자기 생각을 입 밖으로 꺼내기도 전에 상대가 의도를 알아차리면 사람들은 “우리는 마음이 잘 통하는 친구”라든가 “텔레파시가 통했다”라는 말을 한다. 그런데 과학자들이 실제로 서로 다른 개체들 간 뇌파가 통하고 일치하는 ‘동기화’ 현상이 나타날 수 있다는 사실을 밝혀 내 화제다. 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 신경생물학과, 생화학과, UCLA의대 공동연구팀과 미국 캘리포니아 버클리대(UC버클리) 생명공학과, 헬렌 힐스 신경과학연구소 공동연구팀은 각각 생쥐와 이집트과일박쥐를 이용해 두 마리가 상호작용을 할 때 뇌의 신경 활동이 일치된다는 사실을 밝혀냈다. 이들의 연구결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀’ 20일자에 실렸다. 우선 UC버클리 연구팀은 이집트과일박쥐 18마리를 야생에서 잡아온 뒤 우리에 가둬 12시간 간격의 밤낮 생체시계를 일치시켰다. 그다음 연구팀은 짝짓기나 싸움, 먹이나눔 같은 모든 활동을 관찰하면서 무선 전기생리학 측정장치를 이용해 박쥐 뇌에서 발생하는 뇌파를 전부 기록했다. 그 결과 박쥐들은 두 마리가 같은 우리에 있을 때 수 분에서 수 시간까지 고주파 영역의 뇌파가 일치되는 것이 관찰됐다. UCLA 연구팀은 생후 8~10주 된 생쥐 두 마리의 머리에 미세 내시경을 설치하고 모든 활동을 관찰했다. 약 2g의 미세 내시경은 생쥐들이 활동하는 동안 뉴런의 활동을 정밀하게 관찰할 수 있게 만든 장치이다. 연구팀은 생쥐들이 특정 의사결정을 함께 내려야 하는 상황이나 다양한 상호작용을 할 때 같은 부위의 뉴런들이 동시에 활성화된다는 것을 확인했다. 웨이제 홍 UCLA 신경생물학과 교수는 “생쥐나 박쥐에 비해 인간의 사회적 상호작용에는 개입되는 요소들이 많아 복잡하다”면서도 “자폐 스펙트럼 장애나 조현병 같은 많은 정신 질환들이 사회적 상호작용을 변화시킨다는 차원에서 본다면 이번 연구결과는 이런 정신질환의 예방이나 치료법을 찾아내는 데 도움이 될 것”이라고 말했다. edmondy@seoul.co.kr

사람들은 자신과 친한 친구나 처음 만난 사람인데 마음이 잘 맞을 경우 ‘주파수가 잘 맞는 사람’이라고 소개하곤 한다. 주파수가 맞는다는 것은 내가 말하지 않았는데도 똑같은 생각을 하거나 의도를 갖고 있을 때의 표현으로 ‘텔레파시가 통한다’라고도 말한다. 그런데 과학자들이 실제 자연에서 텔레파시가 통하고, 주파수가 맞는 현상을 발견해 주목받고 있다. 독일 막스플랑크 조류학연구소 행동신경생물학과, 루트비히 막시밀리안대 통합신경과학부, 남아프리카공화국 프레토리아대 동물학과 공동연구팀은 참새의 일종인 흰눈썹베짜기(White-browed sparrow-weaver) 수컷과 암컷이 함께 지저귈 때 뇌 활성화부위와 뇌신경세포 활동이 정확하게 일치한다고 14일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 13일자에 실렸다. 흰눈썹베짜기는 남부와 동부 아프리카에 폭넓게 분포하고 있는 참새의 일종으로 둥지를 짓고 지배적인 수컷 암컷 한 쌍과 함께 8마리가 함께 생활하는 것으로 알려져 있다. 흰눈썹베짜기는 천적이 다가오면 동료들과 한꺼번에 소리를 내 쫓아내는데 특히 암수 한 쌍이 정확히 같은 소리를 내 과학자들의 궁금증을 유발시켰지만 이에 대한 신경학적 메커니즘이 밝혀지지는 않았었다. 연구팀은 모바일 송수신기를 세 쌍의 암수컷의 뇌에 설치해 자연에 방사한 뒤 지저귈 때 뇌파와 음향신호를 동시에 기록했다. 새에 장치한 모바일 송수신기는 0.6g으로 배낭형태로 새에게 붙이도록 만들어졌다. 연구팀은 이 장치를 통해 세 쌍이 지저귀는 소리를 650개 파일로 저장했다. 이렇게 녹음된 소리를 분석한 결과 보통 수컷이 먼저 노래를 시작하고 암컷이 뒤따라 부르는 것으로 확인됐다. 수컷이 지저귀기 시작한 뒤 암컷이 노래를 시작하기 까지는 약 0.25초 밖에 걸리지 않은 것으로 나타났다. 정밀 장치 없이 그냥 들을 경우는 암수가 거의 동시에 지저귀는 것으로 느낄 수 있을 정도의 시간차이다.수컷이 노래를 부르기 시작하면 암컷의 대뇌 후배측면에 위치한 고차발성중추(HVC)라는 부위가 곧바로 활성화되면서 노래를 시작하게 된다고 연구팀은 설명했다. HVC는 새들의 소리학습과 생리적 반응을 관장하는 뇌 영역이다. 이 부위가 마치 두 물체의 진동수가 일치하는 공진현상처럼 한 쌍의 흰눈썹베짜기에게 HVC 부위 뇌파와 신경세포 활동이 일치한다는 것이다. 수잔나 호프만 독일 막스플랑크 조류학연구소 박사는 “이번 연구는 서로 다른 개체가 소리정보의 입력과 동시에 신경세포 활동과 음성이 동기화돼 일치한다는 것을 시각적으로 보여준 것으로 구체적인 신경학적 메커니즘은 추가 연구를 통해 규명할 계획”이라며 “사람들도 타인과 사회적 상호작용을 할 때 비슷한 형태로 작동할 것으로 보인다”라고 말했다. 호프만 박사는 “감각 정보의 입력이 제대로 되지 않을 경우나 관련 신경세포 활동이 비정상적일 때 타인과 상호작용이 어려워지는 것으로 생각된다”라고 덧붙였다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘명경지수’(明鏡止水). 밝은 거울과 멈춰있는 물이라는 뜻으로 고요하고 깨끗한 마음을 가르키는 말입니다. ‘장자’의 덕충부편에 “사람은 흘러가는 물에는 비춰볼 수 없고 고요한 물에 비춰봐야 한다. 오직 고요한 것만이 고요하기를 바라는 모든 것을 고요하게 할 수 있다”라는 문장 속에 있는 단어이다. 자기개발서나 대중심리학 책에서도 ‘명경지수’를 강조하지만 복잡한 인간관계에 무엇에 쫓기는 듯 바쁜 일상까지 더해져 정신없는 현대인에게 고요하고 깨끗한 마음이라는 단어는 사전에서나 찾아볼 수 있을 정도이다. 게다가 고요한 마음을 갖기 위해서는 조용한 곳을 찾아 가야하고 학원 같은 곳에 등록해 배워야 할 것만 같아 부담스럽기까지 하다. 그런데 뇌신경과학자들이 하루 5분이라는 짧은 시간의 명상만으로도 마음의 안정과 집중력 등을 얻을 수 있다는 연구결과를 발표해 주목받고 있다. 미국 캘리포니아 샌프란시스코대(UC샌프란시스코) 신경학과, 신경과학연구소, 스피릿 록 명상센터, 뉴멕시코대 심리학과, 스탠포드대 의대 정신의학과, 캘리포니아 샌디에이고대(UC샌디에이고) 정신의학과 공동연구팀은 하루 5분 안팎의 짧은 명상만으로도 집중력과 기억력을 향상시킬 수 있다고 7일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 생물학 및 심리학 분야 국제학술지 ‘네이처 인간행동’ 4일자에 실렸다. 연구팀은 18~35세의 건강한 성인남녀 59명에게 연구팀이 개발한 명상 애플리케이션(앱)을 사용해 매일 10분 이내, 6주 동안 명상을 하도록 했다. 연구팀이 개발한 앱에는 명상음악과 백색소음, 명상에 집중할 수 있도록 하는 지시가 들리도록 설계했다. 연구팀은 명상을 하는 동안 뇌가 활성화되는 부위를 찾아내기 위해 뇌전도(EEG)를 측정했다. 32명이 사용한 명상 앱에는 명상음악과 백색소음이 나오도록 설계됐다. 연구팀은 명상 실험을 하는 6주 동안 실험대상자들이 자신의 호흡에 집중하는 시간을 기록하도록 해 시간의 변화도 관찰하도록 했다. 그 결과 실험 시작 직전에는 하루 평균 20초 정도 밖에 자신의 호흡에 집중하지 못했는데 한 달 정도 지난 뒤에는 최대 6분까지 집중하는 것으로 확인됐다. 연구팀은 명상을 지속하면서 자기 통제력과 집중력에 관여하는 내측 전두엽 피질과 측면 전두엽 피질이 활성화 정도가 커지는 것도 관찰됐다. 또 명상을 꾸준히 하면 작업기억이라고 불리는 단기기억력도 약 30% 이상 상승되는 것으로 확인됐다. 데이빗 지글러 UC샌프란시스코 신경과학 교수는 “따로 전문가의 지도를 받지 않더라도 본인이 편안하다고 생각하는 환경에서 하루 5분 이내의 짧은 명상을 매일 지속하는 것은 자기 통제력 강화는 물론 집중력과 기억력 향상, 신체 면역력 강화에도 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

“학교에 남아 명예롭게 퇴임하는 것도 좋지만 후배들에게 기회를 더 줘야 한다고 생각했습니다. 연구를 오래 할 수 있고 실험할 환경만 좋다면 대학, 정부출연연구소 구분이 무슨 필요가 있겠습니까.” 올해 호암상 의학부문 수상자인 오우택(64) 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소장은 지난 2일 서울신문과의 인터뷰에서 2016년 갑자기 서울대 교수 자리를 박차고 정부출연연구기관 연구원으로 자리를 옮긴 이유를 묻자 이렇게 답하며 웃었다. 오 소장은 미국 오클라호마대에서 신경생리학 박사학위를 받고 1988년 서울대 약대 교수로 부임한 뒤 한 번도 학교를 떠난 적이 없었다. 더군다나 인체가 통증을 일으키는 작동 원리를 처음으로 밝혀내 신경과학의 새 장을 열어 2010년 대한민국 최고 과학자로 선정되는 등 세계적인 석학으로 각광받는 상황이었기 때문에 이직 소식에 과학계는 더욱 놀랐다. 대한민국 최고 과학자상과 함께 국내 의과학 분야에서 최고 권위를 자랑하는 호암상까지 거머쥔 것을 놓고 오 소장은 “사실 학창 시절 물리와 수학을 더 좋아했는데 생물학을 연구하고 가르치게 된 것을 보면 인생은 계획대로 흘러가는 게 아닌 듯싶다”면서 “그저 현재에 최선을 다하면서 꾸준히 연구한 덕택에 이 자리에 선 것 같다”고 말했다. 최근 뇌과학은 신경생물학뿐만 아니라 다른 분야의 자연과학, 공학과 결합되면서 발전 속도가 놀랄 정도로 빨라지고 있다. 반도체 칩 위에 뇌 오가노이드(미니장기)를 키워 뇌 기능을 눈으로 보기도 한다. 뇌 기능을 수학적으로 예측하는 계산뇌과학의 발전은 상상할 수 없을 정도다. 이에 견줘 한국의 뇌과학 수준은 “아직 갈 길이 멀다”고 오 소장은 진단했다. 그는 “국내 뇌과학 연구 수준은 최근 몇 년간 크게 발전해 많은 부분에서 첨단 기술을 보유하고 있지만 연구를 가장 앞서 이끌어 가는 ‘퍼스트 클래스’ 연구는 드물어 전반적으로는 세계적 수준에는 미치지 못하고 있다”고 말했다. 뇌과학 연구자로서 최근 활발히 연구되는 인공지능(AI)에 관해서는 “모든 분야에서 인간을 뛰어넘지는 않겠지만 최근 심층학습이나 인간 뇌 모사칩의 발전 속도를 보면 특정 분야에서는 조만간 인간의 지능을 넘어설 수도 있다”며 “이 같은 가능성에 대해서도 미리 대응책을 마련할 필요가 있다”고 덧붙였다. 앞으로 계획에 대한 질문에 오 소장은 “그동안 해 왔던 것을 꾸준히 연구해 그 분야를 완성하고 최고로 만드는 것이 중요하다고 생각한다”면서도 “개인적으로는 인간의 지능에 대한 연구에 도전해 보고 싶다”고 말했다. 한편 호암 재단은 오 소장 등 의학, 과학, 공학, 예술, 사회봉사 분야 5명을 올해 호암상 수상자로 선정해 지난달 31일 상장과 메달, 상금 3억원을 수여했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

북한이 연일 무력시위로 대미·대남 압박 수위를 높이는 가운데 미국이 북한의 ‘회색지대’ 전략에 맞서는 전략이 필요하다는 주장이 제기됐다. 김두연 신미국안보센터(CNAS) 연구원은 14일(현지시간) 같은 센터의 니콜라스 D 라이트, 크리스틴 리와 함께 ‘미국은 북한에 맞선 회색지대 전략이 필요하다’는 제목의 외교매체 포린폴리시 기고문을 통해 최근의 북한 미사일 도발은 “2011년 집권한 이후 김정은 정권이 전쟁과 평화 사이의 회색지대를 교묘하게 이용하는 법을 잘 알고 있음을 상기시켜준다”면서 김 위원장의 대외 정책 성공은 이런 ‘회색지대’ 전략을 노련하게 이용한 덕분이었다고 평가했다. 한국과 미국, 일본을 상대로 보복을 불러오지 않을 만큼의 도발을 통해 이득 및 영향력 확보를 추구해 온 것이 어느 정도 성과를 거뒀다는 것이다. 김 연구원은 미국 역시 북한의 전략에 대응해 회색지대 전략을 구사해야 하며 북한의 저강도 도발에 대한 징벌적 대응으로 외교적·경제적 지렛대 등을 활용해야 한다고 제안했다. 북한과 상업 거래를 하는 제삼자에 대한 제재 부과나 한국과의 협력을 통한 해상 불법행위 차단 강화를 예로 들었다. 그녀는 또 대북 확성기 방송과 전단 등의 재개 및 강화로 북한과의 협상이 중단되는 일 없이 북한의 도발에 대한 불쾌감을 전달할 수 있으며 북한의 사이버전에 대한 한미일의 공조 지속도 필요하다고 언급했다. 나아가 북한이 고강도 도발에 나설 경우 미국은 유엔 안전보장이사회를 통해 규탄 성명 이상의 강력한 대응에 나서야 한다고 김 연구원은 주장했다. 또 B-1B나 B-2 같은 전략폭격기 등의 참여를 보류한 수준에서 동맹들의 연합훈련, 예를 들어 을지프리덤가디언이나 비질런트 에이스 같은 대규모 한미연합훈련 재개를 검토할 필요성이 있다고 강조혔다. 아울러 북한이 핵실험이나 대륙간탄도미사일(ICBM) 시험발사에 나서면 전략자산도 훈련에 합류시켜야 한다고 덧붙였다. 김 연구원은 “‘화염과 분노’가 나쁜 행위를 징벌하는 유일한 방법은 아니지만 북한의 회색지대 전술을 모른 척하는 것은 북한을 대담하게 만들 뿐”이라며 “(대북) 경제·외교·군사적 압박을 점진적으로 늘리고 줄이는 신중하고 전술적인 유연성이 필요하다. 지난 60년 동안 북한과 평화와 전쟁 사이의 모호함을 경험했는데 이제 미국은 회색 지대를 마찬가지로 잘 조종해야 한다”고 기고문을 맺었다. 한편 포린폴리시의 필자 안내에 따르면 김 연구원은 ‘불레틴 오브 아토믹 사이언티스트’ 칼럼니스트이기도 하며 비핵화와 무기통제, 남북한, 동아시아 관계를 전공으로 삼고 있다. 라이트는 조금 특이한 경력을 갖고 있다. 옥스퍼드와 런던에서 내과와 신경의학을 전공했고 인텔리전트 바이올로지, 조지타운 대학 병원, 유니버시티 칼리지 런던과 함께 공동 연구를 진행하며 국제 대치 국면에서의 정책 결정에 신경과학, 행동과학, 기술적 성찰이 어떤 영향을 미치는지 연구한다. 크리스틴 리는 CNAS의 아시아태평양 보안프로그램에서 연구하고 있다. 임병선 평화연구소 사무국장 bsnim@seoul.co.kr

미국 국립보건원(NIH) 산하 국립노화연구소(NIA)의 지원으로 미국, 스웨덴, 영국, 호주, 오스트리아, 일본 6개국 22개 연구기관의 뇌과학자들이 대표적인 퇴행성 뇌질환인 알츠하이머를 진단하는 데 새로운 가이드라인을 마련하고 신경과학 분야 국제학술지 ‘브레인’ 5월 1일자에 발표했다. 치매라고 하면 대부분 ‘알츠하이머’를 떠올리지만 실제 치매는 다양한 요인으로 발병한다. 이 때문에 연구팀은 효과적인 치료와 예방을 위해 알츠하이머와 기타 치매를 명확히 구분해야 한다고 지적했다. 이번에 제시된 가이드라인은 ‘TDP43’이라는 뇌 단백질의 변형 여부에 따라 치매를 구분한다. 알츠하이머도 TDP43 변형이 발견되는 부위에 따라 편도체에서만 나타나면 1단계, 해마에서도 검출되면 2단계, 중전두회에서까지 검출되면 3단계로 구분해야 한다고 제안했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

날씨가 따뜻해지면서 산과 들로 나들이 가는 사람들이 늘고 있다. 나들이 갔다 돌아와 보면 자신도 모르게 모기를 비롯한 각종 날벌레에 물려 벌겋게 부어 있는 피부를 보고 깜짝 놀랄 때가 있다. 이 때문에 나들이 나가기 전에 벌레들이 달라붙지 못하게 옷이나 피부에 기피제를 사용하는 사람들이 있다. 벌레 기피제의 주성분은 디에틸톨루아마이드(DEET)인데 모기나 벌레들이 어떤 이유 때문에 피하는지는 정확히 알려져 있지 않았다. 미국 록펠러대 신경유전학·행동연구소, 신경시스템연구소, 하워드휴즈 의학연구소, 프린스턴대 신경과학연구소 공동연구팀이 DEET에는 모기가 싫어하는 쓴맛이 있고 이를 입이 아닌 다리를 통해 사전에 감지한다는 사실을 발견하고 생물학 분야 국제학술지 ‘커런트 바이올로지’ 25일자에 발표했다. 지금까지는 DEET를 바르면 모기가 접근하지 못하는 이유를 특유의 냄새 때문이라고 생각해왔다. 연구팀은 유전자 편집으로 후각을 제거한 모기를 이용해 DEET, 쓴맛이 나는 화합물, 설탕물이 담긴 각각의 접시 중 어느 것에 접근하는지를 살펴봤다. 그 결과 모기들은 DEET나 쓴맛이 나는 화합물이 담긴 접시에는 잠깐 앉았다가 다시 날아가버렸고 설탕물이 담긴 접시에는 모여든다는 사실을 확인했다. 특히 연구팀은 DEET와 쓴맛 화합물에 앉았던 모기들이 입을 대지 않고 잠깐 앉았다 금세 날아가는 것에 주목했다. 또 모기의 다리에는 입과 마찬가지로 맛을 감지할 수 있는 분자수용체를 갖고 있는 미세한 털이 있다는 것을 알아냈다. 입을 대지 않고 다리를 대는 것만으로도 맛을 인식하기 때문에 DEET를 바른 옷이나 피부에 모기가 앉더라도 피를 빨지는 않는다는 설명이다. 록펠러대 하워드휴즈 의학연구소 레슬리 보쉘 교수는 “DEET는 시중에서 구할 수 있는 가장 효과적인 모기 기피제이기는 하지만 영유아들에게는 독성 때문에 사용하기 어려운 점이 있다”며 “이번 연구를 통해 모기가 싫어하는 쓴맛을 이용해 독성은 적고 영유아에게도 효과가 있는 기피제를 개발할 수 있을 것”이라고 말했다. edmondy@seoul.co.kr

뇌에 전극 이식해 단어·문자로 재구성 억양 변화 못 시키는 기존 장치와 달리 발성기관 움직임 관련 뇌 신호까지 추출 언어의 리듬·성별·정체성까지 조절 가능지난해 3월 타계한 세계적인 물리학자 스티븐 호킹은 1985년 급성 폐렴으로 사경을 헤매다가 기관지 절개수술을 받고 겨우 살아났다. 대신 웃음소리를 제외한 자신의 목소리를 잃고 컴퓨터 음성합성기를 통한 목소리를 갖게 됐다. 호킹 박사처럼 루게릭병이나 뇌졸중, 외상성 뇌손상, 파킨슨병, 다발성 경화증 같은 퇴행성 신경질환을 앓는 사람들은 말을 할 수 없게 되는 경우가 많아 언어전환 장치를 사용하곤 한다. 이 장치는 눈이나 미세한 몸짓으로 컴퓨터 커서를 작동시키거나 화면의 글자를 선택해 말을 하거나 글을 쓸 수 있게 해 준다. 일반인이 분당 100~150단어를 말하는 것에 비해 분당 10단어 정도밖에 표현할 수 없어서 대화에 빠르게 끼어들지도 못하고 언어의 톤이나 억양을 변화시킬 수도 없다.그러나 최근 뇌과학의 발달로 뇌신경 손상으로 인해 말을 하거나 글을 쓸 수 없는 환자들이 머릿속에서 말하고자 하는 내용을 밖으로 끄집어낼 수 있는 방법들이 속속 연구되고 있다. 지난 1월 미국 컬럼비아대, 호프스트라 노스웰 의대 공동연구팀은 뇌 속에 전극을 이식해 얻은 신호를 신경망 컴퓨터를 이용해 단어와 문자로 재구성하는 데 성공하고 생물학 분야 출판 전 논문공개 사이트인 ‘바이오아카이브’(bioRxi)에 발표하기도 했다. 이번에는 미국 캘리포니아 샌프란시스코대(UCSF) 신경외과, 웨일신경과학연구소, 캘리포니아 버클리대(UC버클리)·UCSF 조인트생명공학프로그램 공동연구팀이 뇌·컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술을 활용해 머릿속에서 생각하는 것을 언어로 변환시킬 수 있는 해독기술을 개발하고 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 25일자에 발표했다. 연구팀은 뇌 부위에 칩을 심어 언어 관련 뇌파만 추출해 언어로 전환하는 기존 방식을 넘어 턱과 후두, 입술, 혀 등 발성기관들의 움직임과 관련된 뇌 신호까지 더해 음성이나 글로 전환시키는 방법을 찾아낸 것이다. 연구팀은 우선 신경외과 수술을 받아 뇌에 전극을 이식했지만 말하는 데 문제가 없는 20~40대 성인남녀 5명에게 ‘잠자는 숲속의 공주’, ‘개구리왕자’, ‘이상한나라의 앨리스’ 같은 책에 나오는 문장들 450~750개씩을 또박또박 읽도록 하면서 발성 기관과 언어 관련 부위 뇌파를 측정했다. 그다음 이들에게 문장을 말할 때 소리를 내지 않고 입만 뻥긋거리면서 읽도록 하거나 눈으로 읽도록 한 뒤 발생하는 뇌파도 측정했다. 이렇게 얻은 데이터를 신경망 기계학습 알고리즘으로 분석해 프로그래밍한 다음 실험 참가자들에게 단어나 짧은 문장을 생각하도록 해 컴퓨터나 인공음성 장치로 출력된 것과의 일치도를 살펴봤다. 그 결과 쉬운 단어나 문장의 경우는 69%를 정확하게 인식하고 기록하거나 표현한다는 사실을 확인했다. 복잡한 단어나 문장에 대한 표현 정확도는 47%로 떨어졌지만 언어의 리듬과 억양, 말하는 사람의 성별과 정체성까지 조절이 가능했다. 연구를 이끈 에드워드 창 UCSF대 신경외과 교수는 “BMI 기술을 이용해 팔과 다리의 운동능력을 상실한 사람을 대상으로 생각대로 사지를 움직일 수 있는 방법들이 많이 연구됐다”며 “실제 임상 적용을 위해서 추가 연구가 필요하겠지만 신경과학과 언어학, 기계학습의 전문지식을 활용한 BCI 기술을 통해 후천적으로 언어를 잃었거나 선천적으로 언어장애를 가진 사람들 모두 인공 성대를 사용해 자신의 생각을 자유롭게 말하고 표현할 수 있는 날이 곧 찾아올 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

신경을 곤두세우게 만드는 사회생활 속의 인간관계, 며칠 전부터 이유없이 머리를 조여오는 편두통, 이른 아침부터 복잡한 버스와 지하철…. 사회가 복잡해지면서 일상에서 스트레스를 일으키는 신체 내외적 요인들은 넘쳐난다. 스트레스가 개인의 역치를 넘어갈 경우 우울증이나 불안증, 타인에 대한 공격성 등 다양한 문제를 일으킨다. 그런데 최근 스트레스에 따라 몸의 반응을 조절하는 물질을 실시간 추적할 수 있는 기술을 나와 주목받고 있다. 카이스트 생명과학과와 미국 뉴욕대 의대 공동연구팀은 스트레스에 따라 몸의 반응을 조절하는 일명 ‘스트레스 세포’(CRF세포)의 새로운 역할과 이를 실시간으로 추적할 수 있는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 뇌·신경과학 분야 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’ 4월호에 실렸다. 동물은 천적을 만나거나 위험한 상황이 되면 긴장하고 대응을 생각하느라 긴장상태에 빠지게 된다. 또 좋아하는 음식이나 상황을 맞으면 자연스럽게 다가서는 반응을 보인다. 이런 본능적 행동은 특정 자극을 부정적, 긍정적으로 판단하는 두뇌에 의해 결정된다. 이런 역할은 시상하부-뇌하수체-부신으로 이어지는 축에서 담당한다. 이 축을 조절하는 것은 부신피질 자극 호르몬 방출인자(CRF)로 스트레스 조절인자로도 불린다. 이전에는 CRF세포가 활성화되면 부정적 감정이 커진다고 알려져 있었지만 측정이 어렵고 실제로 어떻게 반응하는지가 정확히 알려져 있지 않았다. 연구팀은 시상하부 영역의 CRF세포의 활성도를 실시간으로 측정할 수 있는 파이버포토메트리라는 기술을 이용해 다양한 자극에 노출된 생쥐의 뇌를 측정했다. 그 결과 물에 빠지거나 독수리가 날아오는 시각적 자극, 천적의 냄새 등에 노출시키면 CRF가 빠르게 활성화되고 좋아하는 음식이나 암컷 쥐가 가까이오면 CRF 활성도가 낮아지는 것을 관찰할 수 있었다. 연구팀은 이번 연구가 빛을 이용해 특정 세포의 활성을 조절할 수 있는 광유전학의 하나인 칼슘이미징 기술을 활용함으로써 CRF 측정의 한계를 넘어선 것이라고 평가했다. 또 지금까지 CRF의 기능이 호르몬 방출을 통해 시상하부-뇌하수체-부신 축을 조절한다는 정도로만 알려져 있었지만 이번 연구로 다양한 감각적 자극에 대한 적절한 행동 반응을 조절하는 역할을 한다는 것을 알게 됐다. 서성배 카이스트 교수는 “우울증, 불안증, 외상후 스트레스장애(PTSD) 등 정신장애는 스트레스와 관련이 깊은 만큼 CRF 세포 활성도를 실시간 측정할 수 있게 됨에 따라 관련 질환들의 새로운 치료법도 찾아낼 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

인식·지각 등 고차원적 기능은 못 살려 ‘몸과 분리된 뇌’ 등 윤리적인 논란도“창조주여, 제가 부탁했습니까? 진흙에서 저를 빚어 사람으로 만들어 달라고? 제가 애원했습니까? 어둠에서 절 끌어내 달라고?” 200여년 전인 1818년 영국 작가 메리 셸리(1797~1851)가 쓴 괴기소설 ‘프랑켄슈타인-근대의 프로메테우스’ 서문에 실린 ‘실낙원’의 한 구절이다. 무생물에 생명을 부여할 수 있는 방법을 알아낸 스위스 과학자 빅터 프랑켄슈타인 박사는 시체를 이용해 8피트(약 244㎝)의 인조인간을 만들어 생명을 불어넣는다. 이렇게 만들어진 괴물은 인간 이상의 힘을 발휘하고 자신과 똑같은 형태의 신부까지 요구했다. 그렇지만 새로운 인종이 나와 인간을 멸망시킬까 두려웠던 프랑켄슈타인 박사는 괴물의 요구를 거부했다가 살해당한다. 셸리는 소설을 쓰면서 영국 화학자 험프리 데이비의 전기분해 기술, 찰스 다윈의 할아버지 에라스무스 다윈이 수행한 자연발생 실험 같은 당대 최고 수준의 과학기술을 활용했지만 사람과 똑같은 형태와 기능을 갖춘 인조인간을 만든다는 생각은 공상에 불과했다. 그런데 최근 생물학과 생체공학 기술이 발달하면서 ‘프랑켄슈타인’ 몬스터 기술이 현실화되는 것 아니냐는 지적이 나오고 있다. 이 같은 상황에서 미국 예일대 의대, 코네티컷 재향군인의료시스템 재활연구센터, 보스턴대 의대, 피츠버그대 신경학과, 이탈리아 파비아대 생물학·생명공학과 공동연구팀은 죽은 지 몇 시간이 지난 돼지의 뇌를 다시 살려내는 실험 일부를 성공하고 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 18일자에 발표했다. 이번 연구 결과는 완벽하지는 않지만 죽은 생명체의 뇌 기능 일부를 다시 회복시켰다는 점에서 전 세계 과학계와 윤리학계에 충격을 안겨 주고 있다.연구팀은 보통 동물실험을 할 때 사용하는 실험용 무균돼지가 아닌 식재료 가공시설에서 얻은 생후 6~8개월 된 집돼지의 뇌 32개를 가지고 실험했다. 실험에 사용된 돼지의 뇌는 죽은 뒤 4시간이 지난 것들이었다. 보통 포유류의 뇌는 산소 공급에 매우 민감하기 때문에 짧은 시간 동안만 혈류가 중단되더라도 산소와 에너지 공급이 끊겨 회복 불가능한 뇌 손상을 일으키는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 분리된 돼지의 뇌를 자체 개발한 ‘브레인 엑스’라는 장치에 넣은 다음 보호제와 안정제 등을 섞은 특수 용액을 혈액 대신 뇌 혈관에 주입해 영양과 산소를 공급하며 뇌 변화를 관찰했다. 그 결과 뇌세포 구조, 뇌혈관 구조가 정상적으로 회복되고 신경과 세포를 파괴하는 염증 반응이 줄어드는 한편 시냅스에서 자발적인 움직임을 보이는 것이 관찰됐다. 그렇지만 인식과 지각 같은 고차원적 뇌 기능을 위해 필요한 전기적 활동은 관찰되지 않았다고 연구팀은 설명했다. 이번 연구는 2013년 미국 버락 오바마 정부가 3조 5000억원을 투자해 진행 중인 뇌연구 프로젝트인 ‘브레인 이니셔티브’의 지원을 받아 진행됐다. 연구를 주도한 네나드 세스탄 예일대 의대(신경과학) 교수는 “이번 연구는 아직 초보적인 수준이지만 혈관의 촘촘한 연결 네트워크를 통해 뇌에 보호제를 공급하면 심각한 외상후 생존율을 높이고 신경학적 결손을 줄여 뇌사의 가능성을 획기적으로 줄일 수 있음을 보여 준 것”이라고 설명했다. 이번 연구 결과에 대해 생명윤리학자인 현인수 미국 케이스웨스턴리저브대 의대 교수는 “죽은 돼지의 뇌를 사실상 살려낸 이번 연구는 포유류의 뇌에 혈액 공급이 중단되면 몇 분 안에 사망한다는 기존의 생각을 뒤집는 것”이라며 “몸과 분리됐지만 살아 있는 뇌를 인격체로 보아야 하는지, 이런 연구에 대한 가이드라인을 어떻게 설정해야 하는지 등 논란거리들을 남겼다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

세월호 5주기를 맞아 개봉한 영화 ‘생일’을 본 사람들은 자신도 모르게 흐르는 눈물을 주체할 수 없었다고 입을 모은다. 그러나 진상규명을 요구하며 단식을 하고 있는 유가족들 앞에서 갖가지 음식을 사들고 가서 먹어댄 사람들이나 여전히 교통사고 운운하면서 유가족들의 아픔을 공감하지 못하는 사람들도 있다. “아프냐, 나도 아프다”라는 문장으로 대변될 수 있는 타인의 감정에 대한 공감능력이 이렇게 차이를 보이는 이유는 뭘까. 최근 과학자들이 타인의 감정과 고통에 공명하는 뇌신경을 발견해 주목받고 있다. 네덜란드 왕립신경과학연구소 소셜브레인실험실, 라이덴대 심리학연구소 인지심리학실험실, 암스테르담대 심리학과 공동연구팀은 타인의 고통을 관찰할 때 스스로 고통을 경험할 때와 똑같은 세포를 활성화시킨다는 것을 규명했다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘커런트 바이올로지’ 11일자에 실렸다. 뇌과학이 발달하면서 감정에 대한 이해도 깊어지고 있다. 그렇지만 다른 사람이 슬퍼하는 것을 볼 때 함께 슬프고 친구가 손가락을 베는 것을 보면 움찔하는 느낌을 갖는 공감능력은 여전히 미지의 부분이다. 특히 대부분의 정신질환이 감정이입이나 공감 능력이 부족 때문에 나타나거나 질환이 발생할 경우 감정결핍이 결과로 나타나기도 해 이 부분에 대한 이해는 필수적이다. 연구팀은 생쥐를 이용해 공감능력을 처음 실험했다. 연구팀은 생쥐들에게 전기충격이나 날카로운 물질로 찔러 고통을 느끼도록 하면서 다른 생쥐들이 그 장면을 지켜보도록 하면서 쥐의 뇌 움직임과 행동을 관찰했다. 그 결과 쥐들은 공포감을 느끼면 얼어붙는 경우가 많은데 다른 생쥐의 고통스러움을 지켜본 생쥐들이 얼어붙는 모습이 관찰됐다. 가장 늦게 진화한 뇌 부위이자 감정을 관장하는 신피질 영역이 활성화되는 것을 확인했다. 다른 쥐가 고통스러워하는 것을 보면 신피질 부분의 뉴런이 활발히 움직인다는 것이다.연구팀은 약물을 주입해 신피질의 뉴런 활동을 억제한 뒤 똑같은 실험을 했다. 그러나 약물을 주입받은 생쥐는 타인의 고통을 보면서도 전혀 반응하지 않는 것이 확인됐다. 연구팀은 자신의 고통을 느끼고 타인의 고통을 볼 때 활성화되는 뉴런을 ‘공감 거울 뉴런’이라고 명명했다. 쥐의 뇌는 피질구조나 뉴런 형태가 인간의 뇌와 매우 유사해 쥐에게서 나타난 부분은 사람에게서도 똑같이 나타날 것이라고 연구팀은 설명했다. 크리스티앙 케이저스 왕립신경과학연구소 교수는 “이번에 발견한 공감 거울뉴런은 지금까지 해석되지 않았던 불가사의한 정신장애에 대해 어느 정도 설명해줄 뿐만 아니라 우리 진화와 깊이 관계가 있음을 보여준다”라며 “쥐 같은 동물들에게도 공감이라는 근본적 감정이 있는데 사람에게서는 왜 나타나지 않는 경우가 있는지에 대한 추가 연구를 진행할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

주말에 아무 것도 하지 않고 방에서 뒹굴거리고 있으며 ‘청소라도 하라’는 핀잔을 듣거나 수업시간에 창 밖을 내다보고 있으면 선생님께 ‘수업에 집중하라’는 지적을 받는다. 2014년부터는 매년 ‘멍때리기 대회’라는 것도 열리고 있지만 사람들은 황당한 대회 정도로 받아들여지고 있다. 무언가에 집중하지 못하고 멍하고 있는 모습을 이상하다고 보는 시선이 많다. 그렇지만 이렇게 멍 때리며 의도적으로 생각을 차단하는 것이 창의성을 발휘하기 쉽게 만들 뿐만 아니라 새로운 것을 더 쉽게 배울 수 있게 해준다는 연구결과가 나왔다. 미국 국립신경장애·뇌졸중연구소(NINDS) 대뇌피질생리학 및 신경훈련부, 스위스 로잔연방공과대(EPFL) 신경과학센터, 이스라엘 텔아비브대 심리과학·신경과학과 공동연구팀은 새로운 것을 배울 때 잠깐씩 쉬면서 의도적으로 생각을 끊는 것이 새로운 분야나 기술을 더 쉽게 배울 수 있게 해준다고 14일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘커런트 바이올로지’ 최신호에 실렸다. 지금까지 일반적으로 새로운 것을 배우기 위해서는 ‘1만시간의 법칙’처럼 끊임없이 훈련해야 하며 훈련된 기억을 강화시키기 위해서는 충분한 수면과 같은 오랜 기간의 휴식이 필요하다고 알려져 있었다. 연구팀은 오른손잡이인 33명의 건강한 성인남녀에게 컴퓨터 화면에 일련의 숫자를 보여주고 10초 동안 왼손으로 가능한 많은 숫자를 타이핑하라고 요청했다. 두 그룹으로 나눠 한 그룹은 짧은 쉬는 시간 없이 35번 이상 계속 연습하도록 하고 다른 그룹에게는 10초 동안 타이핑을 시킨 뒤 10초를 쉬도록 하고 35번 연습하도록 했다. 연구팀은 실험 과정 동안 뇌파를 측정해 뇌의 변화를 파악했다. 그 결과 11번째 시험까지 두 그룹 사이에서는 큰 차이가 나지 않고 오히려 쉬는 시간 없이 훈련한 그룹의 성과가 더 좋게 나타났지만 12번째부터는 잠깐씩의 휴식을 가진 그룹의 성과가 더 우수하게 나타났다. 두 번째 그룹(휴식을 가지면서 왼손을 사용한 그룹)은 하루가 지난 뒤에도 능숙하게 왼손을 사용하는 것이 관찰됐다. 실제로 학습 초기에 잠깐씩의 휴식과 짬을 가진 그룹에게서 전두엽과 두정엽을 연결하는 신경망이 활발히 움직여 뇌에 오랜 기억으로 남는 것으로 확인됐다. 연구를 주도한 레오나르도 코헨 NINDS 박사는 “새로운 분야를 공부하거나 기술을 배울 때 많은 사람들이 끊임없는 ‘훈련’과 ‘연습’이 필요하다고 생각하지만 새로운 것을 배울 때 앞서 배운 것을 뇌에 새겨넣을 수 있는 짬이 필요하다”라고 설명했다. 코헨 박사는 “피아노를 배우거나 새로운 기술을 습득할 때 뿐만 아니라 뇌졸중 환자의 재활치료를 할 때도 잠깐씩의 휴식이나 멍때리기는 중요한 역할을 한다는 것을 이번 연구를 통해 알 수 있다”고 덧붙였다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

PTSD, 우울증, 자폐증, 약물중독에도 동물 치유효과 커 날씨가 포근해지면서 강아지와 함께 산책을 나온 사람들을 많이 볼 수 있습니다. 또 길을 가다 보면 강아지나 고양이를 품에 안고 다니는 애견인, 애묘인들도 눈에 많이 들어옵니다. 예전에는 사람이 동물에게 사랑을 주고 귀여워해 준다는 의미로 애완동물이라는 단어를 많이 사용했습니다. 그렇지만 ‘애완동물’이라는 말에는 사람이 일방적으로 사랑을 주거나 거둘 수 있다는 의미가 강하게 느껴져서인지 요즘은 반려동물이라는 용어를 주로 쓰는 것 같습니다. 사랑을 서로 주고받으며 같이 생활하는 동반자로 인정한다는 뜻이겠지요. 그 때문일까요. 요즘은 동물을 심리치료에 활용하는 사례가 점점 늘고 있다고 합니다. 동물을 매개체로 해서 인지적, 사회적, 정서적 기능을 회복시키는 심리치료법을 ‘동물매개치료’라고 합니다. 살아 있는 동물과 상호작용을 통해 외상후스트레스장애(PTSD), 우울증, 자폐증은 물론 알코올중독이나 약물중독 같은 중독증상 치료에도 보조적으로 활용되고 있습니다. 동물매개치료 역사는 중세까지 거슬러 올라갈 수 있지만 실제 본격화된 것은 1960년대에 들어서면서입니다. 미국 소아정신과 의사인 보리스 레빈슨 박사가 정신과 치료를 위해 진료 대기실에서 기다리던 아이가 대기실에 있던 개와 놀면서 특별한 의학적 치료과정 없이 저절로 정신적 문제가 완치됐다는 사실을 확인한 이후부터라고 합니다. 이처럼 동물매개치료 대상은 주로 심리적 상처를 입은 사람들이었습니다. 그런데 스위스 바젤대 실험심리학과, 스위스 열대·공중보건연구소 소속 실험심리학자와 신경과학자들은 심각한 뇌손상 환자들에게 물리치료, 약물치료와 함께 동물매개치료를 실시할 경우 사회성과 공감력이 빠른 속도로 회복되고 치료에도 적극적으로 참여함으로써 신체적 회복 속도도 빨라진다는 사실을 확인했습니다. 이 같은 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 9일자에 실렸습니다. 연구팀은 뇌손상 환자 전문병원인 ‘레합 바젤’에 입원해 있는 19명의 중증 뇌손상 환자를 대상으로 기존 치료법과 함께 기니피그, 새끼돼지, 토끼, 양 등 다양한 동물들과 함께하는 시간을 갖도록 한 뒤 환자의 치료의욕, 기분, 치료 만족도와 치료사들이 관찰한 환자의 태도변화 등을 종합적으로 조사했습니다. 그 결과 환자들은 이전보다 언어적으로나 비언어적으로 의료진과 의사소통을 자주 시도했으며 긍정적인 감정을 많이 표현했다고 합니다. 또 분노나 좌절, 실망, 우울 같은 부정적 감정은 눈에 띄게 줄었다고도 합니다. 연구를 주도한 카린 헤이디거 바젤대 교수는 “이번 연구를 통해 동물매개치료가 환자들이 치료 활동에 적극 참여할 수 있도록 자극을 주는 것이 확실하다는 것을 확인했다”며 “동물매개치료를 기존 신경재활치료와 병행하는 것을 고려해야 한다”고 충고하기도 했습니다. 사람에게 입은 상처는 사람에게서 치유하는 것이 가장 좋다고들 합니다. 그렇지만 세상이 각박해지다 보니 낯선 사람은 무조건 적으로 간주하고 적개심을 갖게 되고 자신도 모르게 타인에게 날을 세워 상처를 주고 덧나게 하는 경우가 많습니다. 귀엽고 예쁜 동식물들을 사랑하는 것은 당연한 일일 수 있겠지만 사람이 싫어 동물과 식물에 눈을 돌리도록 만든 세상은 뭔가 단단히 잘못된 것 아닐까 하는 생각이 듭니다. edmondy@seoul.co.kr

△대한신경과학회는 최근 열린 평의원회에서 홍승봉 삼성서울병원 신경과 교수를 차기 이사장으로 선출했다고 8일 밝혔다. 임기는 2020년 3월부터 2022년 2월까지다.

호암재단은 미국 예일대 마빈 천(53) 석좌교수 등을 제29회 호암상 수상자로 선정했다고 3일 밝혔다. 올해 부문별 수상자는 과학상의 천 석좌교수를 비롯해 공학상 앤드루 강(56) 미국 UC샌디에이고 교수, 의학상 오우택(64) 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소장, 예술상 이불(55) 현대미술 작가 등이다. 사회봉사상에는 사단법인 ‘러브아시아’가 선정됐다. 시상식은 오는 5월 31일 호암아트홀에서 열리며 각 수상자는 상장과 메달, 상금 3억원을 받는다. 과학상을 받은 천 석좌교수는 ‘기능적 자기공명 영상장치’(fMRI)를 이용해 뇌속에 저장된 이미지 정보를 컴퓨터 영상으로 재현하는 데 성공했으며, 정신과 행동의 관계를 과학적 차원에서 밝혀내는 인지신경과학 연구 분야의 세계적인 전문가로 꼽힌다. 공학상 수상자인 강 교수는 반도체 칩의 성능을 최적화할 수 있는 반도체 회로 설계 자동화 알고리즘의 개발·설계 단계에서부터 제조·생산을 고려한 새로운 설계 방법을 제안해 반도체 산업의 발전에 기여한 것으로 평가받았다. 의학상의 오 소장은 세포막 이온 통로 연구 분야의 세계적인 권위자이며, 예술상을 받은 이 작가는 한국을 대표하는 현대미술 작가다. ‘러브아시아’는 이주 외국인들을 위한 정착 지원 활동을 펼치고 있는 단체로 ‘이주 외국인의 수호천사’라는 별칭을 갖고 있다. 이은주 기자 erin@seoul.co.kr

2015년 미국 국립정신보건원 인간두뇌수집원 원장 바버라 립스카는 어느 날 갑자기 ‘이상하고 무시무시하게’ 변했다. 동네에서 길을 잃어 집을 찾지 못하는가 하면 가족들에게 뜬금없이 화를 낸다. 머리에 바른 염색약이 줄줄 흘러내리는 줄도 모르고 동네를 하염없이 달리고, 전날 먹은 피자가 플라스틱 덩어리라는 생각에 누군가 자신을 독살하려 한다는 망상에 시달린다. 30년 이상 동물과 인간의 뇌를 해부하고 정신질환의 원인에 대해 연구하던 뇌 과학자의 정신이 붕괴했다는 징후였다. 흑색종이 뇌에 전이돼 곳곳에 종양이 생겼던 립스카는 결과적으로 1~2년 사이에 건강을 회복했다. 심각한 뇌 기능장애를 겪은 사람이 치료에 성공하는 경우는 흔치 않은 터라 스스로도 극적이라고 여겼다. 자신의 특별한 경험을 다룬 이 에세이는 정신질환의 소용돌이에 빠져들었던 한 생존자의 투쟁기인 동시에 불안·망상·분노·기억상실에 빠진 뇌에 대한 한 과학자의 탐구기다. 립스카는 정신질환을 직접 경험한 과학자만이 할 수 있는 이야기를 신경과학적 지식을 바탕 삼아 생생하게 들려 준다. 뇌는 어떻게 정신질환을 만들어 내는지, 정신이 망가져도 알아채지 못하는 이유는 무엇인지, 스스로 통제할 수 없는 상황에 놓인 기분은 어떤 것인지, 뇌는 어떻게 우리를 인간답게 하는지에 대해. 정신을 잃었다가 되찾은 이후 립스카는 다른 사람의 감정과 곤경에 더 세심하게 주파수를 맞추게 됐다고 한다. 무엇보다 정신질환을 앓는 사람들에게 동질감을 느끼게 됐다는 그는 정신질환자에 대한 편견이 여전한 사회에 중요한 깨달음을 안긴다. 암이 환자의 잘못이 아닌 것처럼 정신질환 역시 환자의 잘못이 아니라는 점, 정신질환자를 대할 때는 깊은 이해와 공감이 필요하다는 점이다. 조희선 기자 hsncho@seoul.co.kr

경쾌한 소리를 내며 입안에서 부서지는 짭짤한 감자칩은 한 번 손대면 멈출 수 없게 만든다. 설탕과 함께 사람들을 매혹시키는 마성의 맛을 갖고 있는 소금은 신체기능 유지에 중요한 역할을 하지만 많이 섭취하면 심혈관질환은 물론 인지장애까지 유발시킬 수 있다. 이 때문에 싱겁게 먹으려고 하지만 쉽지 않다. 과연 우리를 짠맛에 길들이게 하는 것은 뭘까. 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 생물학·생명공학부, 터프츠대 의대 신경과학과 공동연구팀이 소금의 짭짤한 맛을 자꾸 찾도록 만드는 신경회로를 발견했다고 밝혔다. 한국인 과학자인 이상준 칼텍 연구원이 제1저자로 참여해 주도한 이번 연구는 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 28일자에 실렸다. 인체에서 나트륨이 부족해지면 뇌는 나트륨 소비 촉진 신호를 보내는데 지금까지는 소금 섭취와 관련된 신호 메커니즘이 완전히 파악되지는 못했다. 연구팀은 광유전학 기술의 하나인 ‘칼슘이미징’을 이용해 동물실험을 한 결과 생쥐의 후뇌 부위에서 나트륨 섭취를 조절하는 ‘염분섭취 뉴런’이라는 신경세포를 발견했다. 후뇌는 척수 쪽에 가까운 뇌의 뒤쪽 부분이다. 연구팀은 생쥐가 소금물을 마시면 염분섭취 뉴런의 신호가 점점 줄어들면서 소금물 마시는 것을 멈춘다는 사실을 확인했다. 그렇지만 충분히 소금물을 마신 뒤에도 염분섭취 뉴런을 인 위적으로 자극할 경우 소금물이나 소금덩어리를 계속 찾아는다는 것도 발견했다. 반면 소금물을 위에 직접 주입할 경우에는 염분섭취 뉴런 신호에 영향을 미치지 못한다는 것도 관찰됐다. 이는 소금 섭취를 조절하는데 핵심은 위가 아닌 혀의 미각세포에 있음을 보여준 것이라고 연구팀은 설명했다. 오카 유키 칼텍 교수는 “이번 연구결과는 소금의 맛만으로도 염분섭취 뉴런의 활동을 제어할 수 있음을 보여주고 있다”며 “짠맛을 느끼게 하는 미각만 자극하는 방법을 찾는다면 건강상 소금 섭취를 줄여야 하는 사람들에게도 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

거북개미 계급별 뇌 크기·모양 분석 여왕개미, 다른 계급 비해 뇌 용적 커 신경망 구조 복잡하고 시각처리 발달 평생 일만 하도록 ‘이타성’ 가진 일개미 뇌 크기 작지만 처리력 관련 부위 발달# 무더운 여름, 추운 겨울을 대비해 열심히 음식을 모으는 개미를 보면서 베짱이는 그늘에 앉아 악기를 연주하며 ‘인생을 즐길 줄 모르는 한심한 녀석들’이라고 비웃는다. 이윽고 겨울이 찾아오자 베짱이는 배고픔에 시달리다 결국 개미에게 음식을 구걸하는 신세가 되고 개미는 먹이를 나눠주면서 베짱이의 게으름을 질타한다.어린 시절 누구나 한 번쯤 듣고 읽은 이솝우화 ‘개미와 베짱이’의 내용이다. 부지런함과 노동의 가치를 설파하는 이 우화는 물론 많은 이야기에서 개미는 근면의 상징으로 묘사된다. 그렇지만 실상 개미 사회를 자세히 들여다보면 그렇지 않다는 것을 알 수 있다. 여왕개미, 수개미, 일개미, 병정개미로 엄격한 계급으로 나눠져 있기 때문에 이솝우화에서처럼 부지런히 일하는 개미는 일개미뿐이다. 생식 능력이 없는 일개미들은 오로지 여왕개미의 번식에 도움을 주기 위해 존재할 뿐이다. 자연선택과 성(性)선택을 통한 진화론을 주장한 찰스 다윈은 이렇듯 ‘의도하지 않은’ 이타성을 보이는 개미의 진화를 설명하는 데 어려움을 겪었다.미국 보스턴대 생물학과와 신경과학대학원, 스페인 바스크과학재단, 바스크대 인공지능(AI)·컴퓨터과학과, 도노스티아 국제물리센터, 레이후안카를로스대 생물·지리학과 공동연구팀은 개미들의 계급이 나뉘는 것은 뇌의 크기와 그에 따른 뇌신경 조직의 밀도, 시냅스 구성 패턴들이 다르기 때문이라는 연구 결과를 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제학술지 ‘플로스 원’ 3월 28일자에 발표했다. 개미의 계급 분화가 인슐린과 영양 상태 때문에 나타난다는 분자적 차원에서 수행된 연구들은 더러 있었지만 신경생물학적 차원에서 계급 분화를 분석한 것은 이번이 처음이다. 연구팀은 미국 플로리다 키스제도의 맹글로브숲에서 서식하는 거북개미를 대상으로 몸과 머리의 크기를 측정하고 뇌를 해부해 형광물질로 염색한 뒤 현미경으로 촬영해 뇌신경 구조를 관찰했다. 방패를 붙이고 있는 것처럼 머리가 납작한 거북개미는 다른 개미종(種)들처럼 여왕개미, 수개미, 일개미, 병정개미로 나뉜다. 이 중 병정개미는 납작한 머리를 이용해 평생 개미집 입구를 막는 ‘살아 있는 문’ 역할만 한다는 특징을 갖고 있다. 분석 결과 여왕개미는 다른 계급의 개미들보다 뇌 용적이 클 뿐만 아니라 인지능력과 관련한 신경망이 복잡하고 시각 처리 부분도 잘 발달해 있는 것으로 나타났다. 특히 짝짓기나 개미 집단을 구성하는 과정에서 뇌의 크기는 더 커지고 신경망 구조는 복잡해지는 것으로 조사됐다. 반면 일개미는 뇌의 크기가 가장 작고 신경망 구성도 단순하지만 일정 시간 내에 일을 수행할 수 있도록 하는 처리 능력과 관련된 부위는 다른 계급들보다 큰 것으로 밝혀졌다. 일개미의 이런 뇌구조는 여왕개미의 번식과 개미 군집의 유지를 위한 일만 할 수 있도록 진화한 것으로 연구진은 해석했다. 병정개미는 여왕개미와 일개미 중간 크기의 뇌와 뇌신경망을 갖고 있어 여왕개미와 일개미의 특징을 모두 공유하고 있는 것으로 조사됐다. 달시 고든 보스턴대 생물학과 교수는 “개미 사회에서 여왕개미만 번식에 나서고 나머지 개미들은 철저히 분업화하는 이유를 찾는 것은 생물학계의 오랜 숙제이기도 했다”며 “이번 연구는 크기와 모양이라는 형태학적 차이, 그리고 뇌신경망의 구조적 차이가 분업화와 계급화를 가져온다는 사실을 밝혀냄으로써 개미 이외 사회적 동물들의 뇌 진화에 대한 이해를 높일 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

PTSD 치료 중 극심한 죄책감 등 호소 미국에서 학교 총기난사 사건을 겪은 희생자 가족과 생존자가 최근 열흘 사이 잇달아 스스로 목숨을 끊어 지역 사회를 충격에 빠뜨렸다. 25일(현지시간) 워싱턴포스트(WP) 등에 따르면 2012년 12월 미 코네티컷주 샌디훅 초등학교 총기난사 사건으로 당시 1학년생이던 여섯 살짜리 딸 아비엘 리치먼을 잃은 제러미 리치먼(49)이 이날 오전 자신의 사무실 건물에서 숨진 채 발견됐다. 코네티컷주 뉴타운 경찰은 “명백히 스스로 목숨을 끊은 사건으로 보인다. 다만 자살 방법이나 다른 구체적인 내용은 공개할 수 없다”고 밝혔다. 샌디훅 초등학교 총격 사건은 당시 이 학교에서 자원봉사자로 일하던 낸시 랜자의 스무 살짜리 아들 애덤 랜자가 자신의 어머니를 먼저 살해한 뒤 학교 교실로 난입해 1학년 학생 20명과 교직원 6명을 살해한 참사다. 신경과학자였던 리치먼은 사건 이후 딸의 이름을 딴 ‘아비엘 재단’을 세워 연구조사와 커뮤니티 참여를 통한 폭력 근절에 힘써왔다. 재단 측은 이날 “리치먼은 신경학적인 폭력의 원인을 밝혀내겠다는 목표로 아내 제니퍼 헨젤과 함께 재단을 시작했다”면서 “우리의 마음은 산산조각이 났고 (리치먼을) 이해하기 위해 고군분투하고 있다”고 밝혔다. 지난해 2월 미 전역에서 총기 규제 시위를 촉발한 플로리다주 파크랜드 마조리 스톤맨 더글러스 고등학교 총격 사건의 생존자 시드니 에일로(19)는 지난 17일 스스로 목숨을 끊었다. 에일로는 졸업 후 플로리다 애틀랜틱대에 진학했으나 그간 외상후스트레스장애(PTSD)를 진단받고 치료를 받아왔으며 살아남았다는 죄책감에 고통을 호소해온 것으로 알려졌다. 에일로가 사망한 지 일주일이 채 지나기 전인 23일에는 지난해 이 총격 사건을 겪은 마조리 스톤맨 더글러스 고교 2학년 학생이 숨진 채 발견됐으나 정확한 신원은 알려지지 않았다. CNN은 “명백한 자살로 보이나 어떤 상황에서 숨졌는지, 총기난사 사건을 경험한 것과 관련이 있는지 등은 정확하지 않다”고 전했다. 총기난사 사건으로 아들을 잃은 니콜 호클리 총기폭력방지단체 공동 설립자는 WP에 “트라우마는 사건이 끝난 후 단순히 사라질 수 있는 게 아니다. 살아가는 동안 평생 안고 가야 하는 부분”이라고 말했다. 최훈진 기자 choigiza@seoul.co.kr

남녀는 실제로 서로 다른 뇌를 갖고 있으며 이런 차이는 태아 발달 시기부터 나타난다는 점을 시사하는 연구 결과가 나왔다. 미국 뉴욕대 랭곤의료원 연구진이 임신 후기 여성들이 아무 일도 하지 않고 가만히 쉬고 있을 때 태아들의 뇌를 기능성 자기공명영상(fMRI) 장치로 스캔해 휴지기 뇌 연결성을 검사한 결과, 뇌 구조는 태아 때부터 남녀에 따라 많은 차이가 있는 것으로 확인됐다고 밝혔다. 연구를 주도한 모라이어 토머슨 박사는 영국 더 타임스와의 인터뷰에서 “이번 결과는 예상하고 있던 것”이라고 말했다. 이 연구는 평균 나이 만 25세로 임신 후기(25주~39주)에 있는 여성들이 쉬고 있을 때 함께 쉬고 있다고 판단된 태아 118명(남아 78명·여아 40명)의 MRI 자료를 분석한 것이다.검사 결과, 가장 큰 차이 중 하나는 전두엽과 후두엽 등 뇌의 먼 영역 간 연결성이었다. 여아의 경우 더 많은 장거리 뇌 신경망을 생성한 것이다. 물론 이런 특성이 남녀의 사고방식 차이를 설명할 수는 없다. 반면 남아의 뇌 연결성은 여아보다 더 변화무쌍한 것으로 나타났다. 이는 남성이 여성보다 환경적 영향에 더 취약한 이유를 설명할 수 있다고 토머슨 박사는 덧붙였다. 이번 발견은 남녀의 서로 다른 뇌에 관한 오랜 논쟁에 새로운 불을 지폈다. 일부 과학자는 남녀의 서로 다른 사고 방식은 대부분 사회적인 요인에 의해 형성된다고 주장하지만, 또 다른 과학자들은 이런 차이는 태어날 때부터 있다고 말한다. 따라서 이번 결과는 논란의 여지가 있다. 또 영국 애스턴대학의 지나 리폰 교수는 이번 연구 결과에 대해 이 연구는 자궁에서 뇌의 변화가 시작됐음을 증명하지 못한다고 주장한다. 리폰 교수는 “연구 저자들은 남녀 차이라는 어젠다를 추구해서 근거 없는 결론을 내린 것”이라고 말했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘발달인지신경과학‘(Developmental Cognitive Neuroscience) 최신호에 실렸다. 사진=123rf(위), 발달인지신경과학 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr