폭력성향을 보이는 이들이 증가했다. 이전까지는 전투피로증으로 알려져 있지만 베트남전 이후 정신과학계에서는 ‘외상후스트레스장애’(PTSD)라는 신경정신과질환으로 구분하기 시작했다. PTSD는 전쟁 뿐만 아니라 대형사고, 자연재해를 만나거나 가정 및 학교폭력, 학대 등으로 인해 심각한 사건을 경험한 뒤 나타나는 것으로 알려졌다. 충격적이고 잊고 싶은 기억이 반복적으로 떠오르면서 정상적인 사회생활을 방해하고 알콜중독이나 우울증, 조현병 등으로 발전될 가능성이 크다. 이 때문에 많은 과학자들은 잊고싶은 충격적인 기억을 지울 수 있는 방법을 연구하고 있다. 이런 가운데 국내 연구진이 잊고 싶은 공포기억을 조절할 수 있는 새로운 방법을 찾았다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공 연구진은 뇌신경회로 내 억제성 시냅스 기능이 공포기억 형성에 관여하고 이를 조절할 수 있는 단백질을 발견했다고 6일 밝혔다. 이번 연구결과는 의학 분야 국제학술지 ‘생물 정신과학’ 지난해 12월 31일자에 실렸다. PTSD는 남성 20명중 1명, 여성은 10명중 1명 꼴로 경험하는 의외로 흔한 신경질환이다. 그렇지만 현재는 인지행동치료와 선택적 세로토닌 재흡수 차단제 계통의 우울증 약물치료가 병행되고 있을 뿐 PTSD를 직접 치료할 수 있는 방법은 없다. 연구팀은 기억에 관여하는 해마 안쪽 흥분성신경세포에서 특정 단백질의 활성을 조절할 수 있는 생쥐를 이용해 실험을 했다. 그 결과, IQSEC3라는 단백질 활성을 억제하면 해마 신경세포의 억제성 시냅스 숫자, 신경전달, 장기가소성이 감소하는 것이 확인됐다. PTSD의 주요 원인인 충격적이고 나쁜 기억을 IQSEC3 단백질을 이용해 조절할 수 있다는 사실을 알게 된 것이다. 연구를 이끈 엄지원 DGIST 교수는 “이번 연구는 공포기억 형성을 매개하는 핵심인자를 밝혀내 PTSD를 수반하는 뇌질환의 신규 치료전략으로 활용하는데 도움을 줄 것”이라고 설명했다.

뇌는 인간의 행동과 마음을 통제하고 조절하는, 인체 내 작은 소우주와 같은 기관이다. 뇌는 신경세포 사이의 정보 전달을 담당하는 시냅스가 제대로 된 기능을 수행함으로써 작동하게 된다. 그렇기 때문에 시냅스의 구조 및 기능 이상은 치매, 자폐증과 같은 뇌신경질환을 일으킨다. 따라서 시냅스 구조와 기능을 유지하고 강화하는 메커니즘을 연구하는 것은 궁극적으로 뇌신경질환의 진단과 치료에도 도움을 줄 수 있다. 시냅스는 무수히 많은 단백질을 포함하는 ‘생물학적인 구조물’인 동시에 신경전달물질이라는 작은 화합물을 지닌 ‘화학적인 구조물’이며 전기적인 특성으로 정보를 전달하는 ‘공학적인 구조물’이다. 이 때문에 시냅스 기능 연구에는 분자세포생물학, 유전학, 화학, 전기생리학, 행동학, 광학, 공학, 영상학, 의약학 등 여러 학문의 다각적 접근과 협력이 필요하다. 인간의 뇌에는 약 1000억개의 신경세포가 있고 하나의 신경세포는 약 1000개의 시냅스를 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 즉 우리 뇌에는 약 100조개의 시냅스가 있다. 이렇게 무수히 많은 시냅스는 고정된 구조물이 아니고 다양한 자극에 따라 변할 수 있는 가소성을 지니고 있기 때문에 그 기능의 범위는 상상을 초월한다. 이러한 뇌를 과연 정복할 수 있을까? 탄탄한 기초과학을 발판으로 다학제적 융합연구를 수행한다면 뇌의 비밀을 하나씩 풀어 갈 수 있고, 궁극적으로 인류의 행복 및 건강 증진에도 기여할 것이라 본다.

국내 연구진이 그동안 수수께끼로 남아 있던 알츠하이머 치매 환자의 후각 상실 비밀을 밝혀냈다. 더 빨리 알츠하이머를 진단할 수 있는 실마리가 될 것으로 전망된다. 대구경북과학기술원 뇌·인지과학전공 문제일 교수팀은 한국뇌연구원, 네덜란드 마스트리히트대 의대 연구진과 함께 알츠하이머 환자의 후각 상실 원인을 밝혀냈다고 22일 밝혔다. 이번 연구 결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘뇌 병리학’에 실렸다. 연구팀은 네덜란드 뇌은행에서 사후 기증된 알츠하이머 환자 6명과 일반인 7명의 후각망울 조직을 분양받았다. 후각망울은 대뇌 반구 전두엽 아래쪽에 기다란 풍선 모양으로 부풀어 있는 부위로 후각신경이 포함돼 있다. 연구팀은 후각망울과 후각 사구체의 해부학적 구조변화 관찰과 후각 신경세포의 베타아밀로이드, 미세아교세포, 신경전달물질 발현 변화를 평가하기 위해 면역화학적 분석도 실시했다. 후각 사구체는 후각 망울에서 후각 신경세포 다발들과 접하는 부위이다. 연구팀은 알츠하이머 치매 환자들에게서는 후각망울이 쪼그라든 형태학적 손상과 함께 후각 신경세포 곳곳에 베타아밀로이드 단백질이 축적된 것을 확인했다. 문 교수는 “말초 후각신경계와 중추 후각신경계가 만나 시냅스를 이루는 후각사구체와 후각망울 손상이 알츠하이머 치매 발병과 관련이 있다는 것을 알아냄으로써 새로운 조기진단법 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

전국 치매역학조사 자료에 따르면 2017년 기준 국내 치매환자는 약 70만명이다. 2050년에는 303만명까지 증가할 것으로 예상된다. 전체 치매환자의 약 70%는 알츠하이머가 원인으로 기억력과 인지능력 저하, 우울증과 감각기능 장애를 겪는다. 이 때문에 치매를 조기에 진단해 대응하는 것이 무엇보다 중요하다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공, 네덜란드 마스트리히트대 공동연구팀은 알츠하이머 치매 환자의 후각상실 원인을 밝혀냈다고 22일 밝혔다. 이번 기술을 통해 새로운 알츠하이머 치매 치료와 진단법을 개발할 수 있을 것으로 보인다. 이번 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘뇌 병리학’에 실렸다. 알츠하이머 치매 환자의 90% 이상은 후각상실을 겪는데 정확한 병리학적 원인은 밝혀지지 않았다. 연구팀은 네덜란드 뇌은행에서 사후 기증된 알츠하이머 치매 환자 6명과 일반인 7명의 후각망울 조직을 분양받았다. 후각망울은 대뇌 반구 전두엽 아래 쪽에 기다란 풍선 모양으로 부풀어 있는 부위로 후각신경이 포함돼 있다. 연구팀은 후각망울과 후각 사구체의 해부학적 구조변화 관찰과 후각 신경세포의 베타아밀로이드, 미세아교세포, 신경전달물질 발현 변화를 평가하기 위해 면역화학적 분석도 실시했다. 후각 사구체는 후각 망울에서 후각 신경세포 다발들과 접하는 부위이다. 그 결과, 연구팀은 알츠하이머 치매 환자들에게서는 후각망울이 쪼그라든 형태학적 손상과 함께 후각 신경세포 곳곳에 베타아밀로이드 단백질이 축적된 것을 확인했다. 후각 신경세포가 모여있는 신체부위가 손상되고 알츠하이머 치매 유발 단백질인 베타아밀로이드가 축적됨으로써 신경세포인 시냅스 밀도가 줄고 신경전달물질이 억제돼 후각을 상실하게 된다는 것이다. 문제일 DGIST 교수는 “이번 연구를 통해 그동안 밝혀지지 않았던 알츠하이머 치매와 후각상실의 병리학적 메커니즘을 규명했다”라며 “말초 후각신경계와 중추 후각신경계가 만나 시냅스를 이루는 후각사구체와 후각망울 손상이 알츠하이머 치매 발병과 관련이 있다는 것을 알아냄으로써 새로운 조기진단법 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

암으로 숨진 아내를 떠나보내지 못한 남편이 냉동 보존을 의뢰했다. 지난해 80대 노모가 이 기술로 처음 보존됐고, 이번이 국내 두 번째 사례다. 바이오 냉동기술업체 크리오아시아에 따르면 서울 마포구에 거주하는 50대 남성 A씨는 담도암으로 항암 치료를 받다 숨진 50대 아내의 모습을 사후에도 보존하고 싶다며 냉동 보존을 의뢰했다. 업체는 A씨 아내의 몸속에 있는 혈액을 빼낸 후 시신 부패 방지를 위해 냉동보존액을 채워 넣는 작업을 거쳐 장례식장 안치실의 특수 냉동고에 보존했다. 다음달 중순쯤 챔버(냉동보존 용기)가 완성되면 액체질소로 냉각한 탱크에 시신을 넣어 영하 196도로 보관할 예정이다. A씨는 현재 아내의 시신을 러시아 모스크바에 있는 냉동보존 전문업체에 보낼지 국내 보존센터에 안치할지를 놓고 고민하는 것으로 알려졌다. A씨는 “암으로 아내를 갑작스럽게 떠나보낸 뒤 힘든 시기 한 가닥 희망이 될 수 있는 냉동보존을 알게 됐고 큰 위안이 됐다”며 “살아생전 가능할지 모르겠지만 과학기술의 발전에 기대를 걸어보려 한다”고 말했다. 업체는 A씨의 결정 등을 고려해 이르면 올해 말 보존센터를 운영할 예정이며, 냉동보존 기간은 100년이다. 현재 시신 동결 서비스를 이용하는 데는 약 1억원 정도가 든다. 냉동 보존한 시신을 미래에 해동한다고 해도 깨어날 가능성은 극히 낮지만, 지푸라기라도 잡는 심정으로 의뢰를 문의하는 연락이 이어지고 있다.뇌손상 문제…냉동보존술 어디까지 왔나 세계 최대 규모의 미국의 한 냉동보존센터에는 1호 냉동 인간 제임스 교수부터 아인즈까지 잠들어있다. 막대한 금액 때문에 현재 냉동보존 신청자 중 상당수가 실리콘밸리의 유명 창업자나 엔지니어, 과학자 등 부유한 사람들이다. 냉동보존은 우선 1차 처치로 시신의 온도를 최대한 낮추고 심폐소생 장치로 호흡과 혈액 순환을 복구시켜 세포와 조직의 손상을 최대한 지연시킨다. 2차로 체액과 동결 보호제의 치환해 날카로운 얼음 결정 없이 투명한 유리와 같은 상태로 인체를 얼릴 수 있도록 만든다. 그렇게 서서히 온도를 낮춰 영하 196도에 이르면 냉동 캡슐에 옮겨 영구히 보존한다. 전문가들은 회의적인 입장을 내비친다. 케네스 헤이워스 뇌보존재단(BFF) 공동설립자는 “냉동 보존 기술이 뇌의 시냅스 연결을 잘 보존한다는 걸 보여주지 못했다. 신경 연결 부분에서 많은 수축이 일어났는데 내가 보기에 손상된 것으로 보였다”라며 “그래서 공개적으로 냉동 보존 회원 자격을 철회했다”라고 밝혔다. 전문가들은 “유리화 기술은 난자나 단세포 등 조직이 아주 작을 때 쓰는 것인데 수십억 개, 아니 수조 개의 세포가 있는 몸을 어떻게 유리화하냐”라며 냉동 보존이 현실적으로 어려운 일이라고 했다. 또한 유리화 냉동이 되지 못했을 때 가장 심각한 문제는 뇌손상이라 강조했다. 생명연장 재단의 맥스 모어 회장은 언제쯤 냉동인간이 부활할 수 있냐는 질문에 “정답은 없다. 얼마나 많이 연구하는지에 따라 달라지는 문제”라며 “인공지능, 초지능 기계가 우릴 위해 여러 문제를 해결하면 사람들의 추측보다 훨씬 빨리 가능할 수도 있다. 그렇지만 어떻게 될지 알 수 없는 일이다”라고 즉답을 피했다. 전문가들은 “동물 실험도 전혀 안 된 기술로 사람을 냉동하는 것은 돈벌이, 사람들 마음을 이용하는 것이다”라며 냉동보존에 대한 경계를 늦춰선 안 된다고 당부했다. 현재 전 세계에는 과학기술의 발전을 기다리며 잠들어 있는 냉동인간이 600여명이다. 지금까지도 깨어난 이는 아무도 없다.

땅에 매장하던 전통 장례 관습이 화장(火葬)으로 바뀌고, 국내에서도 냉동보존 사례가 나오면서 가까운 미래에 ‘냉동장’ 역시 중요한 화두가 될 것으로 보인다. 지난해 5월 혈액암으로 숨진 어머니의 시신을 냉동보존한 김정길씨(가명). 그는 결혼하지 않고 평생 어머니를 모시고 살았고, 아버지가 돌아가신 지 6개월 만에 어머니마저 세상을 떠나자 이같이 결정했다. 국내 첫 냉동인간 사례였다. 그는 화장을 3시간 정도 앞둔 시간까지 고민을 거듭했다. 냉동보존은 유족 전원의 동의가 필요하기에 그는 만류하는 동생들을 필사적으로 설득했다. 냉동보존된 어머니와 다시 만날 수 있다는 믿음에서였다. 냉동보존은 신속히 진행됐다. 대형 상조회사가 운영하는 장례식장 안치실에 고인을 모신 뒤, 보존 온도가 영하 20~30℃를 유지하도록 했다. 시신 이송을 맡은 물류업체가 냉동보존이 이뤄질 러시아로의 빠른 수송을 위해 긴급 화물기를 마련하고, 수송 내내 낮은 온도를 유지하도록 했다. 코로나19로 유족 중 누구도 함께 비행기에 타지 못했고, 어머니의 시신은 홀로 화물기에 실려 머나먼 러시아 땅으로 향했다. 다음날 모스크바 공항에 화물기가 도착했고 현지 냉동인간 기업 크리오러스(KrioRus)가 고인을 모시고 액체질소로 가득 찬 냉동챔버에 안치했다. 그렇게 국내 첫 냉동인간이 된 그의 어머니는 러시아에서 향후 해동·의학기술이 발달할 때까지 영하 200℃에 가까운 상태에서 냉동인간으로 남게 된다. 계약 기간은 의료기술 발전 속도와 냉동보존 환자의 재생 가능성 등을 고려해 100년으로 정해졌다. 현재 시신은 혈액이 응고된 상태다. 보존액 주입은 시신의 냉동과 향후 해동 시 세포 손상을 줄일 수 있는 기능이 있어서 매우 중요하지만 시간상 이같은 절차가 생략됐다. 김씨는 해동기술이 발전한다면 잠시나마 어머니를 뵐 수 있지 않겠냐는 실낱같은 희망에서 냉동보존을 진행했다.“엄마 잘 잤어?” 그가 하고 싶은 말 그는 22일 방송된 SBS스페셜 ‘불멸의 시대 2부: 냉동인간’에 출연해 냉동보존 이후 현지에서 보내주는 영상을 확인하고 있다고 말했다. 볼 수 있는 것은 냉동탱크뿐이지만 그는 “여기에서 마음으로 빌고 있다”라며 “돌아가셨다고 생각하지 않는다. 다시 만날 수 있을 거로 생각한다. 다시 만나면 ‘엄마 잘 잤어?’라고 묻고 싶다”라며 눈물을 훔쳤다. 그러나 전문가들은 회의적인 입장을 내비쳤다. 케네스 헤이워스 뇌보존재단(BFF) 공동설립자는 “냉동 보존 기술이 뇌의 시냅스 연결을 잘 보존한다는 걸 보여주지 못했다. 신경 연결 부분에서 많은 수축이 일어났는데 내가 보기에 손상된 것으로 보였다”라며 “그래서 공개적으로 냉동 보존 회원 자격을 철회했다”라고 밝혔다. 전문가는 “사망 선고가 내려져서 사회적인 죽음을 맞았는데 다시 살아나면 출생 신고를 할 거냐, 사회적 지위를 그대로 부여할 거냐”라며 “그렇게 되면 죽음에 대한 기준, 민사법까지 다 바꿔야 한다”라고 현실적인 문제를 지적했다.부자들의 특권…냉동보존술 어디까지 왔나 냉동보존은 우선 1차 처치로 시신의 온도를 최대한 낮추고 심폐소생 장치로 호흡과 혈액 순환을 복구시켜 세포와 조직의 손상을 최대한 지연시킨다. 2차로 체액과 동결 보호제의 치환해 날카로운 얼음 결정 없이 투명한 유리와 같은 상태로 인체를 얼릴 수 있도록 만든다. 그렇게 서서히 온도를 낮춰 영하 196도에 이르면 냉동 캡슐에 옮겨 영구히 보존한다. 전문가들은 “유리화 기술은 난자나 단세포 등 조직이 아주 작을 때 쓰는 것인데 수십억 개, 아니 수조 개의 세포가 있는 몸을 어떻게 유리화하냐”라며 냉동 보존이 현실적으로 어려운 일이라고 했다. 또한 유리화 냉동이 되지 못했을 때 가장 심각한 문제는 뇌손상이라 강조했다. 현재 전 세계에는 과학기술의 발전을 기다리며 잠들어 있는 냉동인간이 600여명이다. 지금까지도 깨어난 이는 아무도 없다. 세계 최대 규모의 미국의 한 냉동보존센터에는 1호 냉동 인간 제임스 교수부터 아인즈까지 잠들어있다. 막대한 금액 때문에 현재 냉동보존 신청자 중 상당수가 실리콘밸리의 유명 창업자나 엔지니어, 과학자 등 부유한 사람들이다. 생명연장 재단의 맥스 모어 회장은 언제쯤 냉동인간이 부활할 수 있냐는 질문에 “정답은 없다. 얼마나 많이 연구하는지에 따라 달라지는 문제”라며 “인공지능, 초지능 기계가 우릴 위해 여러 문제를 해결하면 사람들의 추측보다 훨씬 빨리 가능할 수도 있다. 그렇지만 어떻게 될지 알 수 없는 일이다”라고 즉답을 피했다. 전문가들은 “동물 실험도 전혀 안 된 기술로 사람을 냉동하는 것은 돈벌이, 사람들 마음을 이용하는 것이다”라며 냉동보존에 대한 경계를 늦춰선 안 된다고 당부했다.

뇌를 연구하는 과학자들이 특별히 사랑하는 곤충이 있다. 바로 초파리다. 사람의 뇌는 무려 860억 개의 뉴런으로 구성된 복잡한 장기이기 때문에 세포 수준에서 작동 원리를 분석하기가 매우 어렵다. 쥐 같은 더 작은 포유류의 뇌도 뉴런 하나씩 분석하기에는 너무 복잡하다. 초파리의 뇌는 20만 개의 뉴런으로 구성되어 있어 포유류의 뇌보다 훨씬 단순하지만, 뇌의 작동 원리를 연구할 수 있을 만큼의 복잡성을 지니고 있다. 초파리는 실험실에서 쉽게 키울 수 있고 이미 실험 동물로 널리 사용되고 있어 연구가 쉽다는 점도 큰 장점이다. 버밍햄 대학의 캐롤라이나 레자발 박사 (Dr. Carolina Rezaval)는 굶주린 수컷 초파리가 식량과 암컷 앞에서 어떤 선택을 내리는지를 연구했다. 다소 엉뚱한 연구 같지만, 짝짓기와 식량은 수컷이 목숨을 건 선택을 할 만큼 중요한 문제다. 수컷 초파리 입장에서 당장에 눈 앞에 있는 암컷을 놓치면 다시는 짝짓기 기회가 없을 수도 있다. 그 암컷이 날아가면 끝이기 때문이다. 반면 눈 앞에 있는 먹이를 바로 먹지 않으면 역시 다른 곤충이 날아와 먹을 수도 있다. 짝짓기는 중요한 문제이고 많은 수컷이 후손을 남기기 위해 목숨을 바치는 일도 마다하지 않지만, 반대로 당장 살아남지 않으면 나중에 더 많은 짝짓기 기회를 놓칠 수도 있다. 이런 딜레마 속에서 수컷 초파리는 매우 단순한 뇌를 이용해 적절한 판단을 내려야 한다. 연구팀은 초파리 기준으로는 매우 긴 시간인 15시간 정도 초파리를 굶겨 기진맥진하게 만든 후 먹이와 암컷 초파리를 선택할 수 있는 상황에 노출시켰다. 그 결과 대부분의 초파리는 암컷보다는 먹이를 선택하는 것으로 나타났다. 식욕이 성욕을 이긴 셈인데, 수컷 초파리는 여러 차례 짝짓기 기회를 지닐 수 있으므로 일단 먹고 살아남아 후일을 도모하는 쪽으로 판단한 셈이다. 다만 먹이의 질이 매우 열악한 상황에서는 차라리 짝짓기를 선택한 경우도 있었다. 초파리가 무조건 본능에 따라 행동하는 게 아니라 상황에 맞춰 여러 가지 선택을 내릴 수 있다는 이야기다. 연구팀은 이 과정을 더 상세히 분석하기 위해 유전자를 조작해 특정 뉴런에 형광 표시를 하고 뉴런을 흥분시키거나 혹은 차단하는 방식으로 의사 결정 과정에 관여하는 뉴런과 신경 경로를 확인했다. 단순한 뇌가 어떻게 의사 결정을 하는지 세포 수준에 확인한 것이다. 물론 사람의 의사 결정 과정은 초파리와 비교할 수 없을 만큼 복잡한 과정을 거쳐 일어날 것이다. 하지만 뉴런과 시냅스를 통해 사고를 처리한다는 점은 동일하기 때문에 인간의 뇌와 사고 과정을 이해하는 데 도움을 줄 수 있다. 먼저 단순한 뇌에서 그 작동 원리를 이해하면 점점 더 복잡한 동물의 뇌에서 작동 원리도 이해할 수 있을 것이다. 이렇게 하나씩 단계를 높여나가면서 더 복잡한 뇌를 분석한다면 인간의 뇌에 숨겨진 비밀도 풀어낼 수 있을 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

뇌를 연구하는 과학자들이 특별히 사랑하는 곤충이 있다. 바로 초파리다. 사람의 뇌는 무려 860억 개의 뉴런으로 구성된 복잡한 장기이기 때문에 세포 수준에서 작동 원리를 분석하기가 매우 어렵다. 쥐 같은 더 작은 포유류의 뇌도 뉴런 하나씩 분석하기에는 너무 복잡하다. 초파리의 뇌는 20만 개의 뉴런으로 구성되어 있어 포유류의 뇌보다 훨씬 단순하지만, 뇌의 작동 원리를 연구할 수 있을 만큼의 복잡성을 지니고 있다. 초파리는 실험실에서 쉽게 키울 수 있고 이미 실험 동물로 널리 사용되고 있어 연구가 쉽다는 점도 큰 장점이다. 버밍햄 대학의 캐롤라이나 레자발 박사 (Dr. Carolina Rezaval)는 굶주린 수컷 초파리가 식량과 암컷 앞에서 어떤 선택을 내리는지를 연구했다. 다소 엉뚱한 연구 같지만, 짝짓기와 식량은 수컷이 목숨을 건 선택을 할 만큼 중요한 문제다. 수컷 초파리 입장에서 당장에 눈 앞에 있는 암컷을 놓치면 다시는 짝짓기 기회가 없을 수도 있다. 그 암컷이 날아가면 끝이기 때문이다. 반면 눈 앞에 있는 먹이를 바로 먹지 않으면 역시 다른 곤충이 날아와 먹을 수도 있다. 짝짓기는 중요한 문제이고 많은 수컷이 후손을 남기기 위해 목숨을 바치는 일도 마다하지 않지만, 반대로 당장 살아남지 않으면 나중에 더 많은 짝짓기 기회를 놓칠 수도 있다. 이런 딜레마 속에서 수컷 초파리는 매우 단순한 뇌를 이용해 적절한 판단을 내려야 한다.  연구팀은 초파리 기준으로는 매우 긴 시간인 15시간 정도 초파리를 굶겨 기진맥진하게 만든 후 먹이와 암컷 초파리를 선택할 수 있는 상황에 노출시켰다. 그 결과 대부분의 초파리는 암컷보다는 먹이를 선택하는 것으로 나타났다. 식욕이 성욕을 이긴 셈인데, 수컷 초파리는 여러 차례 짝짓기 기회를 지닐 수 있으므로 일단 먹고 살아남아 후일을 도모하는 쪽으로 판단한 셈이다. 다만 먹이의 질이 매우 열악한 상황에서는 차라리 짝짓기를 선택한 경우도 있었다. 초파리가 무조건 본능에 따라 행동하는 게 아니라 상황에 맞춰 여러 가지 선택을 내릴 수 있다는 이야기다.  연구팀은 이 과정을 더 상세히 분석하기 위해 유전자를 조작해 특정 뉴런에 형광 표시를 하고 뉴런을 흥분시키거나 혹은 차단하는 방식으로 의사 결정 과정에 관여하는 뉴런과 신경 경로를 확인했다. 단순한 뇌가 어떻게 의사 결정을 하는지 세포 수준에 확인한 것이다.  물론 사람의 의사 결정 과정은 초파리와 비교할 수 없을 만큼 복잡한 과정을 거쳐 일어날 것이다. 하지만 뉴런과 시냅스를 통해 사고를 처리한다는 점은 동일하기 때문에 인간의 뇌와 사고 과정을 이해하는 데 도움을 줄 수 있다. 먼저 단순한 뇌에서 그 작동 원리를 이해하면 점점 더 복잡한 동물의 뇌에서 작동 원리도 이해할 수 있을 것이다. 이렇게 하나씩 단계를 높여나가면서 더 복잡한 뇌를 분석한다면 인간의 뇌에 숨겨진 비밀도 풀어낼 수 있을 것이다.

DGIST 뇌·인지과학전공 고재원 교수, 엄지원 교수 공동연구팀이 뇌 신경회로 내 억제성 시냅스 신경전달을 조절해 불안장애를 교정할 수 있는 신규 후보표적을 발견했다. 이번 연구 성과는 불안장애를 수반하는 뇌 정신질환인 우울증이나 외상 후 스트레스 장애(PTSD) 등 신규 치료제 개발을 위한 새로운 연구 방향을 제시할 것으로 기대된다. 고재원?엄지원 교수 공동연구팀은 지난 2016년 억제성 시냅스 단백질인 IQSEC3를 최초 발굴했다. 또한 지난해에는 IQSEC3가 기억, 학습 등 뇌의 고등기능을 매개하는 부위인 해마 치아이랑(hippocampal dentate gyrus)의 신경회로 활성과 소마토스타틴(somatostatin) 펩타이드 양을 조절해, 억제성 시냅스 발달을 조절하는 핵심 인자임을 규명한 바 있다. 이러한 연구결과를 바탕으로 이번 연구에서는 IQSEC3 단백질이 외부자극에 반응해 억제성 시냅스 발달을 매개하는 핵심 전사인자인 Npas4 단백질의 하위 인자로 작동하면서, 뇌의 해마영역 내 소마토스타틴을 분비하는 특정 억제성 신경세포의 시냅스 신경전달을 조절함을 증명했다. 또 연구팀은 화학유전학(chemogenetics) 기법을 통해 상위 인자인 Npas4와 하위인자인 IQSEC3의 작동경로가 뇌 속 억제성 신경세포 활성을 관장해 불안 행동을 조절함을 규명했다. 특히 IQSEC3 단백질이 신경세포들의 활성을 억제하는 신경전달물질인 가바(GABA)의 분비를 촉진하여 해마 내 네트워크 활성 조절을 통한 특정 행동을 제어하는 신규 메커니즘을 제시했다. 고 교수는 “엄지원 교수팀과의 지속적인 공동연구를 통해 IQSEC3 단백질이 뇌 억제성 신경회로 활성을 조절하는 일관된 단서들을 꾸준히 확보하고 있다”라며, “본 연구는 IQSEC3이 흥분성-억제성 균형을 유지하는 핵심 인자로서 작동하는 새로운 규칙을 규명해, 불안장애 등 뇌정신질환의 치료제 개발에 도움을 줄 수 있을 것”으로 소감을 밝혔다. 이번 연구성과는 DGIST 뇌·인지과학전공 김승준, 박동석, 김진후 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 국제학술지 ‘셀 리포트(Cell Reports)’에 20일자 온라인 게재됐다. 아울러 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 ‘뇌과학원천기술개발사업’, ‘중견연구사업’, 그리고 대구경북과학기술원의 ‘미래선도형특성화연구’의 지원을 받아 수행됐다.

시험을 앞두고 벼락치기로 열심히 외운 문제가 나왔는데도 기억이 나지 않아 시험을 망친 기억이 누구나 한 번쯤은 있을 것이다. 열심히 공부하고 외웠는데도 기억이 나지 않는 경우가 있는가 하면 잊혀진 줄만 알았던 기억이 갑자기 떠오른 경우도 있다. 국내 연구진이 이런 독특한 기억 형성에 대한 원리를 밝혀내 주목받고 있다. 카이스트 생명과학과 연구팀은 수많은 뇌신경세포(뉴런)와 이들 사이의 시냅스 연결로 구성된 복잡한 신경망에서 기억을 형성하는 뉴런이 선택되는 원리를 규명했다고 13일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 1949년 캐나다 신경심리학자 도널드 헤브는 두 뉴런이 시간상 동시에 활성화되면 뉴런간 시냅스연결이 강화되는 시냅스 가소성이 생길 것이라는 아이디어를 제시했고 이후 실험을 통해 학습, 경험 등으로 특정 시냅스가 장기강화(LTP)가 일어난다는 것이 증명됐다. 수업을 들은 직후 배운 것을 한 번 훑어보는 것만으로도 기억이 오래 지속될 수 있기 때문에 학습에서 복습이 강조되는 것이다. LTP가 기억의 핵심이라는 것은 알려져 있지만 LPT가 기억을 인코딩하는 뉴런을 어떻게 정하는지 아직까지 규명되지 않았다. 실제 경험과 학습은 기억이라는 형태로 뇌에 저장돼 필요할 때 불러오게 되는데 이 같은 기억은 뇌 전체 중에 극히 적은 수의 뉴런들에 인코딩되고 저장된다고 알려져 있다. 그런데 기억 담당 뉴런이 정해져 있는 것인지, 아니면 특정 과정에 의해 선택되는지는 불확실했다. 연구팀은 광유전학 기술을 이용한 생쥐 실험으로 이 같은 비밀을 파헤쳤다. 연구팀은 생쥐의 뇌 편도체 부위 중 자연적 학습조건에서는 LPT가 생기지 않는 시냅스를 자극하거나 차단함으로써 기억을 인코딩하는 뉴런이 달라지는지를 본 것이다.연구팀은 생쥐에게 기억과 관련없는 시냅스를 미리 자극해 LTP가 형성되기 쉽게 만든 뒤 공포체험을 시키면 공포기억이 원래 기억에 관여하는 시냅스가 아닌 자극된 시냅스에 장기기억이 만들어진다는 것을 확인했다. 또 공포기억이 형성된 뒤 광유전학 기술로 해당 시냅스 연결을 약하게 만들면 기억이 형성되지 않는다는 것을 확인했다. 연구팀에 따르면 시냅스 강도를 인위적으로 조작하면 기억이 새겨지는 뉴런이 바뀔 수 있다는 것이다. 한진희 카이스트 생명과학과 교수는 “이번 연구는 LTP에 의해 뉴런들 사이에서 새로운 연결패턴이 만들어지고 경험이나 학습에 연관된 특이적 세포집합체가 뇌에 새롭게 만들어짐을 보여줌으로써 기억형성원리를 규명한 것”이라며 “기억이 뇌에 어떻게 형성되는지를 알려줌으로써 치매는 물론 조현병 같은 기억형성 관련 질환을 치료하는 단초를 제공할 수 있을 것”이라고 설명했다.

구광모 LG그룹 회장이 인공지능(AI)을 ‘미래 성장동력’으로 낙점한 가운데 LG가 세계 최고 수준의 ‘초거대(슈퍼스케일) AI’를 올해 하반기에 공개한다. 이를 발전시키기 위한 개발 및 인프라 구축에 향후 3년간 1억 달러(약 1100억원) 이상을 투자한다. ●매개변수 1750억개 현존 최다 GPT3의 3배 LG의 AI 전담조직인 LG AI연구원은 17일 서울 강서구 마곡에 위치한 LG사이언스파크에서 비대면 방식으로 진행된 ‘AI 토크 콘서트’를 통해 연내 6000억개의 파라미터(매개변수)를 갖춘 초거대 AI를 공개하겠다고 밝혔다. 인간의 뇌세포가 시냅스에 의해 서로 연결돼 있는 것처럼 AI도 시냅스의 역할을 담당하는 파라미터의 규모가 커질수록 성능이 올라간다. 현존하는 최고 지능의 초거대 AI는 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO) 등이 주도해 설립한 비영리 AI연구회사 ‘오픈 AI’가 개발한 ‘GPT3’(파라미터의 1750억개)다. LG에서는 이것의 3배 넘는 파라미터를 보유한 초거대 AI를 내놓겠다는 것이다. 이를 위해 필요한 인프라도 연내 세계 최고 수준으로 구축할 계획이다. 인간의 뇌세포 역할을 하는 기반 시설을 ‘컴퓨팅 인프라’라고 하는데 이것을 1초에 9경 5700조회 연산 처리하는 수준으로 발전시키게 된다. 이 정도면 글로벌 톱3 수준이라는 평가가 나온다. 구 회장이 지난해 12월 야심 차게 설립한 LG AI연구원은 설립 당시 향후 3년간 글로벌 인재 확보와 AI 연구개발에 2000억원을 투자하겠다고 밝혔는데, 이번에 1000억원 이상을 추가 투입하는 것이다. LG의 16개 계열사가 AI연구원에 추가 투자하는 방식으로 진행되며 향후에는 외부 재원도 확보할 계획이다. 이를 통해 미래에는 초거대 AI가 스스로 프로그램을 짜서 개발 시간을 단축하거나, 고객상담 때도 AI가 상대방의 감정까지 분석할 수 있게 될 전망이다. 또한 AI가 디자인 시안 수백개를 내놓으면 이를 바탕으로 제품을 만들거나, 항암치료제·차세대 배터리 소재 등을 개발할 때에도 AI가 활용될 수 있다. ●16개 계열사 공동 투자… 전 사업에 활용 포석 구 회장이 AI연구에 공을 들이는 이유는 미래에는 AI가 LG그룹의 전 사업 분야에 직간접적으로 활용될 수 있다고 보기 때문이다. LG의 16개 계열사가 LG연구원에 공동 투자한 것도 이곳에서 개발한 원천기술을 각 계열사에서 사업화하기 위해서다. 2023년까지 LG그룹 내에 AI 전문인력을 1000여명까지 늘리겠다고 공언한 것도 같은 맥락이다. 국내에서는 네이버·카카오·SK텔레콤 등이 초거대 AI 개발에 공을 들이고 있고, 중국 화웨이에서도 최근 2000억 파라미터 수준으로 개발을 완료한 것으로 알려졌다. 업계 관계자는 “미국의 GPT3는 주로 영어를 기반으로 개발됐는데 LG가 개발한 초거대 AI는 한국어 학습도 충분히 해 국내 이용자들에게도 유용한 기술이 될 것”이라고 말했다. 한재희 기자 jh@seoul.co.kr

구광모 LG그룹 회장이 인공지능(AI)을 ‘미래 성장동력’으로 낙점한 가운데 LG가 세계 최고 수준의 ‘초거대(슈퍼스케일) AI’를 올해 하반기에 공개한다. 이를 발전시키기 위한 개발 및 인프라 구축에 향후 3년간 1억 달러(약 1100억원) 이상을 투자한다. LG의 AI 전담조직인 LG AI연구원은 17일 서울 강서구 마곡에 위치한 LG사이언스파크에서 비대면 방식으로 진행된 ‘AI 토크 콘서트’를 통해 연내 6000억개의 파라미터(매개변수)를 갖춘 초거대 AI를 공개하겠다고 밝혔다. 인간의 뇌세포가 시냅스에 의해 서로 연결돼 있는 것처럼 AI도 시냅스의 역할을 담당하는 파라미터의 규모가 커질수록 성능이 올라간다. 현존하는 최고 지능의 초거대 AI는 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO) 등이 주도해 설립한 비영리 AI연구회사 ‘오픈 AI’가 개발한 ‘GPT3’(파라미터의 1750억개)다. LG에서는 이것의 3배 넘는 파라미터를 보유한 초거대 AI를 내놓겠다는 것이다.이를 위해 필요한 인프라도 연내 세계 최고 수준으로 구축할 계획이다. 인간의 뇌세포 역할을 하는 기반 시설을 ‘컴퓨팅 인프라’라고 하는데 이것을 1초에 9경 5700조회 연산 처리하는 수준으로 발전시키게 된다. 이 정도면 글로벌 톱3 수준이라는 평가가 나온다. 구 회장이 지난해 12월 야심 차게 설립한 LG AI연구원은 설립 당시 향후 3년간 글로벌 인재 확보와 AI 연구개발에 2000억원을 투자하겠다고 밝혔는데, 이번에 1000억원 이상을 추가 투입하는 것이다. LG의 16개 계열사가 AI연구원에 추가 투자하는 방식으로 진행되며 향후에는 외부 재원도 확보할 계획이다. 이를 통해 미래에는 초거대 AI가 스스로 프로그램을 짜서 개발 시간을 단축하거나, 고객상담 때도 AI가 상대방의 감정까지 분석할 수 있게 될 전망이다. 또한 AI가 디자인 시안 수백개를 내놓으면 이를 바탕으로 제품을 만들거나, 항암치료제·차세대 배터리 소재 등을 개발할 때에도 AI가 활용될 수 있다.구 회장이 AI연구에 공을 들이는 이유는 미래에는 AI가 LG그룹의 전 사업 분야에 직간접적으로 활용될 수 있다고 보기 때문이다. LG의 16개 계열사가 LG연구원에 공동 투자한 것도 이곳에서 개발한 원천기술을 각 계열사에서 사업화하기 위해서다. 2023년까지 LG그룹 내에 AI 전문인력을 1000여명까지 늘리겠다고 공언한 것도 같은 맥락이다. 국내에서는 네이버·카카오·SK텔레콤 등이 초거대 AI 개발에 공을 들이고 있고, 중국 화웨이에서도 최근 2000억 파라미터 수준으로 개발을 완료한 것으로 알려졌다. 업계 관계자는 “미국의 GPT3는 주로 영어를 기반으로 개발됐는데 LG가 개발한 초거대 AI는 한국어 학습도 충분히 해 국내 이용자들에게도 유용한 기술이 될 것”이라고 말했다. 한재희 기자 jh@seoul.co.kr

자폐증은 타인과 의사소통에 곤란을 겪고 반복적 행동과 제한된 관심만을 보이는 일종의 뇌신경질환으로 전 세계 인구 중 2%가 앓고 있는 것으로 알려져 있다. 이런 자폐증상과 함께 지적 장애, 주의력결핍과잉행동장애(ADHD), 뇌성마비, 조현병 등 비정상적 뇌발달로 유발되는 뇌신경질환들은 뇌발달장애라고 부른다. 뇌발달장애는 전 세계 인구의 15% 정도가 앓고 있을 정도로 흔하다. 뇌의 발달은 뇌세포 내 다양한 신호전달체계에 의해 조절된다는 사실은 잘 알려져 있지만 구체적으로 뇌발달장애를 일으키는 원인이나 발생 메커니즘은 정확히 밝혀지지 않고 있다. 이런 가운데 국내 연구진이 특정 단백질이 자폐를 비롯해 뇌발달장애를 유발시킨다는 사실을 밝혀냈다. 기초과학연구원(IBS) 시냅스뇌질환 연구단은 ‘TANC2’라는 단백질 결손이 자폐증이나 뇌발달장애를 촉발시킨다는 사실을 규명했다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 5월 11일자에 실렸다. ‘mTOR 신호전달’ 체계는 세포의 사멸과 생존, 단백질 생산 등을 조절하는 뇌세포 신호전달 시스템 중 하나로 신호전달체계에 이상이 생길 경우 자폐나 뇌발달장애를 유발하는 단백질의 돌연변이를 일으키는 것으로 알려져 있다. 그렇지만 신경계에서 mTOR 조절 메커니즘은 알려지지 않았다. 연구팀은 앞서 TANC2 단백질이 정상적인 뇌 발달에 필수적이라는 사실을 밝혀내고 이 단백질이 mTOR 신호전달체계를 조절한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 이를 확인하기 위해 TANC2 단백질 발현이 절반으로 줄어든 자폐증 생쥐를 만들어 관찰했다. TANC2 단백질 결손은 mTOR 신호전달을 지나치게 활성화시켜 시냅스 연결을 줄이고 기억과 학습 같은 뇌 기능을 떨어뜨리는 것을 확인했다. 연구팀은 mTOR 저해 약물인 ‘라파마이신’을 투여하면 시냅스와 뇌인지기능이 정상으로 회복되는 것이 관찰됐다. 이와 함께 인체 신경세포에서도 실험생쥐에서처럼 TANC2가 줄어들면 mTOR 신호전달체계가 비정상적으로 활성화된다는 것을 발견했다. 연구를 이끈 김은준 IBS 단장은 “이번 연구를 통해 최근 자폐 및 뇌발달장애 원인으로 지목받고 있는 TANC2 단백질의 발병 메커니즘을 확인할 수 있었다”라며 “추가 연구를 통해 mTOR 신호전달 억제제를 이용하면 TANC2 유전자 돌연변이로 인하 발생하는 자폐, 뇌발달장애 치료에 활용할 수 있음을 확실히 밝혀낼 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

소파 방정환 선생이 세계 최초로 1922년 5월 1일 어린이날을 만들어 행사를 시작한 지 올해로 99년이 됐습니다. 방정환 선생이 ‘어린이’라는 단어와 어린이날을 만든 것은 아이들이 하나의 인격체로 존중받고 아이들이 행복한 세상이 되길 바랐기 때문입니다. 어린이날이 만들어진 지 100년이 돼 가는 지금 우리 아이들은 행복할까요. 한 세기 전보다 물질적으로는 풍요로워졌지만 정신적으로나 정서적으로는 더 힘들어진 것 같습니다. 아동, 청소년을 대상으로 한 설문조사 결과들을 보면 아이들도 어른만큼이나 스트레스에 시달리고 있는 것 같습니다. 뇌과학자들은 아동기를 거쳐 청소년기에는 뇌 시냅스 연결의 15% 이상이 이뤄진다고 이야기하고 있습니다. 이때 과도한 스트레스가 가해지거나 부정적 경험을 하게 되면 그로 인한 피해는 평생 간다고 합니다. 이 때문에 부모를 비롯한 어른들은 아이들의 정서와 감정은 수용하되 행동은 통제해야 한다고 조언합니다. 이때 가장 필요한 것은 충분한 대화와 공감을 나누는 것입니다. 법심리학자인 미국 커츠타운대 형사행정학과 글렌 월터스 교수팀은 부모를 비롯한 가족 구성원들과 대화를 많이 해 공감대를 형성하고, 학교나 지역사회의 다양한 활동에 적극적으로 참여하는 아이들은 그렇지 않은 아이들보다 문제행동을 일으킬 가능성이 현저하게 낮아진다는 연구 결과를 국제학술지 ‘도덕교육학’에 최근 발표했습니다. 연구팀은 호주 가족학 연구소에서 실시한 ‘호주 아동 종단연구’ 자료를 활용했습니다. 연구팀은 종단연구에 참여한 만 12~17세 남녀 청소년 4033명을 무작위로 선정해 부모, 가족과의 관계, 학교 및 지역사회 활동 참여 정도에 대한 설문 및 인터뷰 조사를 했습니다. 질문에는 ‘부모님을 신뢰한다’, ‘부모님과 자주 대화를 한다’, ‘다른 사람의 이야기를 잘 듣고 공감하려고 노력한다’ 등이 있었습니다. 또 연구팀은 조사 대상 청소년들의 문제행동 유발 정도를 조사해 두 결과를 비교했습니다. 분석 결과 부모, 가족과 보내는 시간이 많고 대화를 자주 하며 학교 및 지역사회 활동에 적극 참여하고 다른 사람들과 공감을 나누는 청소년들은 그렇지 않은 청소년들에 비해 문제행동을 일으킬 가능성이 10분의1 수준으로 나타났습니다. 월터스 교수는 “아동 청소년이 부모와 사회에 대한 신뢰와 공감대를 형성하는 것은 자기 조절능력을 높이고 문제행동이 줄어드는 등 긍정적 영향을 미친다는 것을 이번 연구가 보여 주고 있다”며 “어려서부터 타인과 공감, 부모의 지지를 인식하는 것은 삶에 있어서 작지만 중요한 요소”라고 말했습니다. 아직 모든 것에 미숙한 아이나 세상 물정도 제대로 모르면서 멋대로 하고 싶어 하는 청소년들을 보면 어른 입장에서 마뜩잖은 것이 적지 않을 것입니다. 아이들의 고민을 무시하고 “공부만 하면 되는데 뭐가 걱정이야, 뭐가 그렇게 힘든데, 한가한 소리 말고 문제집이라도 한 장 더 풀어”라고 말하는 것도 아이들에게는 큰 상처가 될 수 있습니다. 그렇게 말하는 어른들도 한때는 천진난만하고 세상 물정 모르던 아이였습니다. 잔소리보다 아이들의 목소리에 좀더 관심을 갖고 들어 준다면 좋은 부모가 되는 한걸음을 내딛는 것이겠지요. edmondy@seoul.co.kr

브랜드 탄생 110주년을 맞은 휠라가 올봄 사이클화 ‘시냅스’ 시리즈를 선보이며 사이클 시장에 출사표를 던졌다. 시냅스는 넌클릿형 시냅스5, 클릿형 시냅스7·시냅스9, 일대일 주문제작형 시냅스 커스텀 등 모두 4종으로 구성됐다. 커스텀 제품은 사이클 전문가의 코칭 상담과 최첨단 분석 시스템을 통한 신체 측정, 운동 테스트, 피팅, 디자인 선택 등을 거쳐 제작된다. 부산 휠라 글로벌랩에서 맞출 수 있다. 시냅스7은 클릿형 카본파이버 아웃솔 소재를 적용했으며 올화이트, 블랙, 오렌지, 실버, 블루, 화이트 그래픽, 화이트 그린 포인트 등 7가지 색상으로 구성됐다. 넌클릿형 시냅스5도 판매 중이다. 갑피 디자인으로 차별화한 클릿형 ‘시냅스9’은 오는 5월 초 출시 예정이다. 제품 공개와 함께 휠라는 사이클 국가대표 출신 공효석·연제성·김치범 앰배서더를 주축으로 국내 사이클 문화 증진을 위한 ‘시클리스타 프로젝트’를 가동한다. 시클리스타는 이탈리아어로 ‘자전거 타는 사람’을 뜻한다. 프로젝트의 일환으로 오는 30일 공효석, 연제성 프로가 시냅스 사이클화를 신고 서울~부산 구간(540㎞) 18시간 종주에 나선다. 종주 전 과정은 오는 5월 둘째 주부터 휠라 시클리스타 마이크로 사이트를 통해 차례대로 공개된다. 휠라는 사이클 동호인들을 위한 ‘체험형 프로그램’도 제공한다. 심도 있는 라이딩을 원하는 사이클 상급자를 위해 앰배서더와 함께하는 ‘정기 라이딩 프로그램’을 선보이고 입문자를 대상으로는 ‘휠라 시클리스타 아카데미’를 운영한다. 명희진 기자 mhj46@seoul.co.kr

단단한 두개골 속에 자리 잡은 말랑말랑한 순두부 같은 형태의 신체조직 ‘뇌’.뇌 덕분에 행복했던 순간을 기억해 낼 수 있고 예술작품이나 자연을 보고 들으면서 아름다움을 느낄 수 있다. 치매, 알츠하이머, 파킨슨병, 우울증같이 현대인을 괴롭히는 많은 질환도 모두 뇌에서 문제가 발생하면서 나타나는 것들이다. 과학기술의 발달로 먼 은하계를 관찰해 무슨 일이 일어나는지 알 수 있고 미립자의 세계까지도 탐구하고 있지만, 우리 두 귀 사이에 존재하는 이 작은 기관은 여전히 베일 속에 감춰져 있다. 무게 1.4㎏으로 몸무게의 약 2%에 불과한 여러 신체기관 중 하나이지만 몸속으로 들어오는 산소 15%, 포도당 50%를 사용하고 있다. 1000억개의 신경세포로 연결돼 있으며 이들이 여러 형태로 얽혀 1000조개에 이르는 시냅스를 구성하고 있는 뇌는 인간을 인간답게 만드는 기관이자, 작은 우주이다. 사람과 유인원, 특히 침팬지는 유전자의 99%가 일치하지만, 외모는 물론 여러 기관의 형성에서 차이를 보인다. 대표적인 기관이 뇌이다. 과학자들은 오랫동안 침팬지와 고릴라의 뇌에 비해 3배 이상 많은 뉴런을 가진 인간의 뇌가 어디에서 차이를 보이며 성장하는지를 탐구해 왔다.영국 MRC 분자생물학연구소, 케임브리지대 응용수학·이론물리학과, 독일 하노버의대 중개·재생의학연구센터, 말기·폐쇄성폐질환 생의학연구소, 미국 듀크대 생물학과 공동연구팀은 유인원의 뇌 오가노이드와 인간의 뇌 오가노이드를 만들어 비교한 결과 인간의 뇌로 성장하는 데 핵심적인 분자 스위치를 찾아내고 그 연구결과를 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 25일자에 발표했다. 오가노이드(장기유사체)는 줄기세포를 배양하거나 재조합해 신체 장기와 유사하게 만든 것이다. 이번 연구를 이끈 매들린 랭커스터 영국 MRC 분자생물학연구소 박사는 2013년 신경줄기세포를 이용해 사람의 뇌 오가노이드를 처음으로 만든 연구자로 널리 알려졌다. 뉴런은 줄기세포에서 유래한 신경전구세포가 분화돼 만들어진다. 원통 형태의 신경전구세포는 동일한 모양의 딸세포로 쉽게 분화되는데 신경전구세포가 더 많이 증식될수록 많은 뉴런이 만들어진다. 신경전구세포가 충분히 증식되고 성숙하면 원뿔 형태로 변하게 되고 증식 속도가 낮춰지면서 뇌세포가 완성된다. 연구팀의 실험에 따르면 고릴라와 침팬지 같은 유인원 뇌 오가노이드는 이 같은 전환이 5일 만에 이뤄지는데 사람의 뇌 오가노이드는 7일이 걸린다는 것이 확인됐다. 사람의 신경전구세포가 유인원보다 더 오랫동안 원통 모양을 유지하면서 더 많은 분열을 일으켜 뇌신경세포를 만들어 낸다는 것이다. 이 과정을 통해 사람의 뉴런 숫자는 유인원보다 3배 이상 많아지게 된다.연구팀은 이 같은 차이를 보이는 이유를 밝혀내기 위해 인간과 유인원의 뇌 오가노이드에서 발현되는 유전자들을 비교했다. 그 결과 ‘ZEB2’라는 유전자가 뇌 발달의 핵심이라는 점을 확인했다. 실제로 고릴라의 신경전구세포에서 ZEB2 발현을 제어해 신경전구세포의 분화기간을 길게 만든 결과 고릴라의 뇌 오가노이드는 사람의 뇌 오가노이드와 비슷한 크기로 발달하는 것이 관찰됐다. 반면 사람의 뇌 오가노이드에서 ZEB2 유전자 발현을 촉진시켜 분화기간을 줄이면 유인원의 뇌 오가노이드와 비슷하게 되는 것이 관찰됐다. 랭커스터 박사는 “이번 연구는 인간과 유인원의 뇌 발달 차이를 구체적으로 보여 주는 첫 연구로 세포 모양의 단순한 진화적 변화가 뇌의 최종 형태를 다르게 만든다는 것은 매우 놀라운 발견”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

많은 사람들은 인생의 황혼기인 노년을 존엄하고 행복하게 보내길 원한다. 행복한 노년을 위해서 필수요건은 다름 아닌 건강이다. 특히 다양한 요인으로 발생하는 치매는 서서히 기억을 잃게해 자신이 누구인지까지 망각하게 만들어 노인들이 가장 두려워하는 퇴행성 뇌질환이다. 국내 연구진이 치매의 주요 원인인 알츠하이머 발병 메커니즘을 새로 찾아내 주목받고 있다. 한국뇌연구원 신경회로연구그룹은 알츠하이머를 앓다 사망한 환자의 뇌조직과 유전자 변형으로 알츠하이머를 유발시킨 생쥐를 이용해 실험한 결과 뇌신경세포 시냅스의 단백질 중 하나인 ‘RAPGEF2’ 발현 이상이 알츠하이머 환자의 시냅스 손상을 일으키는 원인이라고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘신경병리학 및 응용신경생물학’에 실렸다. 치매 원인의 75%를 차지하고 있는 알츠하이머는 기억력 상실, 양극성장애, 언어장애, 운동장애, 망상 등에 시달리게 한다. 알츠하이머 원인에 대해 베타아밀로이드 단백질이나 타우 단백질이 뇌에 비정상적으로 침착되기 때문으로 알려져 있다. 베타아밀로이드 단백질 침착은 뇌신경세포 시냅스를 손상시켜 인지장애를 유발시키는 것으로 알려져 있지만 정확한 발병 메커니즘을 모르기 때문에 근본적인 치료도 불가능한 상황이다. 연구팀은 알츠하이머를 앓다가 사망한 환자의 뇌 조직과 유전자 변형을 통해 알츠하이머를 유발시킨 생쥐의 뇌를 분석한 결과 공통적으로 RAPGEF2라는 단백질이 비정상적으로 활성화돼 있다는 사실을 발견했다. 신경생물학적 방법으로 분석한 결과 베타아밀로이드 단백질이 RAPGEF2 단백질의 과발현을 촉진시키고 이것들이 다시 하위 신경경로를 활성화시켜 시냅스 손실과 손상을 가져온다는 것이다. 또 전자현미경 관찰과 행동분석을 통해 생쥐에게 RAPGEF2 단백질 발현을 억제시키면 베타아밀로이드 단백질이 늘어나더라도 시냅스의 감소를 막을 수 있을 뿐만 아니라 인지기능 손상도 차단된다는 것도 알아냈다. 이계주 박사(신경회로연구그룹장)는 “이번 연구는 알츠하이머 초기에 나타나는 신경세포 손상의 분자적 메커니즘을 규체적으로 규명했다는데 의미가 크다”라며 “알츠하이머 같이 시냅스 손상성 뇌질환의 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 퇴행성 뇌질환이나 다양한 정신질환 등의 원인을 밝혀낼 단서를 찾았다. DGIST는 뇌·인지과학전공 고재원 교수 연구팀이 뇌 시냅스 발달을 매개하는 시냅스 접착단백질 간의 핵심 신호전달 경로를 발견했다고 21일 밝혔다. 뇌는 수많은 신경세포로 이루어져 있다. 한 개의 신경세포는 수천 개의 다른 신경세포들과 연결되어 다양한 신경회로를 형성한다. 이를 통해 정상적인 학습, 기억 등의 기능을 담당한다. 이러한 신경세포 간 연결부위 역할을 하는 시냅스는 전 시냅스(presynapse)와 후 시냅스(postsynapse)로 구성되어져 있는데, 전시냅스에서 신경전달물질을 내보내면 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 감지하면서 뇌 기능이 작동한다. 이 때 시냅스 형성 과정을 매개하는 중요한 인자가 바로 시냅스 접착 단백질이다. 시냅스 접착 단백질의 기능에 이상이 생기면 신경회로 연결에 문제가 생기고 뇌 질환이 일어난다. 이 때문에 시냅스 접착 단백질의 기능을 완벽히 밝혀내면 뇌 질환 치료에 큰 도움이 될 수 있다. 하지만 다양한 종류의 시냅스 접착 단백질들이 어떻게 상호작용하면서 시냅스의 형성과 유지, 소멸을 매개하는지에 대한 정확한 기전은 밝혀지지 않았다. 이에 고재원 교수 연구팀은 전시냅스의 여러 접착단백질 중 PTP시그마 단백질과 뉴렉신 단백질이 서로 상호작용하면서 시냅스를 형성함을 최초로 발견했다. 또한 이러한 상호작용은 동물세포 내 다당류인 ‘헤파란 설페이트(Heparan sulfate)’에 의해 정교하게 조절되고 있음을 확인했다. 기존 학계에서는 이 두 단백질이 각기 독립적인 메커니즘을 통해 시냅스 형성을 매개한다고 알려져 왔었기에 더욱 의미가 큰 발견이다. 연구팀은 PTP시그마 단백질과 뉴렉신 단백질을 각각 하나씩 또는 동시에 삭제한 초파리 유충들을 개별 제작 후, 신경근접합부에서의 신경전달 및 전 시냅스 봉오리 숫자를 분석했다. 이를 통해 두 초파리의 비슷한 유전자 서열을 가진 유전자가 생체 내에서 상호작용하며 시냅스 구조 및 기능 조절의 메커니즘을 규명했다. DGIST 고재원 교수는 “이번 연구는 시냅스 접착단백질인 PTP시그마와 뉴렉신으로 구성된 복합체가 다양한 전시냅스 및 후시냅스 단백질들과 협업하는 복잡한 신호전달 경로를 밝힌 것”라며, “지속적인 심화연구를 통해 시냅스 발달을 매개하는 보편적 분자원리를 확립하겠다”고 소감을 밝혔다. 이번 연구 성과는 보건복지부와 한국보건산업진흥원이 지원하는 보건의료인재양성지원사업으로 수행됐으며, 뇌?인지과학전공 한경아 연구교수가 제1저자로 참여했다. 또 뇌신경과학 분야의 저명 국제학술지 ‘저널 오브 뉴로사이언스(The Journal of Neuroscience)’’에 10월 9일자 온라인 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

8억6946만3853 곱하기 73은? 정답은 634억7086만1269이다. 듣자마자 머릿속이 새하얘지면서 자연스레 계산기로 손이 가는 문제다. 하지만 인도 청년 닐라칸타 바누 프라카쉬(20)에게는 식은 죽 먹기다. 암산으로, 그것도 단 26초 만에 답을 내놓았다. 비결이 뭘까. 그는 “8763 곱하기 8을 암산한다고 치자. 아마 8000에 8을 곱하고, 700에 8을 곱하고, 60에 8을 곱한 뒤 3에 8을 곱할 거다. 그리고 각각의 결과를 모두 더해 답을 도출할 것이다. 물론 머리로 그 모든 수를 기억하고 있어야 한다”고 설명했다. 이게 가능한 일일까. 프라카쉬는 “일반적인 암산법이지만 두뇌 최적화가 결정적”이라고 말했다. 그는 “나는 나만의 방법을 만들고 거기에 맞춰 머리를 최적화시켰다. 뇌를 단련하다 보니 분명 일정한 과정을 거치긴 거치는데, 모든 계산이 매우 자연스럽게 일어난다”고 밝혔다. 1일(현지시간) CNN에 따르면 프라카쉬는 초당 12회 연산이 가능한 것으로 인도판 기네스북 ‘림카 북 오브 레코드’에 올라 있다. 사람의 뇌는 100억 개의 신경세포(뉴런)와 10조 개가 넘는 연결구조(시냅스)로 이뤄져 있다. 신경세포는 평균적으로 초당 10회 연산이 가능하다. 그런데 프라카쉬의 뇌는 초당 12회의 연산을 한다.이 같은 뛰어난 두뇌 능력을 바탕으로 프라카쉬는 지난달 15일 영국 런던에서 열린 암산세계챔피언십(MSO)에서 13개국 29명을 제치고 금메달을 목에 걸었다. 23년 대회 역사상 최초의 비유럽권 우승자이자, 아시아 최초 우승자가 됐다. 인도 람 나트 코빈드 대통령도 그의 활약을 치하했다. 사실 프라카쉬는 어릴 적 머리를 심하게 다친 적이 있다. 5살이었던 2005년 당시 사촌이 모는 오토바이를 타고 가다 트럭에 치여 두개골이 골절됐다. 85바늘을 꿰맸고 여러 번의 수술을 거쳤다. 일주일 후 그가 깨어났을 때 의사들은 프라카쉬 부모에게 인지장애가 평생 후유증으로 남을 수 있다고 말했다. 그 후로 1년을 병상에 누워 보냈다. 프라카쉬는 “내 인생에서 가장 충격적 경험이었다. 1년 동안 학교도 못 갔다. 내가 의지할 건 숫자와 퍼즐뿐이었다. 결국 그때 그 사고가 내 인생을 바꾸어놓았다”고 말했다. 병상에 누워 있는 동안 체스를 배웠고 퍼즐을 즐겼다. 숫자에 대한 흥미는 자연스레 수학에 대한 관심으로 이어졌다.그리고 사고 2년만인 2007년 바누는 암산 관련 주대회에 나가 3위를 차지했다. 2011년에는 전국 대회로 진출했으며, 13살부터는 인도를 대표해 국제 대회를 휩쓸었다. 인도의 저명한 수학자이자 ‘인간컴퓨터’로 널리 알려진 사쿨탈라 데비가 세운 인도판 기네스북 50개를 모조리 깼다. 프라카쉬는 “세계 기록을 시도할 때 내 주변 세계가 모두 느려지는 것 같다. 복잡한 계산을 이런 속도로 하는 데서 극도의 자유를 느낀다”고 말했다. 세계에서 가장 빠른 인간계산기가 된 그의 다음 목표는 뭘까. 프라카쉬는 “또 세계대회에 나갈 수 있을지 모르겠다. 출전해도 우승할 일은 없을 것 같다”고 선을 그었다. 이제 자선사업을 하고 싶다는 그는 “국가 발전을 위해서는 글을 읽고 쓸 줄 아는 능력만큼이나 산술 능력도 중요하다. 인도 학생 절반이 기초수학을 이해하는 데 어려움을 겪고 있다”고 안타까워했다. 그러면서 자신이 ‘수학의 얼굴’이 아닌 ‘수학 공포증에 맞서 싸운 대표적 인물’로 남아 조국에 일조할 수 있는 방법을 찾겠다는 뜻을 피력했다. 권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr