초등학교 때부터 입시경쟁에 내몰리는 한국 학생들은 항상 잠부족에 시달리고 있다. 질병관리본부의 청소년건강행태 온라인 조사결과를 보면 우리나라 중학생은 평균 7.1시간, 고등학생은 5.7시간 자는 것으로 나타났다. 의학계에서 권고하고 있는 청소년 적정수면시간인 8시간에 못 미치고 있다. 이처럼 잠이 만성적으로 부족하게 되면 일시적인 기억력 감퇴는 물론 심할 경우 단기 기억상실증까지 유발할 수 있다는 연구결과가 나왔다. 학업성적을 높이기 위해서는 무조건 잠을 줄여가면서 공부하는 것보다는 충분한 수면시간을 확보하는 것이 더 중요하다는 의미다. 미국 존스홉킨스대 의대 신경과학과와 생물화학과 연구진은 수면부족이나 불면증 같은 수면장애가 오래 지속되거나 수면제를 자주 복용하면 기억과 관련된 뇌 속 화학반응 시스템을 교란시켜 기억력을 떨어뜨리게 된다는 연구결과를 발표했다. 이번 연구는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 3일자에 발표됐다. 외부에서 정보가 들어오면 시냅스(뇌 신경세포)가 변화되면서 기억으로 저장된다. 문제는 외부에서 끊임없이 정보가 들어와 시냅스의 신경전달물질이 방출되면 학습과 기억에 도리어 방해가 된다는 것이다. 연구팀은 실제로 생쥐가 깨어있을 때와 잠을 잘 때 기억과 관련된 해마와 대뇌피질 부분을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰했다. 그 결과 잠이 든 생쥐는 시냅스 수용체 단백질의 수치를 평소보다 20% 낮춰 기억을 정리하는 과정을 갖는다는 사실을 알게 됐다. 반면 잠을 자지 못하고 깨어있는 생쥐는 시냅스 수용체 단백질이 과다하게 발현돼 학습 내용을 장기기억으로 전환시키지 못했다. 이 과정에서 뇌 신경세포의 칼슘과 노르아드레날린 제어에 관련된 ‘Homer1a’라는 유전자가 깊이 관여한다는 사실도 밝혀냈다. 깨어있는 시간이 길면 길수록 많은 칼슘과 노르아드레날린이 분비되는데 이렇게 될 경우 뇌 신경세포는 지나치게 자극을 받고 결국 세포 손상을 일으킬 수 있다. 잠을 자는 동안 Homer1a 유전자가 칼슘과 노르아드레날린 수치를 낮추고, 뇌 신경세포가 학습된 것을 기억하기 위해 재조정을 한다는 것이다. 리처드 후가니어 신경과학과 교수는 “이번 연구는 수면부족이 살아있는 동물의 항상성을 약화시키는데 결정적 역할을 한다는 최초의 증거”라며 “깨어있는 중에 아무리 많은 정보를 머릿 속에 넣더라도 잠을 통해 충분한 뇌 신경세포의 재조정 시간을 갖지 못한다면 기억 상실이나 기억력 퇴보가 일어날 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

　초등학교 때부터 입시경쟁에 내몰리는 한국 학생들은 항상 잠부족에 시달리고 있다. 질병관리본부의 청소년건강행태 온라인 조사결과를 보면 우리나라 중학생은 평균 7.1시간, 고등학생은 5.7시간 자는 것으로 나타났다. 의학계에서 권고하고 있는 청소년 적정수면시간인 8시간에 못 미치고 있다.　이처럼 잠이 만성적으로 부족하게 되면 일시적인 기억력 감퇴는 물론 심할 경우 단기 기억상실증까지 유발할 수 있다는 연구결과가 나왔다. 학업성적을 높이기 위해서는 무조건 잠을 줄여가면서 공부하는 것보다는 충분한 수면시간을 확보하는 것이 더 중요하다는 의미다. 　미국 존스홉킨스대 의대 신경과학과와 생물화학과 연구진은 수면부족이나 불면증 같은 수면장애가 오래 지속되거나 수면제를 자주 복용하면 기억과 관련된 뇌 속 화학반응 시스템을 교란시켜 기억력을 떨어뜨리게 된다는 연구결과를 발표했다. 이번 연구는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 3일자에 발표됐다. 　외부에서 정보가 들어오면 시냅스(뇌 신경세포)가 변화되면서 기억으로 저장된다. 문제는 외부에서 끊임없이 정보가 들어와 시냅스의 신경전달물질이 방출되면 학습과 기억에 도리어 방해가 된다는 것이다. 연구팀은 실제로 생쥐가 깨어있을 때와 잠을 잘 때 기억과 관련된 해마와 대뇌피질 부분을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰했다. 그 결과 잠이 든 생쥐는 시냅스 수용체 단백질의 수치를 평소보다 20% 낮춰 기억을 정리하는 과정을 갖는다는 사실을 알게 됐다. 반면 잠을 자지 못하고 깨어있는 생쥐는 시냅스 수용체 단백질이 과다하게 발현돼 학습 내용을 장기기억으로 전환시키지 못했다. 　이 과정에서 뇌 신경세포의 칼슘과 노르아드레날린 제어에 관련된 ‘Homer1a’라는 유전자가 깊이 관여한다는 사실도 밝혀냈다. 깨어있는 시간이 길면 길수록 많은 칼슘과 노르아드레날린이 분비되는데 이렇게 될 경우 뇌 신경세포는 지나치게 자극을 받고 결국 세포 손상을 일으킬 수 있다. 잠을 자는 동안 Homer1a 유전자가 칼슘과 노르아드레날린 수치를 낮추고, 뇌 신경세포가 학습된 것을 기억하기 위해 재조정을 한다는 것이다. 　리처드 후가니어 신경과학과 교수는 “이번 연구는 수면부족이 살아있는 동물의 항상성을 약화시키는데 결정적 역할을 한다는 최초의 증거”라며 “깨어있는 중에 아무리 많은 정보를 머릿 속에 넣더라도 잠을 통해 충분한 뇌 신경세포의 재조정 시간을 갖지 못한다면 기억 상실이나 기억력 퇴보가 일어날 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

남자와 여자. 늘 상대의 존재를 갈구한다. 그래서 평생에 걸쳐 친구의 이름으로, 혹은 연인 또는 부부의 이름으로 가까이 지내곤 한다. 하지만 두 존재의 진정한 합일은 불가능에 가깝다. 오죽하면 각각의 출신지를 지구 양쪽 맞은 편에 멀찍이 떨어져 있는 화성, 금성으로 표현했을까. 특히 국내에서는 지난 5월 ‘강남역 살인 사건’으로 촉발된 여혐·남혐(여성 남성 혐오) 논쟁이 심각한 사회 문제로 대두돼 여전히 현재진행형 상태다. 올해 해외에서 쏟아진 심리학, 과학, 문화, 사회 등 여러 측면에서 둘의 같음과 다름을 확인할 수 있는 주요 기사들을 정리해봤다. ●남녀, 정말 다르다 달라 남녀는 태어날 때부터 이미 충분히 다르다. 지난 10월 스페인 그라나다대학 연구진이 신생아의 혈액 샘플을 채취해 분석한 결과, 여자아이는 남자아이에 비해 세포를 둘러싼 세포막의 산화스트레스 정도가 더 낮고 산화방지 효소가 더욱 활성화된 것을 확인했다. 이는 스트레스에 강할 뿐 아니라 질병 및 면역체계 보존에도 유리함을 뜻한다. 놀랍게도 이는 산모에게도 영향을 미친다. 남자아이를 출산한 산모에 비해 여자아이를 출산한 산모의 산화스트레스 정도도 훨씬 낮은 것으로 나타났다. 심지어 기생충조차 암수의 뇌구조가 다르다는 연구 결과도 발표됐다. 지난 5월 미국 국립의료원(NIH) 산하의 국립신경장애및뇌졸중연구소(NINDS) 올리버 허버트 박사는 ‘예쁜꼬마선충’의 뇌가 암수별로 다르게 발달한다는 사실을 발견하고 이를 네이처지에 발표했다. 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. 또한 페이스북에서 사용하는 단어들에서도 남녀가 확연히 구분된다. 지난 6월 미국 뉴욕주립대학교 스토니브룩 캠퍼스 등 국제공동연구팀은 총 6만 5000명 페이스북 사용자들의 1000만 개의 게시물을 분석했다. 그 결과 여성의 사용 단어는 주로 긍정적이고 따뜻한 의미의 단어가 많았다. 여성들은 페이스북을 통해 대체로 가족과 라이프스타일을 공유했으며 주로 사용하는 단어도 멋지다(wonderful), 행복(happy), 아기(baby), 신난다(excited), 고마운(thankful) 등이었다. 반면 남성들은 주로 정부(government), 승리(win), 패배(lose), 전투(battle), 적(enemy) 등의 단어를 사용했다. ●남녀 차이, 사회적으로 학습됐을 뿐? 하지만 이에 반하는 연구 결과 역시 존재한다. 지난 8월 영국 애스턴대학 신경학 연구진은 수많은 신경학적 연구결과를 재검토해본 결과, 남성과 여성의 뇌 구조에는 어떤 다른 점도 찾아볼 수 없었다고 밝혔다. 연구진은 “일각에서는 남성은 지도를 잘 읽고 길을 잘 찾는 대신 여성은 그렇지 못한다고 얘기하곤 하지만 이는 개개인의 성격 또는 능력과 연관이 있을 뿐 성별에 따라 다른 것은 아니다”고 말했다. 지나 립폰 박사는 “인간의 뇌는 그 사람의 경험에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 사회가 남성과 여성에게 특정한 역할을 부여하고 강요하는 것 역시 그 사람의 뇌 형태를 만드는데 영향을 미친다”고 덧붙였다. 실제 이런 노력은 어린이 장난감에도 변화의 바람을 몰고 왔다. 바비인형은 ‘비현실적 몸매’의 상징이자 고정된 성역할을 주입시키려 한다는 지속적 비판을 받아왔다. 하지만 지난 1월 바비의 몸매를 총 3가지로 다양화시켜 뱃살이 조금 튀어나온 바비, 키작은 바비 등을 내놓기도 했다. 스페인의 완구기업 토이 플래닛은 전동공구 모형을 갖고 노는 여자아이와 아기 인형을 안고 있는 남자아이 등 장난감에 지워진 남녀 성경계를 허무려는 노력을 기울였다. 또한 남녀의 격차 해소를 위한 또다른 과학기술의 노력도 돋보였다. 영국 울버햄튼 대학의 분자약물학 연구센터는 지난 10월 남성 정자의 운동성을 둔화시키거나 정지시킬 수 있는 복합화학물을 발견했다고 발표했다. 남성이 먹는 피임약을 곧 개발할 것이라는 설명이었다. 과학기술의 진보는 피임의 책임을 여성에게만 지우려는 의식을 구시대의 것으로 밀어낼 수 있게 만들고 있다. 이밖에도 올 한 해 내내 ‘키 큰 남자, 날씬한 여자가 돈 더 잘 번다’(3월 29일), ‘헤어진 연인과 친구 하자는 사람, 이기적 성향 강해’(5월 12일), ‘나쁜 남자에게 자꾸 빠지는 여자, 정상일까?’(6월 25일), ‘출근길 지하철 화장…男보다 女가 더 부정적’(9월 1일) 등 소재와 주제는 조금씩 달랐지만 남자와 여자의 같고 다름을 다룬 소식들은 넘쳐 났다. 다가오는 새해 남녀, 여남이 상대에 대한 이해와 존중을 높일 수 있는 내용의 소식들이 더 많아지기를 바라는 것은 과한 욕심일까. 박록삼 기자 youngtan@seoul.co.kr

우리는 모두 기억 속에서 살고 있다. 현재의 나를 과거의 시간과 이어 주는 것이 바로 기억이다. 기억이 없다면 우리는 단 하루도 제대로 살아갈 수가 없다. 그렇다면 기억은 우리의 뇌 어디쯤에 기록되고 저장되는 것일까. 또 이런 과정은 어떻게 일어나는 것일까. 영국 유니버시티칼리지런던(UCL)의 존 오키프 박사는 실험쥐가 특정 구역에 갈 때 ‘해마’라는 뇌 부위의 세포가 활발하게 활동하는 현상을 발견했다. 그는 이 세포를 ‘위치 세포’라고 명명했고, 공간 기억을 형성하는 주요 세포라는 사실을 규명한 공로로 2014년 노벨 생리의학상을 받았다. 최근 이 위치세포가 단순히 위치뿐만 아니라 맥락을 기억하는 데 중요한 역할을 한다는 사실도 밝혀졌다. 미국 매사추세츠공대(MIT)의 도네가와 스스무 교수는 ‘광유전학’이라는 뇌과학 방법론을 활용해 맥락기억에 대해 흥미로운 실험 결과를 발표했다. 먼저 A 장소를 기억하는 위치세포를 외부의 빛으로 활성화할 수 있도록 광유전학적으로 조작한 쥐를 B 장소로 옮겼다. 이곳에서 빛자극을 통해 A 장소 위치세포를 활성화시킴과 동시에 발판에 약 1초간 약한 전류를 흘려줘 깜짝 놀라게 했다. 이렇게 학습된 실험쥐는 놀랍게도 전류로 인해 놀랐던 곳을 A 장소로 잘못 기억해 A 장소를 회피하고 오히려 B 장소를 선호하는 모습을 보였다. 이 실험은 해마의 위치세포가 맥락을 기억하는 데에도 기여하며, 기억의 오류가 발생할 수 있음을 시사한다. 스스무 교수는 호주에서 있었던 한 사건을 이 실험과 비교해 설명했다. 한 여성이 집에서 텔레비전을 보다가 강도에게 성폭행을 당했다. 이 여성은 한 정신과 의사를 범인으로 지목했다. 하지만 재판 과정에서 그 정신과 의사는 피해 여성이 보고 있던 텔레비전에 생방송으로 출연 중이었던 것으로 밝혀졌다. 충격적인 사건과 동시에 발생한 다른 사건이 기억을 재생할 때 오류를 일으킨 것이다. 이 사건과 도네가와의 실험은 잘못 기억하는 것이 가능하다는 것을 보여 준다. 미국 LA캘리포니아대(UCLA)의 알치노 실바 교수는 기억이 저장될 때 뇌세포와 뇌세포를 연결하는 구조물인 특정 ‘시냅스’에 배정된다고 주장했다. 기억이 무작위로 저장되는 것이 아니라 사건의 사실·느낌·소회, 사물의 색깔·모양·재질·용도 등이 각각 다른 세포, 다른 시냅스에 저장된다는 것이다. 우리의 뇌 속에는 약 1000조 개의 시냅스가 존재한다고 한다. 천문학적인 숫자이지만 ‘한정된 시냅스가 우리 일생의 기억을 담아내기에는 부족하지 않을까’라는 생각이 들 수도 있다. 그러나 70년이라는 기간을 ‘초 단위’로 환산하면 약 22억 초이고 1초에 50만 개의 시냅스가 할당되는 셈이니 기억을 저장한 시냅스가 부족할 일은 없을 것 같다. 뇌과학자들은 놀라운 뇌의 잠재력에 주목하지만 한편으로는 우리의 기억이 완전하지 못하다는 사실에 더 놀라기도 한다. 하지만 분명한 것은 기억을 바탕으로 우리는 매 순간을 살아가고 있다는 점이다. 우리의 뇌는 새로운 시냅스를 만들어 내기도 하고 제거하기도 하면서 기억할 건 기억하고 잊을 건 잊으면서 하루하루 살아가도록 균형을 잡아 주고 있다. 치매, 우울증, 각종 중독이나 자폐증에 이르기까지 뇌 질병은 기억 기능의 문제와 깊숙이 연관돼 있음을 잊지 말아야 한다. 기억에 관한 연구로 노벨 생리의학상을 수상한 에릭 캔들은 이런 말을 남겼다. “삶은 모두 기억이다. 너무 빨리 지나가서 잡을 수 없는 현재의 한순간을 제외하면 말이다.”

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

‘꿈의 신소재’ 그래핀을 활용해 사람 뇌 신경세포(시냅스)의 정보처리 방식을 흉내낸 차세대 메모리 소자를 국내 연구진이 개발했다. 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리 연구단 이영희(성균관대 물리학과 교수) 단장과 유우종 성균관대 전자전기공학부 교수 공동연구팀은 그래핀 같은 2차원 나노소재들로 시냅스를 모방한 터널링 메모리(TRAM) 반도체 소자를 만들고 기초과학 분야 국제학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 2일자에 발표했다. 기존의 메모리 소자는 전극이 3개여서 신호 전달과 저장 처리 과정에 시간이 걸린다. 동시에 여러 가지의 계산을 하기도 쉽지 않다. 연구팀은 시냅스는 2개의 돌기로 신호를 주고받으면서 정보를 저장하기 때문에 적은 에너지로도 고도의 사고를 빠르게 처리할 수 있다는 데 착안했다. 연구팀은 기존 메모리 소자의 전극 3개 중 저장전극을 없애고 두 개 전극만으로 신호를 수신·저장하도록 트램 반도체 소자를 만들었다. 또 그래핀을 소재로 활용해 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 반도체 주재료인 실리콘보다 100배 이상 전자이동성이 빠르며 신축성도 뛰어나다. 연구팀은 웨어러블 기기에 적용하면 기술적 진보를 가져올 뿐만 아니라 인간의 뇌를 그대로 모방한 뉴로모픽 컴퓨터, 일명 인공지능 컴퓨터 개발에도 도움을 줄 것으로 전망했다. 이번에 개발한 트램 구조는 현재 사용되고 있는 실리콘 메모리에도 바로 적용 가능하다고 연구팀은 설명했다. 그러나 전문가들은 소자의 구조 변화는 반도체 공정의 변환이 필요하기 때문에 당장 상용화하는 것은 쉽지 않을 것이라고 내다봤다. 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

신체에 아무런 이상이 없음에도 극심한 통증에 시달리는 사람이 있다. 특히 급성이 아닌 6개월 이상 지속되는 만성통증은 불면증, 식욕 저하 등 일상생활을 어렵게 만들고 심할 경우 자살을 시도할 정도로 고통스러운 난치성 질환이다. 경희대 한의대 김선광 교수, 서울대 의대 김상정 교수, 일본 국립생리학연구소 나베쿠라 준이치 교수, 야마나시대 고이즈미 슈이치 교수 등 국제공동연구진은 ‘만성통증’이라 불리는 신경병증성 통증이 신경의 시냅스 회로가 엉키면서 발생한다는 사실을 세계 최초로 발견했다. 연구진은 뇌세포와 시냅스를 고해상도로 정밀하게 촬영할 수 있는 ‘생체 내 다광자 이미징’ 기술로 말초신경을 손상시킨 생쥐의 뇌를 관찰했다. 그 결과 신경시냅스 회로 변화가 만성통증을 만들어 낸다는 사실을 밝혀냈다. 말초신경이 손상되면 대뇌 신경계를 유지시켜 주는 별 모양의 아교세포에서 ‘트롬보스폰딘-1’이라는 물질을 분비해 신경시냅스 회로를 다시 만드는 데 이 과정에 문제가 생겨 비정상적인 시냅스 회로가 형성되면서 살짝만 닿아도 엄청난 고통을 느끼는 만성통증 상태가 된다는 것이다. 김선광 교수는 14일 “이번 연구 결과는 ‘생체 내 다광자 이미징’이라는 새로운 기술로 뇌의 변화를 직접 관찰해 만성통증의 원인을 밝혀낸 것”이라며 “만성통증의 진단과 예방, 치료 기술 개발에 도움을 주게 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

노령자들이 무서워하는 질병 중 하나가 치매다. 치매를 일으키는 원인은 다양하지만 그중에서도 알츠하이머는 전체 치매 원인의 50%를 차지하는 흔한 퇴행성 뇌 질환이다. 그동안 알츠하이머 치매는 ‘베타아밀로이드’라는 단백질 덩어리가 뇌에 축적돼 발생하는 것으로 알려져 왔지만 실제로는 ‘면역계의 오작동’이 원인일 수 있다는 주장이 제기됐다. 미국 하버드의대 보스턴아동병원 베스 스티븐스 교수와 샌프란시스코 캘리포니아대(UC샌프란시스코), 스탠퍼드대, 스탠리 정신의학연구소 공동연구팀은 “면역세포의 과잉 반응에 따른 신경세포의 급격한 감소가 알츠하이머 치매의 직접적인 원인”이라는 연구 결과를 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 1일자에 발표했다. 이번 연구에는 보스턴아동병원 소속 한국인 연구자 홍소연 박사가 제1저자로 이름을 올렸다. 연구팀은 알츠하이머 치료 후보 물질이 많이 나왔음에도 불구하고 99% 이상이 사람을 대상으로 한 임상시험에서 실패했다는 점에 주목하고, 알츠하이머 치매의 실제 원인이 베타아밀로이드의 축적이 아닌 다른 것일 수 있다는 점에 연구의 초점을 맞췄다. 연구진은 새로운 신경세포(시냅스)가 만들어질 수 있도록 망가진 신경세포를 제거하는 ‘C1q 단백질’과 뇌에 쌓인 노폐물을 먹어 치우는 ‘미세아교세포’가 치매 초기에 갑자기 늘어난다는 사실을 생쥐 실험을 통해 확인했다. 두 물질이 비정상적으로 늘어나면서 정상적인 신경세포까지 제거해 치매 증상이 나타난다는 설명이다. 스티븐스 교수는 “이번 연구는 알츠하이머 치매로 인한 인지능력 쇠퇴의 주요 원인이 기억에 관여하는 시냅스의 상실이라는 것을 밝혀냈다는 데 의미가 있다”며 “알츠하이머 치매의 초기 단계에서 무슨 일이 일어나는지에 대한 의학계의 오랜 궁금증을 풀어 주는 시작점이 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@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

충분히 먹은 뒤에도 포만감을 느끼지 못한다면 비만이 될 위험이 높다. 포만감을 느끼려면 뇌에서 ‘배가 부르다’라는 신호가 전달되어야 하는데, 이러한 신호 체계에 문제가 발생했을 때 과식의 위험이 높아진다. 최근 미국 존스홉킨스의과대학 연구진은 포만감을 못 느끼게 하는 특정한 효소를 발견했다고 밝혔다. 이번 연구에는 재미 한국인 과학자도 참여했으며, 세계적인 골칫거리로 떠오른 비만 문제를 해결할 수 있는 계기가 될 것으로 기대를 모았다. 존스홉킨스의과대학 소속 한국인 과학자인 홍인기 박사후과정 연구원(post-doc)과 연구진은 실험용 쥐를 이용해 특정 효소와 식욕간의 관계를 분석했다. 연구팀은 실험용 쥐 뇌의 신경세포에서 오글루낵 트랜스퍼레이즈(O―GlcNAc transferase·이하 OGT)라는 효소가 생성되지 않도록 조작한 뒤 행동을 관찰했다. 그 결과, 쥐가 먹는 횟수는 1일 18회로 큰 변화가 없었지만, 한 번에 먹는 식사량이 2배로 증가한 것을 확인했다. 또 2주가 지난 후에는 이 쥐의 체중이 정상 쥐에 비해 2배로 증가한 것으로 나타났다. 연구진은 OGT 효소를 가지지 않은 쥐의 신경세포가 시냅스(세포들을 연결하고 신호를 전달하는 세포의 접합부위) 기능이 매우 약해서, 다른 시경세포에서 오는 신호를 받아들일 수 없는 것으로 분석했다. 이 같은 이유 때문에 OGT효소가 없으면 이미 음식을 많이 섭취하고도 ‘배가 부르다’라는 신호가 제대로 전달되지 않아 결국 과식으로 이어진다는 것. 또 이 효소로 인해 시냅스의 길이에도 변화가 생기면서 신호전달에 차질이 발생하는 것으로 분석했다. 선천적으로 OGT 효소 분비가 어려운 사람이라도 과다 섭취를 억제할 수 있는 방법은 있다. 연구진이 강제로 신경세포를 조작했던 쥐 뇌의 시상하부에 있는 특정 세포를 자극하자, 이 세포가 신경세포의 신호전달 기능을 회복시켜 포만감의 신호를 발생시키는 것을 확인했다. 세포 자극을 받은 쥐의 식사량은 다시 이전만큼 줄어들었다. 연구를 이끈 존스홉킨스의과대학의 리차드 허가니르 박사는 “시냅스의 길이가 짧거나 숫자가 적으면 ‘배가 부르다’는 신호를 제대로 전달 받을 수 없다. OGT 효소가 시냅스를 변형시킨다는 사실을 확인했다”고 밝혔다. 자세한 연구결과는 세계적인 과학전문 저널인 ‘사이언스’ 최신호에 실렸다. 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

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

■행정자치부 ◇정부청사관리소△청사시설기획관 임호철△서울청사관리소장 조소연△방호안전과장 조성배△청사수급기획과장 황승진△시설총괄과장 정효직△시설지원과장 황동훈△서울청사관리소 관리과장 이강옥△서울청사관리소 시설과장 오정호 ■국민안전처 △복구총괄과장 최명규△세월호배상및보상지원단 파견 우성현△홍보담당관 전담직무대리 지만석 ■식품의약품안전처 △대통령비서실 직무파견 김유미△규제개혁법무담당관 명경민◇신규임용△대변인실 강영준 ■통계청 ◇일반직고위공무원 임용△경인지방통계청장(책임운영기관장) 김남훈◇과장급 전보△기획재정담당관 김현애△경인청 조사지원과장 한희석 ■기상청 △기후변화감시과장 김세원△국제협력담당관 성인철△전주기상지청 관측예보과장 유용규△청주기상지청 관측예보과장 허복행△국가기상위성센터 차세대위성개발팀장 백선균△기상레이더센터 레이더기획팀장 정종운◇과장급(개방형 직위) 신규 임용△지진화산정책과장 이성태 ■경북도 ◇승진△경제부지사 정병윤△의회사무처장 이병환△문화관광체육국장 전화식△환경산림자원국장 김정일△도청신도시본부장 직무대리 김상동◇전보△일자리민생본부장 장상길△자치행정국장 김중권 ■한국석유관리원 △사업이사 신성철 ■기초과학연구원(IBS) ◇부연구단장△시냅스뇌질환연구단 정민환△분자활성촉매반응연구단 백무현△나노구조물리연구단 이효영 ■브릿지경제 ◇국장대우△편집국 산업부장 박운석 ■EBN ◇부국장△편집국 경제부장(겸 소셜미디어부장) 송남석 ■OBS △경기총국 서부권취재본부장 고영권 ■고려대 △KU-MAGIC연구원장 김진성 ■한성대 ◇처장△교무 홍정완△기획협력 전주상△학생 지준△총무 조자연△입학홍보 김승천 ■한국휴렛패커드 △상무 김성철 유충근 이경근 이승국△이사 김희준 박영준 신민재 윤준근 윤호석 이도순 이창현 차희준 신흥일

수면은 일반적으로 뇌가 완전히 잠들었거나 완전히 깨어있는 것과 관련있다고 인식돼왔다. 하지만 미국 매사추세츠공과대(MIT) 신경과학자들은 뇌의 작은 특정 부분에서 졸리거나 잠이 들도록 유발하는, 일종의 ‘뇌 회로’를 발견했다. 이 회로는 뇌의 시상과 피질에 외부신호가 도달하는 것을 늦추는 데, 이런 메커니즘은 시상그물핵(TRN)이라는 뇌 조직이 일으키는 것으로 밝혀졌다. 시상그물핵은 깊은 잠의 특성인 느리게 진동하는 뇌파를 발생하는 부분이다. 또한 이런 느린 뇌파는 혼수(코마)나 전신마취 상태에도 발생하는 데 이는 각성 상태를 줄이는 것과도 연관성이 있다고 한다. 시상그물핵이 활발히 활동하면 이 느린 뇌파가 활성화돼 뇌 전체를 제어할 수 있다고 연구진은 말했다. 연구진은 시상그물핵이 뇌의 서로 다른 부분에서 느린 뇌파가 발생하도록 해, 각각의 뇌 조직이 가진 낮 동안의 사건을 하나의 새 기억으로 통합시키는 것을 도울 수 있다고 여긴다. 연구를 이끈 로라 루이스 MIT 뇌와 인지과학부 박사후 연구원은 “수면 시, 특정 뇌 영역은 서로 정보를 교환할 필요가 있어 동시에 느린 뇌파를 가질 것”이라고 말했다. 또한 시상그물핵은 잠을 못 잔 사람들이 잠에서 깨기 위해 노력하는 동안 ‘깜빡 잠드는’ 단순한 감각을 경험할 때 뇌에서 일어나는 변화의 원인일 수 있다고 연구진은 말한다. ◆ 부분 제어 지금까지의 수면에 관한 연구는 뇌 전체가 느린 뇌파를 발생할 때 일어나는 수면의 ‘전역 제어’에 초점을 맞췄다. 하지만 최근 여러 연구는 잠을 못 잔 동물이 아직 깨어있는 동안 뇌 일부에서 느린 뇌파를 발생할 수 있음을 보여줘 부분적으로 각성을 제어할 수 있음을 시사했다. 우리는 시상그물핵의 물리적 위치가 수면에 중요한 역할을 하는 곳에 있었기 때문에 그 영역이 졸음이나 각성을 부분 제어하는 것에 관한 조사를 시작하게 됐다고 루이스 연구원은 말했다. 시상그물핵은 껍질처럼 시상을 둘러싸고 있어, 시상으로 입력되는 감각 정보에 관한 ‘게이트키퍼’(문지기) 역할을 할 수 있다. 과학자들은 깨어있는 쥐들에서 시상그물핵을 약하게 자극하면 뇌 피질의 작은 부분에서 느린 뇌파가 발생하는 것을 발견했다. 또한 이를 더 자극하면 뇌 피질 전체에서 느린 뇌파가 나타났다. 루이스 연구원은 “우리는 또한 뇌 피질에서 이런 느린 뇌파를 유도할 때 동물이 졸고 있는 것처럼 행동하기 시작하는 것을 발견했다”고 말했다. 연구진은 시상그물핵의 미세 조정으로 특정 부분에서 느린 뇌파가 늘어나거나 줄어들게 할 수 있을 뿐만 아니라 뇌가 매우 졸릴 때 일부 영역이 덜 각성하는 것을 유도하는 등 뇌를 '부분 통제'할 수 있다고 믿고 있다. 루이스 연구원은 “스스로 깨어 있으려고 노력해도 졸음이 오는 것은 뇌가 수면으로 전환하기 시작할 때 일부 영역에 그런 메커니즘이 일어나기 때문”이라고 말했다. ◆ 자연스러운 수면과 전신 마취 뇌가 각성을 제어하는 방법을 이해하는 것은 연구자들이 자연 수면과 더 비슷한 상태를 만들 수 있도록 하는 새로운 수면제나 마취제를 설계하는 것을 도울 수 있다. 시상그물핵을 자극하는 것은 논렘(non-REM)수면과 같은 ‘깊은 잠’을 유발할 수 있는데, 이전 연구에서도 그 부분을 자극하는 것을 통해 렘(REM)수면을 유발하는 것을 발견했다. 이번 연구에 참여한 에밀리 브라운 MIT 교수는 “시상그물핵은 억제성 신경전달물질인 가바(GABA)를 생성하는 시냅스(뇌세포 사이의 연결 부분)가 풍부하다”면서 “따라서 시상그물핵은 다량의 마취제 역할을 한다고 볼 수 있다”고 말했다. 또한 연구진은 이전 연구에서 수면 상태의 느린 뇌파와 달리 전신마취 상태의 느린 뇌파는 제어되지 않아 이런 마취제가 뇌의 정보 교환을 손상하고 무의식을 생산하는 이유에 관한 메커니즘을 제안하기도 했다. 한편 이번 연구결과는 과학저널 ‘이라이프’(eLIFE) 최신호(10월 13일자)에 실렸다. 사진=ⓒ포토리아(위), MIT 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

건망증으로 시작해 점차 인지기능이 떨어지고 성격 변화까지 나타나는 알츠하이머병. 고령화 사회가 되면서 이런 알츠하이머 환자는 전 세계적으로 증가하고 있다. 알츠하이머가 발병하는 메커니즘 등은 아직 명확하게 알려지지 않았고 근본적인 치료 방법도 확립되지 않았지만, 새로운 연구를 통해 백혈구를 투여하면 인지기능의 저하를 막을 수 있는 것이 확인됐다. ■ 열쇠는 면역세포 미국 시더스-시나이 의료센터의 연구에 따르면 뇌 기능을 정상적으로 유지하기 위해서는 면역세포가 필수적이다. 따라서 연구팀은 알츠하이머병 증상이 있는 쥐에 건강한 쥐의 골수로부터 추출한 단핵 백혈구를 투여했다. 그러자 그 백혈구가 뇌에 도달해 인지기능의 저하를 방지할 수 있었다고 한다. ■ 뇌 신경을 보호 알츠하이머병은 ‘베타 아밀로이드’라는 단백질이 뇌의 신경 회로에 축적되는 과정에서 나타나는 것으로 알려졌다. 이로 인해 인지기능이 저하되는 것이지만 면역세포가 이런 단백질의 축적을 방지하고 신경을 지키는 역할을 하는 것이라고 한다. 연구를 이끈 요세프 코로뇨 교수는 “단핵 백혈구는 시냅스(뉴런과 뉴런 또는 뉴런과 다른 세포 사이의 접합 부위)의 손상을 방지하는 작용이 있는 것 같다”고 설명한다. 이번 연구는 아직 쥐 실험 단계이지만, 앞으로 사람에게도 응용할 수 있게 되면 고령화 사회를 살아가는 우리에게 좋은 소식이 될 것이다. 한편 이번 연구결과는 세계적 권위의 뇌연구 학술지 ‘브레인’(Brain) 최신호(7월 6일 자)에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

카페인의 효과라고 하면 졸음을 쫓는 것이다. 피로가 쌓이면 ‘아데노신’이라는 신경전달물질이 분비된다. 본래 이 피로 물질은 ‘아데노신 수용체’라는 단백질과 결합하는 데 카페인은 모양과 구조가 아데노신과 유사해서 커피를 마시면 카페인이 먼저 아데노신 수용체와 결합해 피로 물질이 결합할 자리가 없어져 졸음이 발생하지 않는 것이다. 그런데 이런 카페인의 ‘수용체 차단’ 작용이 만성 스트레스가 일으키는 부작용도 막을 수 있는 것이 연구로 확인됐다. 만성 스트레스는 이름 그대로 단기간의 자극이나 긴장 상태인 급성 스트레스가 지속해 나타나는 것으로, 질병의 원인이 되기도 한다. 포르투갈 코임브라대 신경과학·세포생물학센터(CNC) 연구팀은 실험용 쥐를 3주간에 걸쳐 스트레스를 줬다. 잠자리를 수시로 바꾸고 찬물 속에 20분간 빠뜨리는 등 쥐가 예측할 수 없는 상황을 만들어 스트레스를 주고 카페인을 섭취한 경우와 그렇지 않은 경우의 반응을 비교했다. 카페인을 주지 않은 쥐는 장기간 스트레스에 의해 불안과 식욕 저하, 기억력 감퇴, 무기력 등 행동 양상의 변화와 함께 ‘시냅스 가소성’(이미 형성된 시냅스의 성질이 변하는 것)이 떨어져 아데노신 A2A 수용체가 증가하는(차단되지 않은) 등 뇌에도 변화를 보였다. 반면 스트레스에 노출되기 전부터 카페인을 지속해서 섭취하고 있던 쥐는 이런 징후를 보이지 않고 아데노신 A2A 수용체가 차단돼 있는 상태에 있는 것으로 나타났다. 또 아데노신 A2A 수용체를 차단하는 길항제를 투여한 쥐와 유전자 조작으로 A2A 수용체를 제거한 쥐도 카페인을 섭취한 쥐처럼 만성 스트레스의 영향을 볼 수 없었다. 이에 대해 연구팀은 스트레스가 뇌에 미치는 영향을 완화하기 위해 여러 종류의 아데노신 수용체 가운데 A2A 수용체가 대상 후보가 될 수 있다고 제안했다. 이번에는 쥐를 대상으로 한 실험이어서 인간에게도 같은 효과가 인정되는 것인지 약물 개발이 가능할지에 대해서는 앞으로 추가 연구가 필요하다고 연구팀은 말했다. 한편 이번 연구결과는 미국국립과학원회보(PNAS) 최신호(6월 8일자)에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

기생충에게도 ‘자유의지’가 있다는 연구결과가 나와 학계의 관심이 쏠리고 있다. 미국 뉴욕의 록펠러대학교 연구진에 따르면 기생충의 일종이자 이번 연구에 쓰인 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)은 총 302개의 뉴런과 7000여개의 시냅스(뉴런과 뉴런 또는 뉴런과 다른 세포 사이의 접합 부위)를 가지고 있으며, 독특한 신경조직의 영향으로 인간처럼 ‘판단’과 ‘생각’이 가능한 것으로 밝혀졌다. 860억 개의 뉴런과 100조개의 시냅스를 가진 인간의 뇌처럼 고등적인 사유를 하는 것은 불가능하지만, 특정 냄새를 맡으면 회충이 스스로 ‘생각’한대로 판단하고 행동을 할 수 있다. 때문에 같은 상황이 주어져도 각각의 회충마다 각기 다른 반응을 보인다. 예컨대 회충 한 마리에게 2회에 걸쳐 ‘맛있는 냄새’를 맡게 하자 1차 실험에서는 냄새의 근원을 탐색하는 모습을 보인 한편, 2차 실험에서는 냄새를 인지하고서도 행동이 변하지 않는 모습을 보였다. 자신의 상황 또는 외부의 상황을 고려하고 스스로 행동을 판단한다는 것. 연구진은 “같은 자극제에 언제나 같은 결론이 나지 않는 인간처럼 회충 역시 비슷한 성향을 가졌다는 사실을 알게 됐다. 회충에게도 ‘자유의지’가 있는 것으로 보인다”고 설명했다. 연구를 이끈 코리 바그만 박사는 “회충은 평소 먹을 것을 찾아다니며 무작위로 움직이다가 먹잇감의 냄새를 맡으면 무작위로 움직이던 것을 멈추고 냄새가 나는 쪽을 향해 움직인다. 하지만 때로는 뉴런이 냄새를 인지했음에도 불구하고 회충은 무작위로 움직이는 것을 멈추지 않는다는 것을 밝혀냈다”고 전했다. 이어 “회충의 신경계는 단순히 수동적·소극적으로 외부에서의 자극제로부터 오는 신호를 기다리는 것이 아니라, 외부로부터 신호를 받았을 때 중요도에 따라 그들만의 행동 패턴에 따라 움직인다”면서 “뿐만 아니라 각각의 뉴런이 결합하고 변하는 등 가변성을 통해 특유의 역할을 가진다는 것을 알게 됐다”고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 록펠러대학교 홈페이지에서 확인할 수 있다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

기생충에게도 ‘자유의지’가 있다는 연구결과가 나와 학계의 관심이 쏠리고 있다. 미국 뉴욕의 록펠러대학교 연구진에 따르면 기생충의 일종이자 이번 연구에 쓰인 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)은 총 302개의 뉴런과 7000여개의 시냅스(뉴런과 뉴런 또는 뉴런과 다른 세포 사이의 접합 부위)를 가지고 있으며, 독특한 신경조직의 영향으로 인간처럼 ‘판단’과 ‘생각’이 가능한 것으로 밝혀졌다. 860억 개의 뉴런과 100조개의 시냅스를 가진 인간의 뇌처럼 고등적인 사유를 하는 것은 불가능하지만, 특정 냄새를 맡으면 회충이 스스로 ‘생각’한대로 판단하고 행동을 할 수 있다. 때문에 같은 상황이 주어져도 각각의 회충마다 각기 다른 반응을 보인다. 예컨대 회충 한 마리에게 2회에 걸쳐 ‘맛있는 냄새’를 맡게 하자 1차 실험에서는 냄새의 근원을 탐색하는 모습을 보인 한편, 2차 실험에서는 냄새를 인지하고서도 행동이 변하지 않는 모습을 보였다. 자신의 상황 또는 외부의 상황을 고려하고 스스로 행동을 판단한다는 것. 연구진은 “같은 자극제에 언제나 같은 결론이 나지 않는 인간처럼 회충 역시 비슷한 성향을 가졌다는 사실을 알게 됐다. 회충에게도 ‘자유의지’가 있는 것으로 보인다”고 설명했다. 연구를 이끈 코리 바그만 박사는 “회충은 평소 먹을 것을 찾아다니며 무작위로 움직이다가 먹잇감의 냄새를 맡으면 무작위로 움직이던 것을 멈추고 냄새가 나는 쪽을 향해 움직인다. 하지만 때로는 뉴런이 냄새를 인지했음에도 불구하고 회충은 무작위로 움직이는 것을 멈추지 않는다는 것을 밝혀냈다”고 전했다. 이어 “회충의 신경계는 단순히 수동적·소극적으로 외부에서의 자극제로부터 오는 신호를 기다리는 것이 아니라, 외부로부터 신호를 받았을 때 중요도에 따라 그들만의 행동 패턴에 따라 움직인다”면서 “뿐만 아니라 각각의 뉴런이 결합하고 변하는 등 가변성을 통해 특유의 역할을 가진다는 것을 알게 됐다”고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 록펠러대학교 홈페이지에서 확인할 수 있다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr