뇌를 연구하는 물리학자, 방송에서 자주 등장해 대중에게 가장 익숙한 과학자로 알려진 정재승 교수가 이끄는 연구팀이 생각만으로 로봇팔을 자유롭게 움직일 수 있는 기술을 개발해 화제가 되고 있다. 카이스트 바이오및뇌공학과 정재승 교수팀은 생각만으로 로봇팔을 높은 정확도로 원하는 대로 움직일 수 있는 ‘뇌-기계 인터페이스’(BMI) 기술을 개발했다고 23일 밝혔다. 이번 연구 결과는 컴퓨터 과학 분야 국제학술지 ‘어플라이드 소프트 컴퓨팅’ 2022년 3월호에 실렸다. 생각과 의도만으로 로봇이나 기계를 움직이게 만드는 BMI 기술은 최근 급속도로 발전하고 있다. 실제로 사지마비 환자들에게 적용해 일부 효과를 얻은 연구들도 있다. 그렇지만 뇌파는 개인차가 크고 단일 신경세포에서 신호를 읽는 것이 아니라 넓은 영역에 있는 신경세포 집단의 전기적 신호특성을 해석해야 하는데 그 과정에서 잡음이 크다는 한계점이 있다. 그 때문에 손 뿐만 아니라 팔까지 원하는 방향으로 움직이하게 만드는 기술의 정확도는 높지 않다. 연구팀은 로봇 팔 조종 방향에 대한 의도를 뇌 활동만으로 인식하는 인공지능 모델을 개발하고 3차원 공간에서 24개 방향을 90% 이상의 정확도로 정교하게 해석하는 시스템을 개발했다. 기존 고사양의 하드웨어가 필요한 인공지능 기술과는 달리 낮은 사양의 하드웨어에서도 AI학습이 가능하도록 해 스마트 모바일 기기에서도 폭넓게 응용할 수 있도록 했다. 연구팀은 축적 컴퓨팅 기법을 이용해 개인의 뇌파 신호의 중요 특성을 인공신경망이 자동으로 학습해 찾을 수 있도록 했다. 또 유전자 알고리즘으로 최적의 뇌파 특성을 효율적으로 찾을 수 있게 시스템을 설계했다.이번 연구에서 만들어진 BMI 인공지능 모델은 3차원 공간에서 각각 8가지 방향, 총 24가지 방향으로 움직일 수 있으며 실제 뇌파 해석을 통해 로봇팔을 움직이는 시뮬레이션 결과 평균 90%(90.9~92.6%)의 정확도를 보인 것으로 확인됐다. 이번 기술은 사지마비 환자나 사고로 팔을 잃은 환자를 위한 로봇팔 장착 및 제어는 물론 메타버스, 게임, 엔터테인먼트 애플리케이션(앱) 등 다양한 시스템에 적용이 가능할 것으로 전망된다. 연구를 이끈 정재승 카이스트 교수는 “뇌파로 로봇팔을 구동하는 기존의 BMI 시스템들은 대부분 고사양 하드웨어가 필요해 실시간 응용을 하거나 스마트 기기 등으로 적용이 어려웠다”며 “이번 기술은 90~92%의 정확도로 움직일 수 있도록 해 메타버스나 스마트기기 앱에서도 쉽게 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

코로나19 후유증으로 타는 냄새조차 맡지 못한 부모를 2살 아기가 구했다. 28일(이하 현지시간) 워싱턴포스트는 불 난 집에서 제일 먼저 위험을 감지한 ‘가족의 영웅’ 네이슨 달(2)을 소개했다. 지난 15일, 미국 텍사스주 포트워스시 외곽 와이즈카운티의 작은 마을 앨보드에서 주택 화재가 발생했다. 불은 삽시간에 번졌고, 6년간 일가족의 보금자리였던 집은 겨우 뼈대만 남았다. 그래도 다행인 것은 인명 피해가 전혀 없었다는 점이다. 모두, 이 집에 살던 2살 아기 네이슨 덕이다. 이날 새벽 4시 30분쯤, 단잠에 빠져있던 카일라 달(28) 부인은 아들이 깨우는 소리를 들었다. 부인은 “침대로 온 아들이 발을 두드리더라. 처음에는 잠옷을 벗겨달라는 줄 알았다”고 밝혔다. 하지만 부인이 아들 쪽으로 고개를 돌렸을 때, 눈앞은 시뻘건 불길과 연기로 가득했다.네이슨은 “엄마, 뜨거워요(Mama, hot)”라는 말을 반복했다. 괜한 잠투정이 아니라, 집에 불이 났다는 걸 알리러 온 것이었다. 부인은 “아들이 기침하며 뜨겁다고 내 발을 두드렸다. 애들을 데리고 무조건 여기서 빠져나가야겠다는 생각밖에 안 들었다”고 설명했다. 부인은 남편과 함께 네이슨 등 자녀 다섯 명을 데리고 가까스로 불 난 집을 탈출했다. 일가족 7명이 탈출하자마자 불길은 집 전체를 휘감았다. 잠잠하던 화재경보기는 그제야 위험을 알렸다. 부부는 코로나19 후유증으로 미각과 후각을 상실했다. 두 사람 모두 집 안을 가득 채운 연기 냄새를 맡지 못한 이유다. 게다가 정기 점검에서는 멀쩡했던 화재경보기까지 하필 이날 오작동했다. 하마터면 일가족 모두 목숨을 잃을 뻔한 것이다.부인은 “막내아들 네이슨은 원래 형과 같이 잔다. 그런데 불이 난 날 몸이 좋지 않아서 부부 침실과 이어진 거실에 재웠다. 우리는 냄새를 못 맡아 불이 난 줄도 몰랐는데, 네이슨이 화염으로 가득 찬 거실을 빠져나와 침실로 왔다. 기적이다. 신의 은총이다”라고 감격스러워했다. 이어 “우리 가족이 6년간 산 집이 한순간에 잿더미가 됐다. 차 두 대도 전소됐다. 모든 것이 사라졌다. 앞으로 험난한 삶이 이어질 것이다. 하지만 네이슨이 아니었다면 우리는 이미 이 세상 사람이 아니었을 것이다. 막내아들이 우리를 살렸다. 자신은 물론 가족 모두를 구했다”고 기특해했다. 임시거처를 마련하기 위해 인터넷 모금함을 설치한 이들 가족은 다음 주말 막내아들을 위해 작은 파티를 열 생각이다. 부인은 “아들은 아직 자신이 무슨 일을 했는지 잘 모르는 것 같다. 하지만 자신에게 쏟아지는 많은 관심은 즐기고 있다”고 웃어 보였다.텍사스주에서는 꼭 1년 전에도 비슷한 사고가 있었다. 지난해 1월 텍사스주 와코 지역 한 가정집에서는 코로나19로 후각을 상실한 일가족 3명이 불이 난 집에서 잠을 자다 겨우 탈출했다. 일가족은 잠시 집에 신세를 지고 있던 친척 소녀 덕에 목숨을 건졌다. 소녀는 그 집에서 유일하게 코로나19에 걸리지 않은 사람이었다. 최근 미국 유전자 분석 기업 ‘23앤드미’ 연구에 따르면, 코로나19에 걸렸던 사람 6만 9841명 중 4만 7298명이 냄새나 맛을 잘 느끼지 못하는 것으로 나타났다. 지난해 국제학술지 ‘셀’(Cell)에 발표된 논문에 따르면, 코로나19로 인한 후각 장애는 바이러스가 ‘지지세포’를 감염시키기 때문으로 드러났다. 콧속 비강에는 냄새를 감지하는 후각상피가 있다. 후각상피는 후신경세포, 지지세포, 기저세포 등으로 구성돼 있다. 후신경세포는 냄새를 신경 신호로 뇌에 전달하며 지지세포는 이런 후신경세포를 지지한다. 독일과 벨기에, 미국 공동연구팀은 코로나19 바이러스가 이 지지세포를 감염 시켜 후각 장애가 일어나는 것으로 분석했다.

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.

국내 연구진이 알츠하이머와 함께 대표적인 퇴행성 뇌질환인 파킨슨병의 발병 연결고리를 찾았다. 한국기초과학지원연구원 바이오융합연구부, 건국대 생명공학과 공동연구팀은 파킨슨병 발병 과정을 찾고 이를 바탕으로 예방 및 치료를 위한 전략과 방법을 체계화했다고 5일 밝혔다. 이번 연구결과는 약학 분야 국제학술지 ‘영국 약학회지’ 1월호에 실렸다. 퇴행성 뇌질환인 파킨슨병은 뇌간 중앙부위에 있는 뇌흑질의 도파민계 신경세포가 파괴되면서 행동 장애가 나타나고 심하게는 치매로 전개되는 질환이다. 전 세계적으로 1000만명 가량이 앓고 있지만 아직 정확한 발병원인이 파악되지 않아 근본적 치료제도 없는 상황이다. 이번 논문에서는 파킨슨병의 원인으로 주목돼 온 알파시누클레인의 응집현상과 세포 공장으로 알려진 세포소기관 미토콘드리아의 기능장애와 관련된 다양한 기전을 밝힌 최신 연구결과를 총망라해 정리했다. 알파시누클레인은 환경변화에 따라 올리고머나 아밀로이드 피브릴과 같은 응집체를 형성해 파킨슨병, 치매 등 다양한 퇴행성 질환을 유발하는 원인으로 알려져 있다. 이번 논문에서는 뇌세포 사이에 신경전달을 돕는 알파시누클레인의 이상 증상으로 인해 올리고머와 같은 독성 단백질 응집체를 형성하고 미토콘드리아 기능장애는 물론 뇌신경세포 사멸을 초래한다는 점에 초점을 맞추고 있다. 이번 연구는 알파시누클레인이 미토콘드리아 기능장애는 물론 기능유지를 돕는 메커니즘도 갖고 있다고 밝히고 있다. 알파시누클레인을 표적으로 해 미토콘드리아 항상성을 유지시킬 수 있는 후보물질, 임상실험물질을 제시하는 것은 물론 파킨슨병 조절 기전과 원리도 제시해 주목받고 있다. 연구에 참여한 최동국 건국대 교수는 “노인성 치매나 파킨슨병 같은 퇴행성 신경변성 질환은 알파시누클레인 단백질의 응집현상과 밀접한 관계가 있다”라며 “이번 연구는 알파시누클레인과 미토콘드리아 상호작용 기전을 체계적으로 분석한 것으로 신경변성질환 이해와 새로운 파킨슨병 치료법을 설계하는데 중요한 역할을 할 것”이라고 설명했다.

신약 개발 기업인 지엔티파마가 차세대 염증 및 통증질환 치료제로 개발 중인 플루살라진에 대한 우선권 특허를 미국특허청에 출원했다고 30일 밝혔다. 이번 특허는 플루살라진이 만성폐쇄성폐질환(COPD)과 천식 모델에서 탁월한 약효가 검증됨에 따라 출원했다. COPD와 천식은 난치성 질환으로, 폐 염증과 조직 손상을 막을 근본적인 치료제 개발이 시급한 실정이다. 특히 COPD는 담배 연기나 직업적 유해가스 노출, 폐 감염 등으로 인해 기관지와 폐 실질에 만성적인 염증이 발생해 기도가 좁아지고 폐가 파괴되는 질환이다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 COPD는 허혈성 심장질환, 뇌졸중에 이어 2019년 전 세계 사망의 3번째 원인으로 약 323만 명이 사망했다. 같은 해 천식 환자는 약 2억 6200만 명으로 보고됐으며, 그중 약 46만 명이 사망했다. 현재 치료제는 코르티코스테로이드 등의 소염제, 베타-2 작용제와 항콜린제 등의 기관지 확장제가 기침과 호흡곤란 등에 사용되고 있지만 증상을 완화하는 데 그칠 뿐이다. 이번 지엔티파마가 특허를 출원한 플루살라진은 차세대 염증 및 통증 치료제로 개발 중인 신약 후보물질이다. 지엔티파마 원소정 박사 연구팀은 장기 흡연에 노출된 쥐의 폐에서 △기관지 점막 상피세포 괴사 △기관지폐포세척액 염증세포 증가 △폐포 주머니와 공간 팽창 △TNF-α와 같은 염증 사이토카인 발현 증가 등의 증상이 플루살라진 경구 투여에 의해 유의적으로 확연하게 줄어든다는 사실을 확인했다. 플루살라진의 폐 조직 보호와 염증 억제 효과는 오브알부민에 의해 유도되는 천식 생쥐모델에서도 검증됐다. 곽병주 지엔티파마 곽병주 대표이사(연세대학교 생명과학부 겸임교수)는 “플루살라진은 기존 비스테로이드 소염제의 부작용을 획기적으로 개선한 소염 작용과 조직보호 작용을 보유한 차세대 염증질환 신약후보 물질”이라며 “쥐와 개를 대상으로 수행한 비임상시험에서 플루살라진의 탁월한 안전성이 확보됨에 따라 내년에 임상 1상을 개시할 예정”이라고 밝혔다. 지엔티파마는 다중표적 뇌신경세포 보호 약물인 넬로넴다즈를 개발해 심정지 환자와 급성 뇌졸중 환자를 대상으로 임상 2상과 임상 3상을 각각 진행 중이다. 뇌졸중 치료제 임상 3상은 국내 처음이다. 회사 관계자는 “COPD 환자를 대상으로 임상시험을 개시하면 지엔티파마는 전 세계 사망의 원인이 되는 3대 질환 치료제 개발을 선도하게 될 것”이라고 말했다. 한편, 흡연, 미세먼지 등 대기오염 악화 등 영향으로 COPD및 천식 치료제 시장은 성장세다. 미국 시장 조사 전문 기관인 얼라이드 마켓 리서치에 따르면 2022년 COPD및 천식의 글로벌 시장 규모는 503억달러(60조원)에 달할 것으로 전망했다. 국내는 2000억원 규모로 추정된다.

코로나와 함께 사는 시대가 되면서 비대면 문화가 일상으로 받아들여지고 있다. 과거에 비하면 분명 불편하고, 생업에 종사하는 이들에게는 여전히 힘든 상황이지만 한편으로는 비대면 일상의 확산이 사회 문화와 인간관계의 새로운 전환점이 되는 측면도 있다. 온라인 수업, 재택근무, 비대면 종교활동 등에 대해서도 처음에는 불편한 것투성이였지만 어떤 측면에서는 장점도 많고 더 안전하며 합리적이라는 의식이 확산되고 있다. 언택트 문화는 이제 고립과 단절이 아니라 미래 사회를 위해 진화하는 새로운 문화 방식이다. 그럼에도 불구하고 비대면 시대의 어려움은 역시 소통이다. 음성과 표정, 몸짓 등으로 섬세하게 교류하던 사람들이 온라인으로 소통하니 오류가 생기거나 오해가 발생하기도 한다. 이런 면에서 인간관계에서의 공감 능력이 이전보다 훨씬 중요해졌다. 인간은 사랑하는 사람이 아플 때 함께 아파하는 존재다. “아프냐? 나도 아프다.” 제목은 몰라도 안 들어 본 사람이 없을 정도로 유명한 드라마의 한 대사다. 실제로 엄마는 아이가 아프면 같이 아파한다. 적에게 붙잡힌 스파이의 입을 열게 할 가장 잔인한 고문은 스파이 본인이 아니라 가장 사랑하는 가족을 고문하는 것이다. 사랑하는 가족의 고통을 보며 자신이 고통을 당할 때보다 더 괴로워하는데, 마음만 아픈 것이 아니라 실제로 극심한 육체적 통증을 경험한다고 한다. 이런 현상은 과학적으로 입증된 거울뉴런(mirror neuron)이 작동하기 때문인데, 이것은 우리 뇌 속에 있는 신경세포로 다른 사람의 행동을 거울처럼 반영해 모방하는 역할을 한다. 즉 다른 사람의 행동을 보기만 해도 자신이 그 행동을 직접 할 때와 똑같은 활성 반응을 보이게 하는 신경세포다. 이 거울뉴런에 의한 모방은 누군가의 행동을 따라 하는 것에 그치지 않는다. 슬픈 영화 속 주인공을 보며 덩달아 눈물을 흘리거나 다른 사람의 먹방을 보며 함께 포만감을 느끼고 타인의 고통을 보며 비슷한 통증을 경험하게 한다. 거울뉴런이 작동한 결과 모방을 넘어 다른 사람의 감정을 내 것으로 느낄 수 있는 공감 능력이 발동해 자연재해로 대규모 인명 피해를 입은 먼 지역의 타인에게도 도움의 손길을 건넬 수 있게 된다. 너와 내가 다르지 않다는 것을 느끼는 것, 공감이야말로 인간에게 주어진 가장 큰 선물이자 거울뉴런의 신비한 기능이다. 거울뉴런의 작동을 실험하기 위해 한 공간에 사람들을 모았다. 그리고 실험 대상자로 가장한 연구원 한 명이 턱을 괴거나 하품을 하고 기지개를 켠다. 잠시 후 일부 사람들이 그 행동을 따라 했고, 실험이 끝난 후 연구원에 대한 호감도를 조사했더니 모방 행동을 많이 따라 한 사람일수록 호감도가 높은 걸로 조사됐다. 친구나 연인들이 서로의 행동을 차츰 모방하게 되는 것과 부부가 닮아 가는 이유도 바로 거울뉴런의 기능이다. 일상 속 소소한 에피소드를 통해 독자와 소통했던 ‘일상공감’이 오늘로 마지막이다. 그동안 마흔다섯 가지의 이야기로 독자들과 공감하며 소통할 수 있어 감사했다. 일상공감의 첫 번째 글을 ‘닮은 사람을 만나다’로 시작했는데, 닮은 사람을 만나 함께 살다 보니 거울뉴런 덕에 더 많이 닮아 가고 있다. 코로나 상황에서 대면보다는 비대면의 관계가 지속될지라도 상대방의 소소한 감정과 마음 상태를 느낄 수 있도록 거울뉴런을 민감하게 작동시켜 보자. 공감은 우정을 깊어지게 하고, 연대를 더욱 공고히 하며, 그럼으로써 미처 깨닫지 못했던 인생의 아름다움을 발견하고 감사하게 만들어 줄 것이다. 거울뉴런의 작동으로 서로의 미소가 미소로, 기쁨이 기쁨으로, 행복이 행복으로 전파되며 서로 닮아 가는 공감의 정서가 널리 확장될 수 있기를 바란다.

실험용 쥐 유전자 조작뇌 신경줄기세포 활성화고령인구가 증가함에 따라 최근 알츠하이머 환자가 큰 폭으로 증가했다. 알츠하이머는 지능적인 장애를 일으키는 대표적인 질병으로, 감정적인 장애를 동반한다. 자식을 알아보지 못하고 친하게 지냈던 친구들도 알아보지 못한다. 중증이라면 본인뿐 아니라 가족들, 지인들도 고통받을 수 있는 끔찍한 상황이 생기기도 한다. 알츠하이머병은 지금까지 명확한 치료방법이 없었다. 때문에 최근 연구들에서는 예방학적인 관점에서 다루려는 노력을 하고 있다. 이런 가운데, 일본 연구진이 동물 실험에서 유전자조작으로 뇌의 신경줄기세포를 젊어지게 하는 데 성공했다고 밝혔다. 16일(현지시간) 아사히신문은 교토대 바이러스·재생의과학연구소의 연구팀이 “60대 세포를 10대처럼 젊어지게 하는 데 성공했다”고 보도했다. 보도에 따르면 연구팀은 뇌 신경줄기세포를 유전자조작으로 활성화해 마우스의 인지기능을 개선하는 데 성공했다. 연구 결과는 곧 미국 전문지에 발표된다. 연구팀의 가게야마 료이치로 객원교수는 “사람으로 말하면 60대가 10대의 신경줄기세포로 젊어진 것과 같은 것”이라며 “사람의 뇌에 적용할 수 있는 방법도 찾아가고 싶다”고 밝혔다. ‘신경줄기세포’란 여러가지 신경세포로 분화할 수 있는 만능 세포를 말한다. 뇌에 있는 신경줄기세포는 태아 시절에는 활발하게 증식해 신경세포를 늘리지만, 노화와 함께 증식하는 힘이 없어지고 인지기능도 떨어진다. 알츠하이머병, 간질, 뇌 손상 등의 신경질환도 신경줄기세포의 노화와 관련이 있는 것으로 알려져 있다.뇌 신경줄기세포 활성화…유인원 실험 예정 연구 그룹은 태아인 실험용 쥐의 뇌와 노령인 쥐의 뇌 신경줄기세포에서 작용하는 유전자를 비교해, 태아에서 잘 작동하는 유전자 중 신경줄기세포를 활성화하는 작용이 강한 유전자를 찾아냈다. 반대로 노령 쥐의 신경줄기세포에서 작용하고 있는 유전자를 억제하면 신경줄기세포를 활성화할 수 있다는 것도 알아냈다. 이를 토대로 태아 쥐에서 찾아낸 유전자는 활발히 작용시키고 노령 쥐에서 찾아낸 유전자는 억제하는 방식으로 신경줄기세포를 가장 크게 활성화시키는 방법을 개발했다. 이는 ‘iPaD’라는 이름을 붙였다. 이 방식으로 노령 쥐의 뇌에 유전자조작을 한 결과, 증식 능력을 거의 상실했던 신경줄기세포가 활성화돼 3개월 이상 계속 증식했다. 연구팀은 앞으로 마모셋(명주원숭이) 실험을 통해 영장류에게도 이 방법이 효과가 있는지 검증할 계획이다. 다만 쥐의 유전자 조작은 바이러스를 이용해 뇌에 유전자를 넣는 방식이라 사람에게 직접 응용하기는 어렵다고 신문은 전했다.

코로나19 상황이 길어지면서 배달 음식을 이용하는 인구가 늘었다. 그로 인해 일회용 플라스틱용품 사용도 급격히 증가해 환경오염에 대한 우려가 그 어느 때보다 커지고 있다. 환경부를 중심으로 정부가 다회용기 사용을 독려하는 것도 이 때문이다. 이런 상황에서 한국생명공학연구원 희귀난치질환연구센터를 중심으로 한 공동연구팀은 미세플라스틱보다 더 잘게 쪼개진 초미세플라스틱(나노플라스틱)이 세대를 넘어 유전될 수 있고 자손의 뇌 발달에 문제를 일으킬 수 있다고 14일 밝혔다. 과학기술연합대학원대학교(UST), 건국대, 포스텍, 안전성평가연구소 과학자들이 참여한 이번 연구 결과는 환경 분야 국제학술지 ‘위험물질 저널’(Journal of Hazardous Materials)에 실렸다. 미세플라스틱은 5㎜ 미만의 플라스틱 조각, 초미세플라스틱은 더 잘게 쪼개져 1마이크로미터(㎛) 이하로 분류한다. 미세플라스틱은 기본적으로 크기가 작아 하수처리시설에 걸러지지 않고 바다, 하천으로 유입된다. 물고기가 이를 먹이로 착각해 섭취하고 인간이 그 물고기를 먹으면서 피해를 입게 된다. 미세플라스틱의 세대 간 전이와 뇌 발달에 미치는 영향에 대해서는 명확히 밝혀진 바 없었다. 연구팀은 생쥐실험을 통해 초미세플라스틱이 출산 후 모유 수유를 통해 자손으로 전달된다는 사실이 확인됐다. 또 태어난 자손의 여러 장기에 미세플라스틱이 축적되고 뇌 조직에서도 발견됐다. 특히 학습, 기억에 관여하는 뇌의 해마 영역에서 뇌 신경세포 형성을 담당하는 신경줄기세포의 숫자가 눈에 띄게 감소된 것이 발견됐다. 행동실험에서도 미세플라스틱을 섭취한 모체에서 태어난 새끼들은 기억력, 판단력 등 인지능력과 운동능력이 현저하게 떨어진다는 것도 확인됐다. 연구를 이끈 이다용 생명공학연구원 박사는 “이번 연구는 생쥐를 이용한 실험이지만 초미세플라스틱이 세대를 거쳐 자손에게 전달되는 경로와 분포를 처음으로 규명하고 지속적으로 노출이 될 경우 자손의 뇌 발달 이상을 유발할 수 있다는 가능성을 제시했다”고 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.

신약 개발 벤처기업 ‘지엔티파마’가 알츠하이머 치매 등 퇴행성 뇌 신경질환 치료제로 개발 중인 ‘크리스데살라진’의 제조방법과 결정형에 대해 각각 PCT 국제특허를 출원하는 등 신약 개발에 가속도를 내고 있다. 지엔티파마는 7일 중국 파트너인 아펠로아제약 연구팀과 함께 크리스데살라진 합성 과정에서 발생하는 불순물을 줄이고 품질과 수율을 향상하는 제조방법을 연구해왔는데, 이에 대한 특허를 출원했다고 밝혔다. 또 뇌신경질환의 예방 및 치료 약물의 제형에 적합한 물리 화학적 특성을 갖춘 크리스데살라진의 두 가지 고순도 결정형과 제조방법에 대한 특허도 출원 완료했다. 지엔티파마는 아펠로아 제약과 맺은 협약에 따라 크리스데살라진의 제조방법과 결정형 특허를 지난해 12월 중국에 공동으로 출원했으며, 중국을 제외한 국제특허는 지엔티파마가 단독으로 출원해 권리를 확보하게 됐다. 지엔티파마가 과학기술부, 보건복지부, 경기도 등의 지원을 받아 개발한 ‘크리스데살라진’은 알츠하이머 치매의 원인인 뇌 신경세포 사멸, 아밀로이드 플라크, 타우병증 등을 유발하는 것으로 알려진 활성산소와 염증을 동시에 억제하는 다중 표적 합성신약이다. 알츠하이머 치매 세포배양모델과 쥐 모델에서 아밀로이드 플라크 및 뇌신경세포 사멸 등을 억제하는 효과가 입증됐다. 크리스테살라진은 특히 알츠하이머 치매와 유사하다고 보고된 반려견 인지기능장애증후군에서 확연한 안전성과 약효가 검증됐으며 지난 2월 ‘제다큐어 츄어블정’이라는 제품명으로 농림축산검역본부로부터 국내 최초 동물용의약품 합성신약으로 승인 받았다. 제다큐어는 국내 판매 협력사인 유한양행을 통해 지난 5월부터 시판되고 있으며, 현재 700곳이 넘는 동물병원에서 높은 재구매율을 보이며 처방되고 있다. 또 지엔티파마는 크리스데살라진이 반려견 인지기능장애증후군에서 약효가 입증됨에 따라 알츠하이머 치매 임상시험을 본격화하고 있다. 현재 분당서울대학교병원에서 노인(만 65~85세)을 포함한 건강한 성인 40명을 대상으로 안전성과 약동학을 평가하는 임상 1상 후기시험을 진행하고 있다. 곽병주 지엔티파마 대표(연세대학교 생명과학부 겸임교수)는 “알츠하이머 치매의 원인 물질을 줄이는 크리스데살라진이 반려견 인지기능장애 증후군에서도 탁월한 약효가 입증돼 알츠하이머 치매 신약으로의 성공 가능성이 그 어느 때보다 높다”면서 “제조방법과 결정형의 국제특허출원에 이어 현재 준비 중인 2개의 특허를 추가로 출원해 크리스데살라진의 권리를 최대한 확보해 나갈 것”이라고 말했다.

발기부전 치료제 비아그라(성분명 실데나필)가 알츠하이머 치매 예방에 도움이 될 수도 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 클리블랜드 클리닉 유전체 의학 연구소의 청페이슝(Feixiong Cheng) 교수 연구팀이 700여만명의 의료보험 급여 자료를 토대로 비아그라 사용자와 비사용자의 치매 발생률을 컴퓨터 모델링을 통해 비교 분석한 결과 이 같은 사실이 확인됐다고 UPI통신이 6일 보도했다. 전 세계 5000만명 이상이 앓고 있는 알츠하이머 치매는 아직까지 별다른 치료제가 없는 상황이다. 지난 6월 미국 바이오젠과 일본 에자이가 개발한 아두헬름(성분명 아두카누맙)이 신약 허가를 받았지만 여전히 효능을 의심하는 전문가들이 많다. 연구팀은 알츠하이머를 일으키는 것으로 알려진 베타 아밀로이드와 타우 단백질에 작용할 약물을 찾아내려고 했다. 베타 아밀로이드는 신경세포를 보호하는 단백질이지만 세포에서 떨어져 나와 덩어리가 되면 오히려 신경세포에 손상을 준다. 타우 단백질은 세포 안에서 신경섬유 응집체를 형성해 역시 신경세포에 손상을 일으킨다. 연구팀은 알츠하이머 치료제로 효과가 있으려면 두 단백질 모두에 작용하는 약물이어야 한다고 생각했다. 이에 먼저 대규모 ‘유전자 매핑 네트워크’를 활용했다. 인간 유전자 해독 정보와 35만여개의 단백질 간 상호작용 지도를 토대로 베타 아밀로이드와 타우 단백질이 동시에 작용하는 인체 부위를 찾아냈다. 이어 미국 식품의약국(FDA)이 허가한 약물 성분 1608종을 대상으로 두 단백질이 겹치는 곳에 효과가 있는 약물을 골라냈다. 그 결과 14종의 심혈관계 치료제 중 비아그라의 실데나필 성분이 효과가 제일 높을 것으로 예측됐다. 연구팀은 이어 미국 의료보험 시스템에 등록된 방대한 환자 데이터를 분석해 비아그라 복용과 치매 발생률 간 통계를 도출해냈다. 미국인 700만명 이상의 6년치 진료 기록을 분석한 결과 실데나필 복용자는 다른 사람들보다 알츠하이머 치매 발병 위험이 69% 낮게 나왔다고 연구팀은 밝혔다. 다른 고혈압, 당뇨병 치료제 복용 그룹보다도 55~63% 낮았다. 특히 관상동맥 질환(심장병), 고혈압, 2형 당뇨병 등 치매 위험과 연관이 있는 기저질환을 지니고 있는 사람이 비아그라를 사용하면 치매 위험이 낮아지는 경향을 보였다. 그러나 이러한 기저질환이 없는 사람도 비슷한 효과가 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 비아그라 외에도 지금까지 치매 예방에 도움이 되는 것으로 알려진 혈압약 로사르탄, 딜티아젬, 당뇨약 메트포르민, 글리메피리드의 사용자와 비사용자 간 치매 발생률도 비교 분석했다. 그 결과 비아그라 사용자의 치매 위험은 로사르탄 사용자보다 55%, 메트포르민보다 63%, 딜티아젬보다 65%, 글리메피리드보다 64% 낮은 것으로 분석됐다. 연구팀은 줄기세포 배양으로 만든 치매 환자의 뇌세포를 시험관에서 비아그라에 노출해봤다. 그 결과 뇌세포의 성장이 촉진되고 치매와 관련된 뇌 신경세포의 비정상 단백질 타우가 줄어드는 것으로 나타났다. 다만 이번 연구가 실데나필과 알츠하이머 치매 사이의 인과 관계를 명확히 입증해주는 것은 아니라면서 위약 대조군과 남녀 모두를 포함하는 무작위 임상시험이 필요하다고 연구팀은 강조했다. 특히 이번 연구는 비아그라가 주로 발기부전 개선을 위해 활용되고 있다는 점에서 환자 데이터 중 여성이 2%에 불과하다는 것이 한계점이다. 인구 전체를 반영하지 못한 것이다. 그렇지만 이번 연구는 이미 치료제로 허가받아 안전성이 확인된 약물 중에서 알츠하이머 치료제로도 활용될 가능성을 찾았다는 점에서 주목을 받고 있다. 이른바 ‘신약 재창출’이라 불리는 연구 방식을 통해 향후 임상에 드는 시간과 비용을 아낄 수 있게 된 것이다. 에볼라 치료제로 개발되려던 렘데시비르가 코로나19 치료제로 허가받은 것이 신약 재창출의 대표적인 사례다. 비아그라 역시 애초에 심장질환 치료제로 개발되는 과정에서 남성의 발기라는 부작용이 발견되면서 그 효능이 전환된 약물이다. 이 연구 결과는 영국의 과학전문지 ‘네이처 에이징’(Nature Aging) 최신호에 실렸다. 연구진은 “파킨슨병, 근위축성 측삭 경화증(루게릭병) 같은 다른 퇴행성 뇌질환에도 효과가 있는지 알아볼 계획”이라고 밝혔다.

빛을 이용해 뇌 기능은 물론 행동과 감정까지 조절할 수 있는 방법을 국내 연구진이 찾았다. 이번 기술을 발전시키면 뇌신경질환 치료에도 활용할 수 있을 것으로 전망되고 있다. 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단, 카이스트 생명과학과 공동연구팀은 빛으로 뇌 기능과 행동, 심지어 감정까지 자유롭게 조절할 수 있는 광유전학 기술 ‘옵토-브이트랩’을 개발했다. 이번 연구결과는 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 12월 1일자에 실렸다. 뇌 활성은 신경세포와 신경교세포 같은 뇌세포들이 서로 신호를 주고 받으며 조절된다. 이런 상호작용은 뇌 세포 내 지름 50㎚(나노미터) 크기의 작은 자루모양 소기관인 ‘소낭’ 안에 담긴 신경전달물질 분비를 통해 이뤄진다. 뇌 활성은 뇌 특정 부위나 뇌세포 활성을 촉진시키거나 억제시켜 특정 뇌 부위가 담당하는 기능, 여러 뇌 부위간 상호작용의 역할, 특정 상황에서 다양한 뇌세포의 기능 등 특정 상황에서 뇌 작동이 어떤 원리로 일어나는지 밝힐 수 있어 뇌 연구에 필수적이다. 문제는 기존에도 뇌 활성 조절기술이 있었지만 원하는 시점에 특정 뇌세포 활성을 조절한다는 것이 쉽지 않았다.이에 연구팀은 광유전학 기술을 이용했다. 옵토-브이트랩은 뇌 세포에 빛을 쪼이면 순간적으로 내부에 올가미처럼 트랩을 만들도록 했다. 측정하고자 하는 세포나 조직에 푸른색 빛을 가하면 소낭 내 광수용체 단백질들이 엉겨 붙으며 소낭이 트랩으로 포획되고 신경전달물질 분비를 억제하는 등 활성을 자유롭게 조절할 수 있게 되는 것이다. 연구팀은 세포, 조직실험과 함께 동물실험을 통해 옵토-브이트랩 기술을 활용해 뇌세포 신호전달 뿐만 아니라 기억, 감정, 행동까지도 조절이 가능하다는 것을 확인했다. 허원도 카이스트 교수는 “옵토-브이트랩을 이용하면 뇌의 여러 부위간 복합적 상호작용 원리를 밝히고 뇌세포 형태별 뇌 기능에 미치는 영향을 연구하는데 유용하게 활용될 것”이라며 “향후 뇌 기능 회로지도 완성, 뇌전증 치료 등 신경과학 분야는 물론 근육경련, 피부근육 팽창기술에도 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

지난 8월, 콜롬비아에 사는 50대 여성 마르타 세풀베다는 루게릭병으로 극심한 통증 때문에 스스로 안락사를 선택했다. 그런데 안락사를 15시간 앞두고 집행이 취소되고 말았다. 1997년부터 안락사를 허용하고 있는 콜롬비아는 안락사 집행을 하루 앞두고 이를 번복했다. 존엄사 학제간과학위원회는 재심의 결과 세풀베다의 경우 말기 질환 환자여야 한다는 조건이 충족되지 않아 안락사가 불가능하다는 결론을 내렸다. 콜롬비아 헌법재판소가 말기질환 환자가 아니어도 고통이 극심하다면 안락사를 허용해야 한다는 유권해석을 내렸음에도 위원회가 이같이 결정하자 현지에서는 “세풀베다를 두 번 죽였다”“존엄성을 유지하면서 세상을 떠나는 건 개인적인 결정”이라는 비판이 쏟아졌다. 세풀베다는 포기하지 않았고, 지난달 존엄하게 생을 마무리할 권리를 얻어냈다. 콜롬비아 법원은 관계기관에 48시간 이내에 세풀베다와 안락사 일시를 협의하라고 지시하면서 안락사를 허가했다. 말기 환자가 아님에도 안락사를 허가받은 첫 사례가 된 것이다.2018년 세풀베다가 진단받은 루게릭병은 운동신경세포가 파괴되는 질병으로, 서서히 몸이 마비되면서 사망에까지 이르는 퇴행성 질환이다. 세풀베다는 현지 언론과의 인터뷰에서 “내가 겁쟁이일 수도 있지만 더는 고통받고 싶지 않다. 지쳤다. 안락사 허가를 받은 후에 마음에 평화가 찾아왔다. 더 잘 웃고 잠도 잘 잔다”라고 활짝 웃었다. 그의 아들도 “어머니가 행복해하신다”고 말했다. 세풀베다는 두 번째 안락사 날짜를 받고 삶을 마감하게 된다. 콜롬비아에서는 1997년 안락사가 처벌 대상에서 제외되고, 2015년 안락사가 법제화된 뒤 지금까지 157명이 세풀베다처럼 당국의 허가를 받아 생을 마감했다. 콜롬비아 외에도 캐나다, 벨기에, 네덜란드, 스페인 등에서 안락사가 허용되고 있다.

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.

청소년기에 설탕이 든 음식을 많이 먹으면 정신 건강에 해로운 결과를 초래할 수 있다는 연구결과가 일본에서 나왔다. 12일 아사히신문에 따르면 일본 도쿄도의학종합연구소 등 연구팀은 쥐를 이용한 실험을 토대로 사춘기에 설탕을 많이 먹는 것이 정신분열증, 양극성장애 등 정신질환의 원인이 될 수 있다는 연구결과를 11일 발표했다. 연구논문은 미국 과학저널 ‘사이언스 어드밴시스’ 인터넷판 최신호에 실렸다. 연구팀이 정신질환 발병과 관련이 있는 유전자에 변이가 있는 쥐에 다량의 설탕을 먹인 결과 사물의 위치를 인식하는 기능이 저하되고 털 고르기 행동이 과도하게 늘어나는 반면 보금자리를 꾸미는 행동은 현저하게 줄어드는 것으로 확인됐다. 또 설탕을 과잉 섭취한 쥐의 뇌에서는 모세혈관에 염증이 생겨 뇌 신경세포의 영양분이 되는 포도당 대사가 저하됐다. 정신분열증이나 조울증으로 사망한 환자의 뇌를 조사한 결과에서도 설탕을 과잉 섭취한 쥐와 마찬가지로 뇌 모세혈관에서 염증이 발견됐다. 연구를 주도한 히라이 시노부 선임연구원은 “포도당 흡수가 저하됨으로써 뇌의 신경세포에 영양이 고루 퍼지지 않아 정신질환이 발병했을 가능성이 있다”며 “설탕의 과잉 섭취에 주의해서 디저트를 즐기는 것이 좋다”고 말했다. 아사히는 “지금까지 정신질환과 뇌 모세혈관 염증의 관련성이 규명되지 않았다”며 “이번 연구결과는 새로운 치료약 개발과 예방에 도움이 될 것으로 기대된다”고 전했다.

사람 뇌에 있는 한 수용체가 키를 크게 할 뿐만 아니라 사춘기를 빨리 시작하게 하는 원인이었던 것으로 밝혀졌다. 영국 케임브리지대·런던퀸메리대·브리스틀대와 미국 미시간대·밴더빌트대 등 공동연구진은 시상하부 신경세포(뉴런)에 있는 ‘멜라노코르틴3수용체’(MC3R)가 사람의 성장과 성성숙을 조절한다는 점을 밝혀냈다.연구진에 따르면, MC3R은 영양분의 특정 신호들에 반응해 성장과 성성숙을 조절하는 특정 호르몬의 분비를 제어한다. 그런데 만일 이 수용체가 제대로 활성화하지 않으면 키가 잘 크지 않아 사춘기도 늦게 접어드는 것으로 확인됐다. 연구진은 이 연구를 위해 영국 코호트연구인 UK 바이오뱅크에 등록된 영국 남녀 약 50만 명의 자료에서 MC3R의 유전자에 변이가 있는 몇천 명을 찾아냈다. 이 중 여성 812명은 이런 변이가 없는 여성들보다 평균 4.7개월 늦게 사춘기에 접어들었던 것으로 나타났다.MC3R 변이를 지닌 사람들은 또 더 적은 양의 ‘지방 제외 조직’(lean tissue)을 갖고 있지만, 지방이 이 변이에 미치는 영향은 없는 것으로 파악됐다. 영국 ‘에이번 부모-자녀 종단연구’(ALSPAC) 참가자 6000명의 자료를 살펴보면, 아동 6명이 MC3R 변이를 갖고 있는데 이들 아동은 이런 변이가 없는 또래 아동들보다 어린 시절 키가 더 작고 지방 제외 조직 역시 더 적었다. 그리고 MC3R 유전자의 두 복제본에 모두 변이가 있는 한 아동은 키가 매우 작아 사춘기는 20세가 넘어서야 접어든 것으로 확인됐다. 연구 공동저자인 스티븐 오라힐리 케임브리지대 교수는 성명에서 “이번 발견은 뇌가 어떻게 영양분을 감지하고 이를 분석해 우리의 성장과 성성숙에 영향을 주는 잠재의식적인 결정을 내리는지를 보여준다”면서 “영양분이 성장과 성성숙에 영향을 주는 뇌의 경로를 알아내면 지난 한 세기 동안 과학자들을 어리둥절하게 했던 키가 점차 커지고 사춘기에 접어드는 나이가 어려지고 있는 세계적인 현상을 설명할 수 있다”고 말했다.연구진은 이번 발견이 근육량을 늘리거나 지연된 성장을 촉진하는 약물의 개발로 이어질 수 있다고 믿는다. 오라힐리 교수는 “이번 발견은 MC3R 변이와 관련해서 성장과 사춘기 발달의 심각한 지연을 지닌 아이들을 대상으로 한 검사에 즉시 실질적인 영향을 줄 수 있다”면서 “이 연구는 아동 발달과 생식 건강 외에도 폭넓은 의미를 가질 수 있다”고 말했다. 또 “많은 만성질환은 근육을 포함한 지방 제외 조직의 감소와 그 결과 발생하는 허약체질과 관계가 있다”면서 “이런 체질은 단백질이 풍부한 음료와 같이 간단한 영양 보조 식품을 섭취해도 좀처럼 나아지지 않는다”고 지적했다. 이어 “MC3R 경로의 활동이 지방 제외 조직 양에 영향을 준다는 사실은 추가 연구를 통해 MC3R을 선택적으로 활성화하는 약물이 환자의 신체 기능을 개선하는지, 열량이 지방 제외 조직으로 전환하는 데 도움이 되는지를 알아볼 필요가 있다는 점을 시사한다”고 덧붙였다. 자세한 연구 결과는 세계적 학술지 ‘네이처’ 최신호(11월 3일자)에 실렸다.

사람처럼 생각하는 법을 배울 수 있는 ‘인공 뉴런’을 가진 로봇이 만들어졌다. 일본 도쿄대 연구진은 인공 뉴런을 지닌 로봇을 만들어 미로 실험에서 빠져나오는 법을 배우게 했다. 로봇이 벽과 같은 장애물로 향하면 전기적 자극이 가해 방향을 바꾸도록 해 목표 지점까지 도달하게 했다는 것이다. 이에 대해 연구진은 로봇이 지능을 갖게 하기 위한 노력에 한 걸음 더 다가섰다고 평가했다. 이번 연구는 살아있는 뇌 신경세포인 뉴런을 실험실에서 키운 인공 뉴런을 이용해 로봇에게 사람처럼 생각하는 법을 배울 수 있게 한 최초의 사례가 된다. 연구진은 논문에서 “우리는 자발적으로 활동하는 인공 뉴런으로부터 일관된 신호를 생성하기 위해 폐쇄루프(closed-loop) 시스템을 개발했고 그 뉴런으로 로봇을 구현했다”고 밝혔다. 또 “로봇이 장애물에 부딪치거나 목표가 전방 90도 이내에 없으면 인공 뉴런에 전기 자극을 가했다”면서 “로봇은 서로 다른 네 개의 미로에서 성공적으로 목표를 달성할 수 있었다”고 설명했다. 이 같은 인공 뉴런은 로봇이 결정을 내리는 물리적 저장고 역할을 했다.미로 실험 동안 로봇은 모든 과정이 계획대로 목표를 향해 가고 있다는 점을 효과적으로 배우기 위해 항상성 신호를 받았다. 하지만 로봇이 장애물에 부딪히면 이 신호는 방해 신호로 인해 중단돼 로봇이 다시 제어하게 했다. 실험 내내 로봇은 미로 과제를 성공적으로 해결할 때까지 방해 신호로 중단되는 항상성 신호를 계속해서 공급받았다. 로봇은 환경을 보거나 다른 감각 정보를 얻을 수 없어 시행 착오의 전기적 자극에 전적으로 의존해야 했다. 연구진은 이번 연구로 과제 해결을 위한 지적 능력은 뇌 신호를 이해하는 기술인 ‘물리적 축적 컴퓨팅’(physical reservoir computing)에 의해 만들 수 있다는 점을 보여줬다. 다카하시 히로카즈 도쿄대 대학원 준교수(지능기계정보학)는 “난 우리 실험에서 영감을 받아 살아있는 시스템의 지능은 비조직화된 상태나 혼란스러운 상태에서 일관성 있는 결과를 추출하는 메커니즘으로부터 나온다는 가설을 세웠다”면서 “물리적 축적 컴퓨팅의 발전은 우리처럼 생각하는 인공지능(AI) 기계를 만든는 데 관여할 수 있을 것”이라고 말했다. 다카하시 교수는 또 “초등학생의 뇌는 대학 입시에서 수학 문제를 풀 수 없는데 이는 뇌 역학이나 물리적 축적 컴퓨팅 능력이 충분하지 않기 때문일 것”이라면서 “과제 해결 능력은 네트워크가 얼마나 풍부한 시공간 패턴을 만들 수 있는지에 따라 결정된다”고 설명했다. 연구진은 이런 맥락에서 물리적 축적 컴퓨팅을 사용하는 것이 뇌의 메커니즘을 더 잘 이해하는 데 관여할 것이며 뇌를 본딴 신경모방 컴퓨터(neuromorphic computer)의 개발로 이어질 수 있다고 보고 있다. 자세한 연구 결과는 미국물리학협회(AIP)가 발행하는 응용물리학회보(Applied Physics Letters) 최신호에 실렸다.

지난 12일 서울시는 69개 초등학교 학생 9000여명을 대상으로 클래식 음악, 뮤지컬, 연극 등의 공연을 관람할 수 있는 문화공연 관람지원사업을 실시한다고 발표했다. 코로나19로 인해 학교 안에서의 양질의 교내 예술체험 학습마저 중단된 지금, 이 지원 사업의 시작은 반가운 소식이 아닐 수 없다. 미국 컬럼비아대의 교육철학자 맥신 그린은 미학교육(aesthetic education)의 중요성을 이렇게 역설했다. ‘미학교육은 예술을 직접 경험하고 그에 대해 질문하고 내 방식대로 창조하는 것을 통해 이루어지는데, 이는 우리에게 일상의 경험을 새로운 시각으로 바라볼 수 있는 힘을 길러 주며 궁극적으로는 이 세상의 새로운 가능성을 상상할 수 있는 안목을 길러 준다.’ 그린은 미학교육은 선택이 아닌 민주 시민 양성을 위한 필수 교육이라 주장했다. 우리나라도 지난 30년간 교육과정 개정을 거치며 점차 예술을 깊이 있게 경험할 수 있는 커리큘럼이 확대되는 추세다. 그러나 코로나19로 인해 학교 환경이 급격히 바뀌며 지난 1년 반 동안 초등학교 교실에서는 다양하고 의미 있는 예술 교육이 어려워졌다. 공교육에서 예술교육이 퇴보한다는 것은 단순히 악기 연주나 회화의 기술을 가르치지 못하게 된 것을 넘어 어린이들의 미학교육이 뒷걸음질 친다는 뜻이다. 이는 특히 사적인 영역에서 양질의 예술을 향유하지 못하는 계층의 어린이에게 더 치명적이다. 예술을 경험하는 것은 단순한 체험 그 이상의 가치를 가지기 때문이다. 이탈리아의 신경생리학자 리촐라티는 우리의 뇌 속에는 ‘거울뉴런’이라는 신경 세포가 있음을 밝혀냈다. 우리가 다른 사람의 행동을 보는 것만으로도 그 행동을 수행할 때의 신경세포가 활성화되는 것, 예컨대 누가 우는 것을 보고 마음이 슬퍼지는 것은 거울뉴런 때문이다. 이렇듯 거울뉴런은 공감 능력과 큰 상관이 있고, 거울뉴런이 발달한 사람일수록 공감 능력이 뛰어나다고 한다. 흥미롭게도 거울뉴런은 실제가 아닌 연극 관람을 통해서도 활성화된다고 하는데, 다양한 나라에서 이루어진 연구에 따르면 어린이들의 연극 관람이 거울뉴런 발달과 유의미한 상관관계가 있다. 지난 1년 반 동안 공연예술계는 코로나19에 다양한 방식으로 대처해 왔다. 공연장을 닫기도 하고 객석 간 거리두기도 해 보았다. 다행스럽게도 마스크를 쓰고 공연을 관람하는 현 상황에서 단 한 번의 집단 감염도 일어나지 않았다. 따라서 초등학생들에게 공연 관람의 기회를 제공하는 것은 안전한 환경에서 수준 높은 예술을 체험하고 공감 능력을 기를 수 있게 해 주는, 더없이 소중한 시간이 될 수 있다. 물론 공연 관람이 단순히 일회성으로 끝나는 것이 아니라 교실에서의 질문과 토론으로까지 이어져야 더 의미가 있을 것이다. ‘위드 코로나’를 준비하는 요즘, 서울시 문화공연 관람지원사업을 두 팔 벌려 환영한다. 이 사업이 잘 정착하고 확대돼 더 많은 초등학생들이 마음껏 보고, 공감하고, 비평하고, 따라해 보기를 바란다.

뉴욕 양키스의 전설적 4번 타자 루 게릭(1903~1941)은 1938년 처음으로 3할 이하 타율을 기록하며 시즌을 마쳤다. 이듬해 그는 ‘근위축성측삭경화증’이라는 진단을 받고 서서히 음식을 삼키지도, 말하지도 못하고, 걷지도 못하게 되면서 결국 1941년 38세의 나이로 눈을 감았다. 세기의 타자가 세상을 뜨자 그를 기리기 위해 ‘루게릭병’이라고 이름붙여져 지금까지 알려지고 있다. 루게릭병은 독성 단백질이 세포 내에 쌓여 뇌와 척수에 있는 운동신경세포가 손상되고 파괴돼 팔다리 근력이 약해지고 혀가 위축돼 말이 어눌해지고 음식 삼키기가 어려워지고 숨을 쉬기 어려운 상태가 되는 퇴행성 뇌신경질환으로 원인이 정확히 밝혀지지 않아 확실한 치료법도 없다. 국내 연구진이 루게릭병을 일으키는 독성 단백질 생성을 억제할 수 있는 신경세포보호 유전자를 발견해 주목받고 있다. 울산과학기술원(UNIST) 생명과학과 연구팀은 루게릭병, 전측두엽 치매 같은 퇴행성 뇌신경질환을 억제할 수 있는 유전자 ‘ZNF598’을 발견하고 신경세포 보호와 관련한 분자생물학적 원리를 규명했다고 30일 밝혔다. 이번 연구결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘핵산연구’에 실렸다. 연구팀에 따르면 이번에 발견된 유전자는 루게릭병 환자 신경세포 내 독성 단백질 번역산물을 제거해 세포사멸을 억제하는 것으로 확인됐다. 단백질은 DNA 염기서열 형태로 저장된 유전정보가 전사과정과 번역과정을 거쳐 만들어진다. 번역은 mRNA가 갖고 있는 유전 암호에서 단백질 기본구조가 합성되는 과정인데 이 과정에서 잘못된 유전 정보가 독성 단백질로 번역되면 신경세포가 죽는 루게릭병과 같은 퇴행성 뇌질환이 발생한다. 연구팀은 ZNF598 유전자를 활성화시켜 루게릭병 환자 유래 신경세포의 사멸을 억제하는데 성공했다. 연구팀은 이번 연구결과가 효과적인 퇴행성 뇌질환 조기 진단과 근본적 뇌질환 치료제 개발의 새로운 열쇠가 될 것으로 기대하고 있다. 임정훈 UNIST 교수는 “이번 연구는 루게릭병 환자의 운동신경 세포에서는 ZNF598와 같은 주요 유전자들이 비정상적으로 발현돼 결과적으로 제대로 된 단백질 합성이 되지 안 된다는 것을 보여줬다”라며 “단백질 번역 품질관리 기능 분석과 제어를 통해 루게릭병 같은 질환의 예측과 진단, 치료 기술 개발에 새로운 돌파구를 마련해줄 것”이라고 말했다.