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

전북대 전자공학부 김기현 교수 연구팀이 ‘뉴로모픽(Neuromorphic) 칩’ 핵심 기술인 뉴로 트랜지스터 소자를 개발했다. 전북대는 김 교수 연구팀이 뇌 신경 구조를 모방해 인간의 사고 과정과 비슷한 방식으로 정보를 처리하도록 고안한 반도체를 개발했다고 3일 밝혔다. 이 반도체는 비교적 적은 전력으로 정보 기억과 복잡한 연산 및 학습 기능을 수행할 수 있어 자율 주행 자동차 및 드론, 얼굴인식, 사물인터넷 디바이스 등 4차 산업혁명 기술에 폭넓게 쓰일 것으로 기대된다. 김 교수 연구팀은 독일 드레스덴 공대·헬름홀츠 연구팀과 국제 공동 연구를 통해 뉴로모픽 칩에 ‘졸-겔 실리 케이트’ 물질을 적용한 기술을 개발했다. 이 물질은 다공성 세라믹 구조체로, 내부 이온들이 입력신호에 따라 구멍 사이를 자유롭게 이동하면서 마치 뇌 신경세포(뉴런)를 연결하는 시냅스와 같이 데이터 저장 효과를 유발한다. 또 이온 분극과 확산 현상을 이용해 전자소자의 하드웨어적 학습을 가능하게 하는 인공 신경망 구현도 할 수 있다. 이번 연구 결과는 세계적 전자소자 분야 학술지인 ‘네이처 일렉트로닉스’(Nature Electronics)에 실렸다. 김 교수는 “새롭게 개발한 뉴로 트랜지스터는 전통적 트랜지스터를 기반으로 제작한 인공 시냅스 소자”라며 “이온에 따라 시냅스 가소성을 제어함으로써 인간의 뇌를 가장 밀접하게 모방한 기술”이라고 말했다. 김 교수는 연구성과를 바탕으로 전북대 반도체설계 교육센터(IDEC)와 협력해 4차 혁명 시대를 이끌어 갈 반도체소자 고도화와 상용화를 추진할 계획이다. 전주 임송학 기자 shlim@seoul.co.kr

집에서 만들어 먹는 음식이 아닌 이상 즉석식품이나 각종 가공식품들에는 어쩔 수 없이 음식이 상하지 않게 하거나 색감을 좋게 하거나 맛을 높이기 위해 식품첨가물이 들어가기 마련이다. 인체에 무해하다고는 하지만 식품첨가물이 간접적인 경로를 통해 건강에 영향을 미칠 수도 있다. 국내 연구진이 가공식품 속 들어가는 식품첨가제가 자칫 자폐증을 유발시킬 수도 있다는 연구결과를 내놨다. 한국뇌연구원 신경회로연구그룹 연구팀은 가공식품 속 유통기한을 늘리기 위해 사용되는 식품첨가물인 프로피온산이 장내 미생물의 불균형을 유발시켜 자폐증을 유발시킬 가능성을 높인다고 11일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘몰레큘러 브레인’에 실렸다. 최근 들어 과학계에서는 장내 미생물에 대한 다양한 연구들을 하고 있다. 장은 ‘제2의 뇌’라고 불리며 장에서 흡수된 물질이 혈관을 따라 이동해 멀리 떨어진 뇌까지 영향을 줄 수 있다는 ‘장-뇌 연결축’이라는 개념이 제시되기도 했다. 연구팀은 자폐증을 앓고 있는 아이들이 과민성대장증후군 같은 장관련 질환을 앓는다는 점과 프로피온산을 투여한 쥐가 자폐 유사증상을 보인다는 기존 연구결과에 주목했다. 프로피온산(PPA)는 가공식품 속 유통기한을 늘리는데 사용되는 식품첨가물로 각종 통조림에 포함돼 있다. 연구팀은 생쥐의 신경세포(뉴런)를 배양한 뒤 PPA를 투여하고 해마 신경세포의 형태와 단백질 발현량을 관찰했다. 그 결과 세포내 불필요한 단백질과 세포소기관을 분해하는 자가포식 작용이 제대로 이뤄지지 않아 세포내 노폐물이 축적되고 결국 시냅스 형성에 중요한 역할을 하는 수상돌기 가시가 줄어들면서 뇌 발달이 더뎌진다는 것을 확인했다. 또 PPA가 투여된 세포에서는 세포외 신호조절 효소 경로가 과도하게 활성화된다는 것도 관찰했다.결국 식품첨가물로 사용되는 프로피온산이 체내에 과도하게 유입될 경우 장내 세균의 종류와 숫자에 영향을 미치고 이것이 신경세포에까지 영향을 미쳐 뇌발달이 한창인 아동에게 영향을 미쳐 자폐유사증상을 유발할 수 있다는 설명이다. 문지영 박사는 “이번 연구는 장내 미생물이 뇌에 미치는 여러 영향 중 하나를 밝혀낸 것으로 프로피온산이 뇌에 미치는 영향을 파악함으로써 관련 질환 치료에도 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

오래 기억되는 정보, 습득 1~2초 전에 해마 ‘발화율’ 상승… 인코딩 준비상태 뇌 다른 부분에선 별다른 변화 없어 전문가 “결국 해당 정보에 흥미 갖고 반복·지속 노출이 기억 잘하는 방법”“따뜻한 차와 파삭거리는 빵가루가 입천장에 닿는 순간 갑자기 온몸에 소스라치는 전율이 일었고, 나는 그 자리에 얼어붙어 몸 안에서 일어나고 있는 이상한 현상을 찬찬히 살펴보았다.” 많은 독자들에게 좌절감에 빠지게 만든 마르셀 프루스트의 걸작 ‘잃어버린 시간을 찾아서’의 한 대목이다. 우연한 자극에 의해 의식 저편에 묻혀 있던 기억이 되살아날 수 있음을 보여 주는 대표적인 장면으로 꼽히며 심리학자들은 이런 현상을 ‘프루스트 효과’라고 이름 붙였다. 사실 오래된 기억은 되살리기도 쉽지 않지만 왜곡되는 경우도 많다. 영국 더럼대 심리학과 찰스 퍼니휴 교수는 ‘기억의 과학’이라는 책에서 “진짜 기억과 가짜 기억은 상당히 비슷한 신경적 특징을 나타내며 다양한 편향이 기억에 영향을 미친다”고 지적하기도 했다. 뇌과학이 빠르게 발전하고 있지만 기억은 많은 부분이 여전히 미지의 영역으로 남아 있다. 이 때문에 기억은 시간여행과 함께 SF에서 가장 많이 다뤄지는 단골 메뉴이다.이런 가운데 미국 캘리포니아 샌디에이고대(UC샌디에이고) 심리학과, 애리조나주립대 실험심리학과, 뉴멕시코주립대 심리과학과, 샌디에이고 보훈병원, 배로신경과학연구소, 뉴로텍스뇌연구소 공동연구팀은 특정 정보가 기억되거나 기억되려 하기 이전에 이미 해마에서 기억할지 여부를 결정한다고 3일 밝혔다. 이번 연구 결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 6월 2일자에 실렸다. 연구팀은 뇌전증 환자 34명을 대상으로 새로운 단어를 학습하도록 하면서 해마, 편도체, 전측대상회, 전전두엽 등 기억에 관여하는 부위의 변화를 뇌파검사와 기능성자기공명영상(fMRI)으로 측정했다. 그 결과 실험대상자들이 쉽게 기억하거나 오랫동안 기억하게 되는 단어들은 보거나 듣기 1~2초 전에 해마의 신경세포(뉴런)의 발화율이 높다는 것이 확인됐다. 해마 이외의 부분에서는 별다른 변화가 나타나지 않은 것으로 나타났다. 대뇌변연계에 위치한 해마는 장기기억과 학습, 감정적 행동을 조절하는 데 관여하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 이처럼 정보 노출 전에 해마 뉴런의 발화율이 높아지는 것을 ‘인코딩 준비상태’라고 이름 붙였다. 연구팀에 따르면 인코딩 준비상태는 새로운 기억을 형성하는 데 중요한 뇌 부위인 해마가 선택적으로 활동을 증가시키는 것이다. 정보에 따라 인코딩 준비상태가 달라지는 정확한 메커니즘을 밝혀내기 위해 추가 연구를 진행 중이지만 기억력을 높이기 위해서는 해마를 인코딩 준비상태로 만들어 두는 것이 중요하다고 설명했다. 한편 오스트리아 과학기술연구원 세포신경과학부 연구팀은 단기기억이 형성되는 것은 소뇌와 대뇌 피질의 가장 작은 신경단위인 과립세포가 해마의 피라미드 신경세포로 얼마나 활발하게 신호를 전달할 수 있는가 여부에 달려 있다는 연구 결과를 신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 6월 2일자에 발표했다. 지금까지 기억은 신경세포들 사이의 신호전달 강화를 설명하는 시냅스 가소성이나 외부 자극으로 인해 생기는 생화학적 변화인 엔그램 개념으로 설명해 왔었다. 시냅스 가소성은 세포 수준 이하의 차원에서, 엔그램은 기억의 전체 메커니즘 차원에서 설명하는 것이었는데 연구팀은 시냅스 가소성과 엔그램 사이의 구조적 상관관계를 설명한 것이다. 존 윅스테드 UC샌디에이고 교수는 “이번 연구들은 신경세포와 신호전달체계가 기억에 어떻게 영향을 미치는지 보여 주는 것”이라며 “결국 흥미를 갖고 해당 정보에 반복적이고 지속적으로 노출되는 것이 기억을 잘하는 방법”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

정신없이 바쁜 일상, 뇌에서 받아들이기 어려울 정도로 쏟아져 나오는 각종 정보들로 현대인들은 스트레스 상황에 항상 노출돼 있다. 최근에는 코로나19 사태가 장기화되면서 ‘코로나 블루’(코로나 우울증)를 호소하는 목소리도 많아지고 있다. 스트레스가 심해지면 불안, 우울, 강박 증상 등이 나타나는 경우도 많은데 극심한 스트레스, 특히 외상성 스트레스는 뇌의 구조 자체를 바꿔 공격성을 높이고 분노조절장애에 시달리게 만들 수 있다는 연구결과가 나왔다. 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립정신건강연구소(NIMH), 국립의과학연구소(NIGMS), 국립당뇨·소화기·신장병연구소(NIDDKD), 군의관의과대, 미네소타대 신경행동발달연구센터 공동연구팀은 외상성 스트레스가 공격성을 높이고 분노조절장애를 가져올 수 있다고 21일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 뇌과학분야 국제학술지 ‘저널 오브 뉴로사이언스’ 20일자에 실렸다. 트라우마라고도 부르는 외상성 스트레스는 충격적인 사건이나 자연재해으로 인해 자신이나 타인에 대한 물리적 위협을 경험하거나 목격한 다음 겪게 되는 심리적 외상을 말한다. 많은 사람들이 트라우마는 자신과 상관없는 일로 생각하지만 살다보면 크고 작은 외상성 스트레스를 겪게 된다. 직장이나 학교에서 경험이나 믿고 있던 지인에게서 배신, 가까운 사람의 질병 등 다양한 요인이 트라우마를 남기는 경우가 많다. 외상성 스트레스를 받게 되면 신체적, 심리적 변화가 나타나는데 지금까지는 단순히 충격적인 사건의 후유증 때문으로 인식돼 왔다. 그런데 연구팀은 외상성 스트레스는 감정과 사회적 행동에 관여하는 편도체 자체에 변형을 일으키고 편도체와 뇌의 다른 부위가 연결된 두 개의 통로에 변화를 유발시킨다는 것을 생쥐실험으로 확인했다.연구팀은 수컷 생쥐들을 좁은 공간에 여러 마리를 넣어놓는다든지 음식 주는 시간과 양을 불규칙하게 하는 등 스트레스를 준 뒤 뇌를 관찰했다. 그 결과 스트레스를 받은 생쥐는 그렇지 않은 생쥐에 비해 편도체와 편도체 회로가 달라지고 다른 생쥐들에 대한 공격성이 더 늘어난 것이 확인됐다. 연구팀은 빛을 이용해 뇌 심부를 자극하고 편도체 회로 한 쪽이 활성화되는 것을 억제하고 차단한 결과 공격적인 행동을 줄이는데도 성공했다. 연구팀은 과도한 스트레스로 인해 공격성이 증가하거나 분노조절장애를 겪는 사람에게도 이 같은 뇌심부 자극을 적용해 같은 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 연구를 이끈 NIMH 시냅스발달·가소성연구분과의 제이콥 노드먼 박사는 “이번 연구는 개체들이 견뎌낼 수 있는 수준을 넘어서는 과도한 스트레스는 우울감 뿐만 아니라 공격성까지 자극해 개인적으로나 사회적으로 문제가 될 수 있다는 것을 보여주고 있다”라며 “뇌의 깊은 부분을 자극함으로써 스트레스로 인해 자극되는 뇌 경로를 차단한다면 공격성이나 시도 때도 없이 터져나오는 분노를 줄일 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

사람의 뇌는 자는 동안에도 세포 손상을 수복하고 면역 및 감정을 제어하는 활동 등으로 분주하다. 그런데 새로운 연구에 따르면, 우리 뇌는 깨어있을 때 겪은 일들을 재현해내느라 바쁘다. 이는 일반적인 꿈과는 또 다른 것이다. 미국 매사추세츠 종합병원 등이 주도한 연구진은 사람의 뇌가 이런 활동을 일부러 하는 이유로 경험을 정리함으로써 예전 기억을 덧씌우지 않고 새로운 기억을 오랜 기간 보존하기 위한 것으로 추정한다. 이들 연구자는 깨어있을 때의 체험을 잘 때 뇌에서 재현하는 것을 ‘오프라인 리플레이’라고 말한다. 이는 오래전부터 동물들에서 관찰된 현상이지만, 사람에게서 관찰된 사례는 이번이 처음이다. 사실 이 연구의 참가자들은 사지마비 환자 두 명으로 이들은 뇌의 신호를 검출해 컴퓨터나 로봇 팔 등을 조작하도록 하는 실험에도 참여하고 있다. 따라서 이들 참가자의 대뇌피질 일부에는 전극이 이식돼 있다. 이번 연구가 가능했던 이유도 바로 이 때문이다. 이런 전극을 이용하면 이들 참가자가 깨어있는 동안과 잠든 사이에 발화(firing)한 신경세포를 검출할 수 있다. 이런 기회는 흔치 않으니만큼 전례없는 연구인 것이다. 연구진은 이 연구에서 자고 있는 동안의 오프라인 리플레이를 관찰하기 위해 이들 참가자에게 잠자기 전후 ‘사이먼’이라는 이름의 기억 놀이를 하도록 요청했다.사이먼 놀이의 규칙은 간단하다. 4가지 색의 패널이 있고 그것들이 순서대로 빛나므로 빛난 순서를 기억해 그대로 패널을 눌러 나간다. 단지 이번 참가자들은 사지마비 탓에 팔이 움직이지 않기에 뇌파로 커서를 조작해 놀이를 수행했다. 그 결과, 자고 있는 참가자들의 신경세포에서도 이 놀이를 하고 있을 때와 같은 패턴으로 발화하는 것으로 확인됐다. 이는 이들이 잠든 사이에도 머릿속으로 놀이를 하고 있었다는 점을 시사한다. 일어나 있을 때의 놀이 활동으로 생긴 발화 패턴이 신경세포 수준으로 재현되고 있던 것이다. 연구진의 견해에 따르면, 이런 오프라인 리플레이는 하루 동안의 경험을 이해하고 이를 새로운 기억으로 저장하는 데 도움을 주려는 것이다. 그리고 이 과정에는 해마와 신피질이라는 뇌 영역이 관계돼 있을 가능성이 높다. 해마는 대뇌피질 아래에 있는 작은 해마처럼 생긴 영역으로 기억과 밀접한 관계가 있다. 신피질은 뇌 표면의 주름 부분으로 감각 정보의 처리와 자발적 동작 제어 그리고 의사결정을 담당한다. 특히 해마는 가소성이 매우 높은 부위다. 이는 뉴런 사이 연결인 시냅스의 세기가 빨리 변한다는 것. 하지만 신피질의 가소성은 해마만큼은 아니다. 이는 새로운 기억을 빠르게 만드는 것이 서툴다는 것을 의미한다. 그 대신 한 번의 기억을 저장하면 그렇게 쉽게 잃지 않는다. 해마처럼 옛 기억이 새로운 기억으로 바뀌는 일도 없다. 따라서 해마는 체험이라는 스냅 사진을 찍는다고도 말할 수 있다. 무슨 일이 생기면 얼른 신경세포의 결합을 강화해 이를 기록한다. 기억은 이후 같은 신경세포가 다시 활성화됐을 때 느껴지는 체험이다. 오프라인 리플레이에서는 이런 기억이 서서히 신피질로 저장된다. 하지만 핵심은 신피질에는 이미 그동안 축적된 기억과 지식이 저장돼 있고 새로운 기억은 그 속으로 편입된다는 것이다. 이 경우 기존 정보가 새로운 정보로 덮어쓰기 돼 사라지는 일은 없다. 따라서 평소 양질의 수면이 중요하다는 것은 바로 이 점에 있다. 시험이나 중요한 면접이 있는 날의 전날 밤에는 제대로 잠을 자면 인지 능력을 끌어올리기가 쉽다. 즉 공부하고 난 뒤에 잠을 자면 배운 점을 기억하는 데 도움이 될 수 있다는 것이다. 자세한 연구 성과는 국제 학술지 셀 리포츠(Cell Reports) 최신호(5월 5일자)에 실렸다. 사진=Cell Reports 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr