그리스 로마 신화를 보면 100개의 눈을 가진 거인이 나온다. ‘아르고스’라는 이름의 이 거인은 여러 개의 눈 중에 몇 개는 감은 채로 자고 나머지는 뜨고 있기 때문에 누구도 시야에서 벗어날 수 없다고 한다. 만약 사람에게 눈이 2개가 아니라 여러 개가 있다면 어떨까. 병이 나거나 다쳐도 실명의 위험을 피할 수 있겠지만 여러 눈에서 오는 시각 정보를 모두 처리해야 해 뇌가 과부하에 빠질 것이다. 두 눈이 다른 지점을 바라보는 ‘사시’를 전공하는 필자 입장에서는 생각만 해도 복잡할 따름이다.인간을 포함해 대부분의 동물들은 눈이 2개뿐이다. 그래서 한꺼번에 두 눈의 시력을 잃는다는 것은 누구도 상상하기 싫을 것이다. 그런데 두 눈의 시력을 서서히 앗아가는 병이 있다. ‘망막색소변성증’이 그것이다. 4000명에 1명꼴로 발생하는 비교적 흔한 유전성 질환으로, 젊은 시기에는 시력이 정상이지만 세월에 따라 점차 야맹증과 주변 시야 장애 증상을 보이며 말기에는 중심 망막까지 손상돼 실명에 이를 수 있다. 개그맨 이동우씨가 이 질환으로 시각장애인이 된 사실이 알려져 안타까움을 사기도 했다. 최근 망막색소변성으로 실명 위기에 처한 국내 1만명 환자들에게 새로운 희망을 주는 소식이 있었다. 100개 눈을 가진 거인과 같은 이름을 가진 인공망막 ‘아르고스2’가 지난 5월 국내 최초로 망막색소변성 환자에게 성공적으로 이식됐다. 미국 서던캘리포니아대 연구팀이 개발한 아르고스2는 인식한 영상정보를 특수 전기 신호로 바꿔 망막신경세포를 자극하고 이를 뇌에서 인식하게 하는 최신 의공학 기술의 복합체다. 그러나 인공망막이 심봉사 눈뜨듯 제2의 정상시력을 가져다주는 것은 아니다. 환자는 카메라가 부착된 안경과 허리에 부착하는 컴퓨터 프로세서를 착용해야 한다. 이렇게 해서 환자가 실제 보는 것은 사진찍은 듯 보이는 그대로의 영상이 아니라 60개 점멸하는 빛점들의 패턴이다. 2007년 초기 인공망막이 16개 전극으로 이뤄졌던 것과 비교하면 눈에 띈 발전이지만 정상적인 시력을 구현하기에는 아직 나아가야 할 길이 멀다. 인공망막 시술 뒤에는 60개의 점으로 받아들여지는 새로운 시각 정보 패턴을 이해하고 적응하는 과정이 필요하다. 그래서 비교적 젊고 인지기능이 좋으며 현재 시력이 광각(빛을 감지할 수 있는 수준) 정도인 사람이 시술 대상이 된다. 국내 환자들 중 500명 정도만 수술을 받을 수 있다고 한다. 생각보다 좁은 적응증에 실망할 수도 있겠지만, 일부 환자들에게는 독립적 생활을 영위할 수 있게 하는 인생의 전환점이 될 수도 있다. 앞으로 기술은 계속 발전해 고화질의 인공망막이 개발될 것이다. ‘아르고스2’ 외에도 독일의 ‘레티나 임플란트’, 호주의 ‘바이오닉 비전’, 이스라엘의 ‘나노 레티나’ 등도 이와 비슷한 기술을 개발하고 있다. 특히 독일의 레티나 임플란트는 1500개 전극이 있어 더 높은 화질을 구현하는 전자칩 ‘알파 아이엠에스’의 임상시험 성공을 발표하기도 했다. 우리나라의 인공망막 이식은 아시아 최초이기는 하지만 이제 첫 시술을 했을 뿐이다. 그러나 기술이 누적돼 발전하는 속도는 기하급수적일 것이다. 기술은 스스로 움직이는 생물처럼 수혜자를 찾아내고 늘려간다. 10~20년 뒤에는 고화질 영상을 얻을 수 있는 인공눈이 개발돼 더 많은 시각장애자에게 빛을 되찾아 줄 수 있을 것으로 전망된다. 우리나라 연구팀과 기업도 그 기술 개발에서 중요한 역할을 하며 희망의 견인차가 되기를 기대해 본다.

최근 건강을 위해 규칙적인 운동을 하는 이들이 점점 늘고 있다. 규칙적 운동은 신체 기능이 강화될 뿐만 아니라 심리적 안정감을 찾는 데도 많은 도움을 주는 것으로 알려져 있다. 또 외부 자극에 대한 저항성을 높여 면역효과를 증강시키기도 한다. 운동이 노년층에게 찾아오는 치매를 막는 데도 효과적이라는 연구결과가 나왔다. 독일 괴테대 스포츠의학과, 신경방사선연구소, 베를린 샤리테의대 공동연구진은 약한 강도의 운동이라도 매일 꾸준히 하면 치매 발생 가능성을 현저히 낮출 수 있다는 연구결과를 세계적인 과학저널 ‘네이처’에서 발행하는 정신의학 분야 국제학술지 ‘중개 정신의학’ 21일자에 발표했다. 연구팀은 65~85세 남녀 독일인 60명을 대상으로 규칙적인 신체활동이 뇌의 신진대사에 미치는 영향을 분석했다. 연구팀은 이들에게 빠르게 걷기와 자전거 타기 같은 유산소 운동을 매일 30분씩 일주일에 3번, 12주 동안 하도록 했다. 자기공명단층촬영(MRI)과 자기공명분광법(MRS)이라는 기술로 운동 전과 후를 조사한 결과 운동을 한 노인들은 뇌에서 만들어지는 ‘콜린’이라는 물질을 적정 농도로 유지하는 것을 발견했다. 반면 같은 기간 동안 운동을 하지 않은 노인들의 뇌에서는 콜린의 수치가 급속히 증가한 것을 확인했다. 콜린은 뇌 신경세포가 파괴될 때 나오는 물질 중 하나다. 신체 운동을 하지 않을 경우 뇌신경세포가 파괴되는 경우가 많다는 것을 증명한 것이다. 실케 마투라 괴테대 알츠하이머연구소 박사는 “이번 연구는 분자 메커니즘 차원에서 유산소 운동이 고령층의 인지기능에 긍정적인 영향을 주는 것을 밝혀냈다는 데 의미가 있다”며 “고강도의 근력운동은 도리어 근육이나 뼈에 무리를 줄 수 있다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

최근 건강을 위해 규칙적인 운동을 하는 이들이 점점 늘고 있다. 규칙적 운동은 신체 기능이 강화될 뿐만 아니라 심리적 안정감을 찾는 데도 많은 도움을 주는 것으로 알려져 있다. 또 외부 자극에 대한 저항성을 높여 면역효과를 증강시키기도 한다. 운동이 노년층에게 찾아오는 치매를 막는 데도 효과적이라는 연구결과가 나왔다. 독일 괴테대 스포츠의학과, 신경방사선연구소, 베를린 샤리테의대 공동연구진은 약한 강도의 운동이라도 매일 꾸준히 하면 치매 발생 가능성을 현저히 낮출 수 있다는 연구결과를 세계적인 과학저널 ‘네이처’에서 발행하는 정신의학 분야 국제학술지 ‘중개 정신의학’ 21일자에 발표했다. 연구팀은 65~85세 남녀 독일인 60명을 대상으로 규칙적인 신체활동이 뇌의 신진대사에 미치는 영향을 분석했다. 연구팀은 이들에게 빠르게 걷기와 자전거 타기 같은 유산소 운동을 매일 30분씩 일주일에 3번, 12주 동안 하도록 했다. 자기공명단층촬영(MRI)과 자기공명분광법(MRS)이라는 기술로 운동 전과 후를 조사한 결과 운동을 한 노인들은 뇌에서 만들어지는 ‘콜린’이라는 물질을 적정 농도로 유지하는 것을 발견했다. 반면 같은 기간 동안 운동을 하지 않은 노인들의 뇌에서는 콜린의 수치가 급속히 증가한 것을 확인했다. 콜린은 뇌 신경세포가 파괴될 때 나오는 물질 중 하나다. 신체 운동을 하지 않을 경우 뇌신경세포가 파괴되는 경우가 많다는 것을 증명한 것이다. 실케 마투라 괴테대 알츠하이머연구소 박사는 “이번 연구는 분자 메커니즘 차원에서 유산소 운동이 고령층의 인지기능에 긍정적인 영향을 주는 것을 밝혀냈다는 데 의미가 있다”며 “고강도의 근력운동은 도리어 근육이나 뼈에 무리를 줄 수 있는 만큼 약한 강도의 유산소 운동을 꾸준히 하는 것이 좋다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

곤충보다 4배 빨라 손으로 못 잡아…유전자 변형 모기로 개체 감소 유도무더운 여름밤 ‘애~앵’ 소리를 내며 귓가를 맴도는 모기는 꿀잠을 방해하는 골칫거리다. 최근 몇 년간은 장마 기간 동안 강수량이 평년보다 적은 ‘마른 장마’여서 모기를 보기가 어려웠다. 가뭄으로 모기의 유충인 장구벌레가 자랄 수 있는 고인 물이 거의 없었기 때문이다. 그렇지만 올해는 중부지방을 중심으로 장마 전후에 많은 비가 내려 장구벌레가 살기 좋은 환경이 됐고, 방역 당국에서는 모기 구제에 비상이 걸렸다.일본뇌염, 말라리아뿐만 아니라 뎅기열, 황열병, 웨스트나일바이러스, 지카바이러스 등 치명적 감염병을 옮기는 모기는 인류의 건강을 위협해 온 오랜 적이다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 매년 7억명 이상의 사람이 모기에 의한 전염병에 걸리고 이 중 100만명이 사망에 이르고 있다.더군다나 최근에는 지구온난화 때문에 모기의 활동 반경이 점점 넓어지고 있는 분위기다. 이 때문에 감염병 전문가들은 “지구온난화가 지금과 같은 속도로 계속된다면 한국도 말라리아, 뎅기열, 지카바이러스같이 열대 지역에서나 볼 수 있는 모기 감염병이 토착화될 수 있다”고 우려를 표하고 있다. 모기가 사람의 피를 빨아 먹는 이유는 시각적으로 인식해서가 아니라 체열과 인간이 분비하는 각종 화학물질 때문이다. 일반적으로 사람은 피부를 통해 350여 가지 화합물을 배출하는 것으로 알려져 있는데 모기는 이 중에 호흡을 통해 배출되는 이산화탄소, 땀에 섞여 있는 1-옥텐-3-올, 락트산 같은 화합물에 특히 민감하게 반응한다. 모기는 머리에 있는 깃털처럼 생긴 더듬이와 턱쪽에 있는 짧은 더듬이에 후각신경세포가 붙어 있어 화학물질에 반응한다. 특히 턱쪽에 있는 더듬이는 30m나 떨어져 있는 사람의 호흡에서 나오는 이산화탄소도 감지한다. 또 하나의 궁금증. 귓가에 맴도는 모기를 잡으려고 손을 뻗지만 항상 실패하는 이유는 뭘까. 영국 런던 왕립수의대 연구팀은 모기가 비슷한 크기의 곤충보다 4배 빠른 날갯짓을 한다는 사실과 기존 곤충 비행 형태와는 다른 새로운 공기역학적 비행을 한다는 사실을 발견하고 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 4월호 표지 논문으로 발표했다. 모기의 날개는 다른 곤충에 비해 길고 얇아 빠르게 비행하기 때문에 ‘앵’ 하는 소리에 손바닥을 날리면 이미 늦어 애꿎은 귀만 때리게 된다는 것이다. 이렇듯 밤잠을 방해하고 각종 질병의 매개체인 모기를 박멸하기 위해 인류는 다양한 방법을 고민해 왔다. 최근에는 유전자를 변형시키거나 박테리아에 감염시켜 생식 능력을 없앤 모기를 살포해 아예 개체수를 줄이는 방법이 주목받고 있다. 지난해 11월 8일 도널드 트럼프와 힐러리 클린턴의 대결로 관심이 집중됐던 미국 대통령 투표 당시 플로리다주 키헤이븐과 먼로카운티에서는 지역 유권자들을 대상으로 ‘GM 모기 살포’에 대한 찬반 여부를 묻는 투표를 진행했다. 영국의 생명공학기업 옥시텍이 개발한 GM 모기를 올 상반기 플로리다 일대에 살포하기 위한 투표였는데 반수 이상의 유권자가 찬성해 야생 살포가 결정됐다. 또 구글의 생명과학 부분인 베릴리사 역시 모기의 생식 능력을 제거하는 박테리아에 수컷 모기를 감염시켜 미국 캘리포니아 프레즈노 일대에 살포할 계획을 최근 발표하기도 했다. GM 모기나 박테리아 감염 수컷 모기는 생식기능 일부가 사라졌기 때문에 야생에 풀어 놓으면 암컷 모기와 짝짓기를 해 알을 낳지만 이 알들은 성체로 성장하지 못하고 도중에 죽게 된다. 이런 과정이 세대를 거쳐 반복되면 전체 모기 개체수가 감소해 모기로 인한 감염병도 자연히 사라지게 된다는 것이다. 그렇지만 환경단체들은 생물학적으로 조작된 모기들이 야생 모기와 짝짓기를 해도 애벌레의 4% 정도는 죽지 않고 성체가 되며 이런 모기들은 도리어 저항성을 갖기 때문에 질병을 더욱 확산시킬 수 있다고 반박한다. 모기와 인류는 공존할 수밖에 없다는 지적이기도 하다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

단 하루라도 깊은 잠을 못 자면 치매의 일종인 알츠하이머병과 관련한 뇌 속 단백질이 증가한다는 연구 결과가 나왔다. 미국 워싱턴대 세인트루이스캠퍼스의 요-엘 주 박사가 이끄는 국제 연구진이 35~65세 건강한 성인남녀 17명을 대상으로 한 연구를 통해 깊은 잠 이른바 서파수면을 방해하면 알츠하이머 관련 단백질 2종 ‘아밀로이드’와 ‘타우’ 단백질 수치가 증가하는 것을 알아냈다고 뇌 저널(journal Brain) 최신호(10일자)에 발표했다. 즉 숙면은 신체가 이런 단백질을 제거하는 데 도움을 줄 수 있다는 것. 연구진은 이 연구가 수면 부족이 알츠하이머의 직접적인 원인임을 보여준 것은 아니지만, 치매 원인이라는 퍼즐의 한 조각을 맞춘 것으로 보고 있다. 기존 여러 연구에서도 수면 부족은 치매 중에서도 특히 알츠하이머의 조기 발병과 연관성이 깊은 것으로 나타났다. 또한 지난주 신경학 저널(journal Neurology)에 실린 한 연구에서는 알츠하이머 환자의 뇌에 축적되는 단백질인 아밀로이드의 수치가 수면 부족으로 증가하는 것이 확인됐다. 이번 연구는 수면에서 가장 중요한 단계인 서파수면과 알츠하이머 관련 단백질 사이의 관계를 확인했다. 주 박사는 미국 NBC 뉴스와의 인터뷰에서 “우리가 한 일은 실험 참가자들이 정상적인 시간 동안 자도록 했지만 깊은 잠은 못 자도록 방해했다. 이렇게 서파수면만을 방해해도 참가자들의 아밀로이드 수치는 여전히 증가했다”면서 “따라서 이는 깊은 수면은 아밀로이드 수치를 줄이는 데 중요하다는 것을 보여준다”고 말했다. 알츠하이머병은 현재 미국에서만 500만 명 이상이 앓고 있고 앞으로 인구가 늘어날수록 환자 수는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 하지만 이 질병을 치료할 방법은 없고 지금까지 나온 약물 역시 그다지 효과가 없다. 도네제필(Donezepil)로도 알려진 아리셉트(Aricept)나 나멘다(Namenda) 등의 치료제는 한동안 알츠하이머의 증상을 완화할 수 있지만, 이 질병의 악화를 늦추지 못하는 것이다. 또한 치매를 예방할 확실한 방법은 확인되지 않았지만, 운동과 건강식, 특정 뇌 훈련, 그리고 혈압 조절 등 여러 가지 방법이 효과적일 수 있다. 물론 아직 충분한 숙면이 알츠하이머 예방에 도움이 된다는 것이 입증된 것은 아니다. 하지만 몇 년 전부터 치매 발병으로 이어진 많은 사람은 수면 부족을 호소해왔다는 점에서 수면과 알츠하이머가 어느 정도 관계하고 있다고 봐도 무방한 것이다. 연구진은 이 연구를 위해 실험실에서 참가자들의 수면을 통제했다. 참가자 절반은 정상적인 수면이 허용됐지만, 나머지는 얕은 수면만 취할 수 있었다. 이에 대해 주 박사는 “얕은 수면을 해야 했던 참가자들이 깊은 수면에 들어서면 삐 소리를 들려줘 이들이 이런 서파수면에서 빠져나올 때까지 그 소리를 점점 키웠다”면서 “그 소리는 매우 심했다”고 회상했다. 또한 이런 소리를 듣는다고 해서 잠에서 완전히 깨는 것이 아니라서 참가자들은 깊은 잠이 중단됐다는 것을 인지하지 못했다. 그 결과, 사람들은 서파수면을 방해받았을 때 아밀로이드 수치가 약 10%까지 증가하는 것으로 나타났다. 또한 연구진은 참가자들이 실험실이 아닌 집에 가서 잠을 잘 때의 상황도 분석했다. 일주일 동안 집에서 수면의 질이 떨어진 참가자들은 알츠하이머 관련 타우 단백질의 수치가 높은 것으로 나타났다. 이에 대해 주 박사는 “타우 수치는 아밀로이드 수치보다 더 늦게 변하므로, 하룻밤의 수면 방해로 타우 수치가 변하지 않았다는 사실에 우리는 놀라지 않았다”면서 “하지만 참가자들이 집에서 여러 번 잠을 못 잤을 때 우리는 타우 수치의 증가를 볼 수 있었다”고 설명했다. 아밀로이드는 뇌에서 자연적으로 생성되며 이는 ‘플라크’로 불리는 덩어리를 형성할 수 있다는 것을 연구자들은 알고 있다. 플라크가 더 많은 사람은 종종 기억과 사고에 문제가 있고 치매가 있지만 항상 그런 것은 아니다. 따라서 아밀로이드와의 연관성은 명확하지 않다고 주 박사는 설명한다. 또한 그녀는 “수면 방해는 뇌 활동을 높여 아밀로이드 생성을 늘릴 수 있다”면서 “아밀로이드는 시냅스(뇌의 신경세포 연결부)가 손상될 때마다 뇌세포에서 나온다”고 말했다. 휴식을 취할 때는 아밀로이드가 나오지 않으므로 깊은 잠을 자는 동안 과도한 아밀로이드 수치를 낮출 수 있다고 주 박사는 추정한다. 주 박사는 “사람들이 기분 좋게 깊은 잠이 들어 일정 시간 정상적인 청소 메커니즘이 작동하면 아밀로이드 수치가 감소한다”면서 “몇 년 동안 그 수치가 높아지면 녹지 않는 플라크 덩어리가 형성될 가능성이 크다”고 설명했다. 실제로 쥐를 대상으로 한 연구에서는 아밀로이드의 플라크가 형성하는데 아밀로이드의 수치가 약 10%만 더 증가해도 충분한 것으로 나타났다. 이제 연구진은 수면 장애의 일반적인 원인인 폐쇄성 수면 무호흡증을 치료하면 사람들의 서파수면을 개선하고 아밀로이드 수치 감소에 영향을 줄 수 있는지 연구할 계획이다. 수면 무호흡증이 있으면 치매 발병 위험이 더 크기 때문이다. 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

사람의 뇌에는 1000억개의 신경세포가 있다. 신경세포끼리 만나는 작은 부위를 ‘시냅스’라고 부르며 그 수는 100조개에 달한다. 시냅스에는 20~40㎚의 틈이 있는데 이 간극에 화학물질을 분비해 신호를 전달한다. 전체 신경전달물질은 60여종에 이르며 그중 ‘도파민’은 비교적 잘 알려진 물질이라고 할 수 있다. 도파민은 세로토닌, 옥시토신, 엔도르핀과 같이 기분을 좋게 하는 물질로 알려져 있다. 또 동기 유발과 집중력 유지에 중요한 역할을 한다. 도파민이 부족하면 의욕을 상실해 우울증이 생길 수 있다. 운동 조절과 관계된 ‘흑질-선조체 뇌회로’에 도파민이 부족해지면 행동이 느려지고 손발 떨림, 근육강직 등의 징후를 특징으로 하는 파킨슨병이 생길 수 있다. 이런 질환에는 도파민을 증가시키는 약물을 투여해 증상을 완화할 수 있다. ‘중뇌-변연계 뇌회로’ 상에 도파민이 지나치게 증가하면 환청, 망상, 현실감 상실 등과 같은 정신병 증상이 나타난다. 조현병이나 양극성 장애에서 이런 증상이 나타날 수 있다. 이때 도파민 수용체를 차단하는 약물을 투여하면 정신 증상을 비교적 잘 조절할 수 있다. 각종 중독도 도파민과 관련이 있는데 병의 기전은 좀더 복합적이다. 중독을 일으키는 마약, 술, 도박, 인터넷 등은 뇌 속의 도파민 용량을 극도로 높인다는 공통점이 있다. 이런 자극이 만성화하면 뇌 속 보상회로가 도파민 대량 분비에 적응해 도파민에 반응하는 수용체의 양이 점차 감소한다. 삶 속의 평범한 활동으로 유도되는 도파민 양으로는 삶의 동기를 부여하기에 턱없이 부족한 상태에 이르게 되고, 결국 중독 행위를 반복하게 되는 병적 상태에 이르게 된다. 이렇게 변화된 뇌를 정상화하기 위해서는 상당한 시간이 필요하고 정신건강의학과 전문의의 치료가 필수적이다. 최근 에이다 에번로스차일드 미국 미시간대 교수는 생쥐의 도파민 신경세포의 활성을 늘려 주면 잠자리를 준비하는 본능적 행동이 현저히 줄고 수면 시간도 감소하는 것을 확인해 학술지 네이처 뉴로사이언스에 보고했다. 우리가 피곤한 상태에서도 잠들지 않고 공부를 하거나 야근을 하고 놀 수 있는 것은 다 도파민 덕분일지도 모르겠다. 박소영 독일 뤼베크대 교수는 섭취하는 음식이 체내 도파민에 변화를 일으켜 의사결정에 영향을 줄 수 있다는 사실을 미국 국립과학원회보에 보고했다. 각각 탄수화물과 단백질 위주의 아침 식사를 한 사람들을 관찰한 결과 탄수화물 식사군의 혈액에는 세로토닌 생산에 필요한 ‘트립토판’ 수치가 높았고 단백질 식사군은 도파민 생산에 필요한 ‘타이로신’이 많았다. 두 종류의 피험자들은 ‘최후통첩게임’도 했다. 컴퓨터에 나타난 상대방이 10유로의 돈을 8대2 비율로 나눠 갖자고 제안하고 실험 참가자는 제안을 받아들이거나 거절할 수 있다. 단, 승낙하면 제안대로 돈을 갖고 거절하면 컴퓨터와 사람 모두 돈을 갖지 못하도록 했다. 그 결과 단백질 식사군은 부당한 제안도 쉽게 받아들이는 경향을 보였다. 도파민 수치가 높아지면 눈앞의 이익을 더 중요하게 여기는 경향을 보여 준다는 것이다. 도파민의 역할과 기능 이상을 보면 ‘과유불급’이라는 말이 새삼스럽게 느껴진다. 즐거움과 동기를 유발하고 의지를 불태울 수 있도록 하는 도파민도 과할 때는 우리의 마음과 정신을 무너뜨릴 수 있는 위협으로 작용할 수 있다. 어느 한쪽으로 치우치지 않고 중도를 지키는 것이 우리 뇌와 정신 건강을 유지하는 데에도 유익하다는 것을 다시 한 번 생각해 본다.

지난해 기준 한국 학생들의 1일 학습시간은 8시간 55분으로 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 1위다. 이런 상황에도 불구하고 공부하고 기억해야 할 것들은 점점 늘어나 ‘자는 동안에도 공부한 것들을 기억할 수 있었으면’하는 생각을 하는 학생들이 많다. 실제로 뇌파를 조절해 자는 동안에 기억력을 높일 수 있는 방법이 나왔다. 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성연구단 신희섭 단장팀은 수면 중 나오는 뇌파를 조절해 기억력을 2배 가까이 높일 수 있다는 사실을 발견하고 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 7일자에 발표했다. 수면 중에 나타나는 3가지 종류의 뇌파를 동시에 발생시키면 학습된 내용을 오랫동안 기억할 수 있게 할 수 있다는 것이다. 사람을 포함한 동물은 잠자는 동안 수면방추파라는 뇌파가 발생한다. 숙면을 돕는 것으로 알려진 수면방추파는 학습 기억을 강화하는 데도 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 대뇌피질의 서파와 해마에서 발생하는 SWR파도 학습과 기억에 관여하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 3가지 뇌파가 상호작용할 경우 기억을 오래가게 만들 수 있을 것이라는 데 착안했다. 일단 생쥐의 두개골을 열어 뇌에 광케이블을 꽂은 뒤 빛으로 특정 뇌파가 발생하도록 수술했다. 연구팀은 30초간 특정 소리를 들려주다가 마지막 2초 동안 강한 전기충격을 가함으로써 공포기억을 심었다. 그다음 생쥐들을 세 그룹으로 나눠 잠을 자는 동안 한 그룹은 3가지 뇌파가 생기도록 유도하고 다른 그룹은 수면방추파만 유도하고 나머지는 아무런 조작을 하지 않았다. 그 결과 3가지 뇌파가 동시에 유도한 그룹의 생쥐들은 다른 생쥐들에 비해 공포기억이 오래가는 것이 확인됐다. 또 광케이블을 이용해 뇌신경세포의 활성도를 낮추면 공포기억을 사라지게 할 수 있다는 사실도 알게 됐다. 신 단장은 “이번 연구는 장기기억 형성에 관여하는 여러 종류의 뇌파 간 상호작용을 구체적으로 밝혀냈다는 데 의미가 크다”며 “모자나 헤어밴드 형태로 뇌파를 조정할 수 있다면 생쥐들처럼 뇌에 칩을 심지 않고도 학습기억을 오래가도록 만들 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

사람이 사람에게 끌리는 여러 순간이 있다. 무엇보다도 마음을 이해해 주고 상처를 보듬어 준다고 느낄 때 상대방에게 호감과 사랑을 느낀다. 사랑의 기본 조건과도 같은 마음의 교류·교감이 로봇과도 가능할까. 인공지능(AI)을 탑재한 로봇과 인간의 공존은 미래가 아닌 현재다. 인간은 이미 수많은 순간을 AI와 공유하고 있다. 앞으로도 더 많은 분야에서 AI 로봇이 연구·활용되겠지만 AI에 맹목적인 ‘사랑’을 퍼붓던 세계의 시류가 달라지고 있다. 이제 인간은 똑똑함을 넘어선 ‘따뜻한 로봇’에 관심을 쏟고 있다.●‘딥러닝’ 기술로 사람처럼 다양한 반응 사람의 감정을 읽고, 그것에 대응하며 교감이 가능한 ‘소셜 로봇’은 AI 로봇의 연장선상에 있는 업그레이드 버전인 동시에 인간과 감정을 나눌 수 있다는 점에서 완전히 다른 개체이기도 하다. 글로벌 컨설팅 전문업체인 매킨지는 최근 발행한 ‘로봇이 있는 스마트홈’이라는 보고서에서 “가정용 로봇인 홈봇이 소비자의 신뢰를 얻기 위해서는 AI를 넘어서 AE(Artificial Emotion·인공 감정)를 갖춘 로봇을 설계해야 한다”고 강조했다. 이는 인간의 더 나은, 편리한 삶을 위한 로봇이 본연의 목적을 달성하기 위해서는 궁극적으로 인간의 감정을 인지하고 이를 ‘표현’하는 능력이 필요하다는 뜻으로 해석된다. 이미 세계는 ‘사람스러운’ 로봇의 탄생에 발 빠르게 다가서고 있다. 미국의 인공지능 스타트업 기업인 어펙티바는 입력되는 코드나 프로그램이 아닌 인간의 반응을 통해 배우게 하는 인공지능 개발에 주력한다. 표정은 물론이고 음성을 통해 사람의 감정을 파악하고 그에 상응하는 행동과 말을 건넬 줄 아는 AI 개발이 목표다. 이러한 AI를 탑재한 로봇은 눈물을 흘리는 인간에게 다가가 등을 토닥이고, 말없이 침울한 표정의 인간에게 ‘괜찮냐’는 따뜻한 인사를 건넬 수 있다. 여기에 경험을 통해 스스로 배우고 데이터베이스룰 구축하는 기술인 ‘딥러닝’이 융합되면 로봇은 눈물을 흘리는 인간에게 매번 똑같은 행동이나 말이 아니라 상황에 가장 적합한 대응 매뉴얼을 추출해 각기 다른 반응을 내놓을 수 있다. 인간의 마음을 헤아려 주는 로봇과의 공존이 점차 현실로 다가오는 가운데, 인간은 과연 이러한 로봇을 어디까지 받아들일 수 있을까. AI 또는 AI 로봇과 사랑에 빠지는 SF 영화 속 주인공의 심리가 허무맹랑하기만 한 설정은 아니다. 일본 도요하시기술과학대학 정보·지능 공학과와 교토대학 심리학과 공동연구팀은 15명의 건강한 성인들에게 각각 고통스러운 상황과 일반적인 상황에 빠진 인간 및 로봇의 사진을 보여 주고, 각 사진을 볼 때 나타나는 실험 참가자들의 뇌파 패턴을 분석했다. 여기서 ‘고통스러운 상황’이란 실수로 손가락을 칼에 베는 상황 등을 말한다. 그 결과 로봇과 인간의 고통스러운 상황을 봤을 때 나타나는 실험 참가자들의 뇌파가 매우 유사하다는 것을 확인했다. 예컨대 인간은 타인의 고통스러운 모습을 봤을 때 ‘아프겠다’, ‘힘들겠다’ 등의 생각을 떠올리며 공감하는데, 로봇의 고통스러운 모습을 봤을 때에도 유사한 공감 반응이 나타난다는 것이다. 미국 캘리포니아대학 샌디에이고 캠퍼스 연구진 역시 실험을 통해 유사한 결과를 얻었다. 연구진은 23명의 대학 학부 재학생에게 휴머노이드 로봇의 다양한 얼굴 표정을 보게 했다. 그 결과 학생들은 로봇이 웃으면 따라서 미소 짓고, 슬픈 표정을 지으면 함께 우울감을 느끼는 등 상당한 감정 교류의 반응을 보였다. ●연구진 “로봇 표정 따라 인간도 공감” 연구진은 로봇이 살아 있는 인간이 아니라는 사실을 정확하게 인지하고 있었음에도 인간의 뇌 신경세포에 잠재돼 있는 모방심리 성향에 기인해 감정 교류 혹은 이입하는 것을 확인했다고 밝혔다. 전문가들은 로봇과 인간의 교감이 저출산·고령화 문제에 맞닥뜨린 인류에게 해결책이 돼 줄 것이라고 기대한다. 단순히 명령하고 이를 수행하는 단편적인 관계에서 벗어나 상호적인 사회적 관계 맺기가 가능해지기 때문이다. 반면 우려의 목소리도 있다. 특히 일각에서는 로봇과의 감정 교류가 정서적으로 민감한 아이들에게 어떤 영향을 미칠지 예측하기 어렵다고 말한다. ‘오즈의 마법사’ 속 양철나무꾼은 심장이 사라진 뒤로 사랑도, 행복도 느낄 수 없게 됐다고 말한다. 사랑과 행복을 포함한 감정을 느끼고 교류하는 것은 여전히 심장 혹은 뇌를 가진 인간의 영역이다. 하지만 로봇이 교감 능력을 도구 삼아 인간의 영역에 들어온다면 미래에는 몇몇 과학자들의 예측대로 인간과 로봇 커플을 마주할 수도 있지 않을까. huimin0217@seoul.co.kr

사람이 사람에게 끌리는 여러 순간이 있다. 무엇보다도 마음을 이해해주고 상처를 보듬어준다고 느낄 때 상대방에게 호감과 사랑을 느낀다. 사랑의 기본조건과도 같은 마음의 교류·교감이 로봇과도 가능할까? 인공지능(AI)을 탑재한 로봇과 인간의 공존은 미래가 아닌 현재다. 인간은 이미 수많은 순간을 AI와 공유하고 있다. 앞으로도 더 많은 분야에서 AI 로봇이 연구·활용되겠지만 AI에 맹목적인 ‘사랑’을 퍼붓던 세계의 시류가 달라지고 있다. 이제 인간은 똑똑함을 넘어선 ‘따뜻한 로봇’에 관심을 쏟고 있다. ◆인간의 명령 아닌 감정에도 대응하는 로봇 사람의 감정을 읽고, 그것에 대응하며 교감이 가능한 ‘소셜 로봇’은 AI 로봇의 연장선상에 있는 업그레이드 버전인 동시에, 인간과 감정을 나눌 수 있다는 점에서 완전히 다른 개체이기도 하다. 글로벌 컨설팅 전문업체인 맥킨지는 최근 발행한 ‘로봇이 있는 스마트홈’이라는 보고서에서 “가정용 로봇인 홈봇이 소비자의 신뢰를 얻기 위해서는 AI를 넘어서 AE(Artificial Emotion·인공 감정)를 갖춘 로봇을 설계해야 한다”고 강조했다. 이는 인간의 더 나은, 편리한 삶을 위한 로봇이 본연의 목적을 달성하기 위해서는 궁극적으로 인간의 감정을 인지하고 이를 ‘표현’하는 능력이 필요하다는 뜻으로 해석된다. 이미 세계는 ‘사람스러운’ 로봇의 탄생에 발 빠르게 다가서고 있다. 미국의 인공지능 스타트업 기업인 어펙티바(Affectiva)는 입력되는 코드나 프로그램이 아닌 인간의 반응을 통해 배우게 하는 인공지능 개발에 주력한다. 표정은 물론이고 음성을 통해서 사람의 감정을 파악하고 그에 상응하는 행동과 말을 건넬 줄 아는 AI 개발이 목표다. 이러한 AI를 탑재한 로봇은 눈물을 흘리는 인간에게 다가가 등을 토닥이고, 말없이 침울한 표정의 인간에게 ‘괜찮냐’는 따뜻한 인사를 건넬 수 있다. 여기에 경험을 통해 스스로 배우고 데이터베이스룰 구축하는 기술인 ‘딥러닝’이 융합되면, 로봇은 눈물을 흘리는 인간에게 매번 똑같은 행동이나 말이 아닌, 상황에 가장 적합한 대응 매뉴얼을 추출해 각기 다른 반응을 내놓을 수 있다. ◆감정 표현하는 로봇을 향한 인간의 대응은? 인간의 마음을 헤아려주는 로봇과의 공존이 점차 현실로 다가오는 가운데, 인간은 과연 이러한 로봇을 어디까지 받아들일 수 있을까. AI 또는 AI 로봇과 사랑에 빠지는 SF 영화 속 주인공의 심리가 허무맹랑하기만 한 설정은 아니다. 일본 도요하시기술과학대학 정보·지능 공학과와 쿄토대학 심리학과 공동연구팀은 15명의 건강한 성인들에게 각각 고통스러운 상황과 일반적인 상황에 빠진 인간 및 로봇의 사진을 보여주고, 각 사진을 볼 때 나타나는 실험 참가자들의 뇌파 패턴을 분석했다. 여기서 ‘고통스러운 상황’이란 실수로 손가락을 칼에 베는 상황 등을 말한다. 그 결과 로봇과 인간의 고통스러운 상황을 봤을 때 나타나는 실험참가자들의 뇌파가 매우 유사하다는 것을 확인했다. 예컨대 인간은 타인의 고통스러운 모습을 봤을 때 ‘아프겠다’, ‘힘들겠다’ 등의 생각을 떠올리며 공감하는데, 로봇의 고통스러운 모습을 봤을 때에도 유사한 공감 반응이 나타난다는 것이다. 미국 캘리포니아 대학 샌디에이고 캠퍼스 연구진 역시 실험을 통해 유사한 결과를 얻었다. 연구진은 23명의 대학 학부 재학생에게 휴머노이드 로봇의 다양한 얼굴표정을 보게 했다. 그 결과 학생들은 로봇이 웃으면 따라서 미소 짓고, 슬픈 표정을 지으면 함께 우울감을 느끼는 등 상당한 감정교류의 반응을 보였다. 연구진은 로봇이 살아있는 인간이 아니라는 사실을 정확하게 인지하고 있었음에도 불구하고, 인간의 뇌 신경세포에 잠재돼 있는 모방심리성향에 기인해 감정교류 혹은 이입하는 것을 확인했다고 밝혔다. 전문가들은 로봇과 인간의 교감이 저출산·고령화 문제에 맞닥뜨린 인류에게 해결책이 되어 줄 것이라고 기대한다. 단순히 명령하고 이를 수행하는 단편적인 관계에서 벗어나 상호적인 사회적 관계 맺기가 가능해지기 때문이다. 반면 우려의 목소리도 있다. 특히 일각에서는 로봇과의 감정 교류가 정서적으로 민감한 아이들에게 어떤 영향을 미칠지 예측하기 어렵다고 말한다. ‘오즈의 마법사’ 속 양철나무꾼은 심장이 사라진 뒤로 사랑도, 행복도 느낄 수 없게 됐다고 말한다. 사랑과 행복을 포함한 감정을 느끼고 교류하는 것은 여전히 심장 혹은 뇌를 가진 인간의 영역이다. 하지만 로봇이 교감 능력을 도구 삼아 인간의 영역에 들어온다면, 미래에는 몇몇 과학자들의 예측대로 인간과 로봇 커플을 마주할 수도 있지 않을까. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

신경세포가 뇌의 기본 단위라는 사실은 지금은 상식으로 여겨지지만, 스페인의 라몬 이 카할이 처음 신경세포를 염색해 존재를 세상에 알린 것은 불과 100여년 전이다. 신경세포는 우리 몸의 다른 세포와 달리 ‘활동전위’라는 특별한 방식으로 먼 거리까지 신호를 전달할 수 있다. 뇌과학자들은 뇌의 전기 활동을 측정해 뇌세포의 활성을 간접적으로 측정해 왔다. 하지만 이는 뇌과학자들만 이해할 수 있는 암호와 같았다. 자고로 ‘백문이 불여일견’이라 했는데 좀더 직관적으로 뇌의 구조와 기능을 보여 줄 수 있는 방법은 없을까. 최근 뇌과학은 직접적으로 뇌의 3차원 구조와 신경세포의 활성을 시각적으로 확인할 수 있는 방향으로 발전하고 있다. 먼저 ‘뇌 투명화기법’을 이용하는 ‘클래리티’라는 방법론이 있다. 정광훈 미국 매사추세츠공대(MIT) 교수와 칼 다이서로스 스탠퍼드대 교수가 공동 개발한 이 기법은 ‘뇌는 왜 불투명한가’라는 엉뚱한 질문에서 출발했다. 두 전문가는 빛이 뇌를 통과하지 못하는 이유가 뇌의 지방성분 때문임을 알아냈다. 그리고 뇌 속에 존재하는 주요 단백질 성분을 미리 그물구조의 화학 성분으로 단단히 고정하고, 비누 성분의 화학물질을 첨가했다. 결과는 놀라웠다. 엄지손톱만 한 미색의 생쥐 뇌가 통째로 사라진 것이다. 물론 눈에 보이지만 않을 뿐 그 자리에 그대로 있었다. 이렇게 투명해진 뇌 신경세포에 형광단백질을 부착했다. 이어 형광현미경으로 층층이 촬영한 뒤 컴퓨터를 이용해 3차원으로 재구성했다. 그 결과 마치 우주공간을 자유롭게 날아다니듯 뇌 공간 속을 돌아다니면서 뇌세포 하나하나의 연결성을 살펴볼 수 있게 됐다. 뇌의 활성을 직접 눈으로 확인할 수 있는 방법으로 스탠퍼드대의 마크 슈니처 박사가 개발한 ‘미니스코프’라는 방법도 최근 각광받고 있다. 이 방법은 신경세포가 활동전위를 발생시키고 나면 세포 안으로 칼슘이 유입된다는 점을 활용했다. 그는 칼슘이 세포 안으로 들어오면 형광을 나타내도록 만들었다. 이렇게 준비된 실험동물에서 관찰하고자 하는 뇌 부외에 가느다란 원통 모양의 렌즈를 삽입한다. 이 렌즈를 통해 촬영한 영상은 자유롭게 움직이는 실험동물의 두뇌 속 신경세포 활동전위를 직접 눈으로 확인할 수 있게 한다는 점에서 획기적이다. 한편 신경세포의 소기관들은 크기가 너무 작아 일반 현미경으로는 관찰하기 어렵다. 이런 한계를 극복하기 위해 기발한 아이디어를 낸 과학자도 있다. 에드 보이든 MIT 교수팀은 현미경으로 관찰하기 어려울 정도로 작은 관찰 대상을 쉽게 볼 수 있는 방법을 고민하고 있었다. 그러던 중 ‘뇌를 부풀려서 보면 되지 않겠느냐’는 생각에 이르렀다. 어찌 보면 ‘콜럼버스’의 달걀처럼 알고 보면 간단한 아이디어일 수도 있다. 이를 실행에 옮기는 과정에는 훨씬 창의적인 아이디어가 동원됐다. 아기 기저귀에는 물을 흡수해 부피를 늘리는 가루 물질이 있다. 연구팀은 뇌 조직을 고정시켜 부피가 늘어나더라도 세포소기관 사이의 거리는 일정 비율을 유지하도록 한 뒤 기저귀에 사용하는 물질을 뇌 조직에 침투시켰다. 물만 부어 주면 뇌는 부풀어 오르고, 이제 일반 현미경으로도 전자 현미경만큼 높은 해상도로 관찰하는 것이 가능해졌다. 이런 방법론들은 더이상 뇌과학이 눈에 보이지 않는 대상을 연구하는 것이 아니라 눈에 보이는 실체를 탐구하는 것임을 새삼 깨닫게 해 준다. 뇌과학을 통해 뇌 기능의 신비를 밝히고 뇌 질환 극복 방법을 개발해 인류 행복에 기여할 수 있기를 기대한다.

국내 연구진이 실험용 생쥐 대신 1㎜ 크기 벌레로 약물의 독성을 확인하는 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 천연물연구소 시스템천연물연구센터 강경수 박사팀이 1㎜ 크기의 투명한 벌레인 ‘예쁜꼬마선충’을 이용해 항암제 독성을 평가하는 방법을 발견했다고 12일 밝혔다. 이번 연구 결과는 약학 분야 국제학술지 ‘환경독성학’ 6월호 표지논문으로 실렸다. 연구팀은 900여개 체세포와 300여개 신경세포, 약 2만개 유전자로 구성된 꼬마선충에 주목했다. 인간 유전자와 40% 정도가 일치돼 세포 사멸이나 노화 같은 생물학적 메커니즘이 인간과 유사하다고 알려져 있다. 연구팀은 꼬마선충에게 항암제 후보물질을 투여한 뒤 크기 변화, 알 개수, 부화 속도, 생식세포 형태 관찰로도 약물의 독성 여부를 판단할 수 있다는 것을 확인했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

서울시의회 김제리 의원(더불어민주당, 용산1)은 13일 예정된 제274회 정례회 제2차 본회의 시정 질문을 통해 일류를 위협하고 있는 치매에 대해 그 심각성을 파악하고 유럽 및 선진 노인복지 국가의 치매정책 사례를 살펴 서울시 치매정책의 패러다임의 전환의 필요성과 보다 효율적인 치매정책방향을 제시한다. 지금 이 시간, 세계는 4초에 한명, 1분에 열다섯 명, 1시간에 900명의 치매환자가 발생되고 있으며, 현재 4,700만 명, 2030년 7,500만 명, 2050년에 1억 명이 넘을 것으로 세계보건기구는 전망하고 있다. 국내 치매환자도 12분마다 한 명 이상 발생, 지난해 말 68만 명, 2024년 100만 명, 2040년 200만 명을 넘어설 전망이며, 이에 따른 사회적 비용은 2015년 13조원, 2040년 78조원, 2050년 106조원으로 추계되고 있다. 또한 우리나라 치매환자가 세계에서 가장 빠른 속도로 증가하고 있다. 김제리의원은 2011년 6월 제231회 정례회 제2차 본회의 시정 질문을 통해 서울시 치매 정책개선의 필요성을 강조한바 있으나 아직도 미지한 부분에 대해 질문을 할 계획이다. 치매라고 하는 거대한 쓰나미를 극복하기 위해선, 치매환자들의 일상으로 복귀와 치매커밍아웃, 이를 실현하기 위한 교육이 치매극복의 3대 키워드라고 강조하고, 국내외 치매관련 영상을 통해 이제 치매정책이 돈 먹는 하마 하드웨어는 답이 될 수 없으므로 소프트웨어로의 발빠른 전환을 강조한다. 사실 우리사회는 치매시설에 대해 기피 시설로 인식하고 있으므로, 치매시설 설치 과정에서 여러가지 어려움이, 발생될 수 있고 치매커밍아웃 또한 우리사회에서 힘든 이유가 사회적 편견과 치매환자에 대한 인식부족이라 생각한다며 따라서 인식 개선을 위한 시민교육이 필요하다고 주장한다. 김제리 의원은 맺은 말로 머릿속 뇌 안에 20대 후반부터, 쌓이기 시작한 베타아밀로이드를 비롯한 독성, 성분이 과다하여, 뇌 신경세포가 소멸되거나, 나이 들면, 흰머리에 주름이 생기듯 자연스럽게 신경세포가 죽게 되면서, 아름다운 추억은 물론 나 자신이 누구인지 잃어버리게 만들어 더욱 가슴 아픈 병 치매, 하지만 치매로 잃어버린 것들을 탓하지 않고 우리 모두가 함께 치매극복을 위해 슬기롭게 대처해 나간다면, 치매감옥 이라는 말이 머지않아 우리 일상에서 사라질 것으로 믿는다며 질문을 마친다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

국내 연구팀이 사람의 치매 증상을 가진 ‘치매 복제돼지’를 만드는 데 성공했다. 돼지와 같은 대가축으로 사람과 비슷한 수준의 치매 증상을 가진 동물모델을 개발한 것은 이번이 처음으로, 치매 치료제 연구에 큰 도움이 될 전망이다.박세필·이승은 제주대 줄기세포연구센터 교수팀은 사람에게 알츠하이머 치매를 일으키는 3개의 유전자를 가진 체세포 복제돼지 ‘제누피그’를 생산하고 관련 기술을 국내외에 특허출원했다고 8일 밝혔다. 알츠하이머 치매는 베타아밀로이드 단백질이 뇌에서 지나치게 증가할 때 발생하는 질환이다. 이 단백질의 농도가 높아지면 뇌의 신경세포가 파괴되고 결국 기억이 지워진다. 지금까지는 치매 신약개발이나 발병 메커니즘 연구에 설치류 모델을 주로 이용했다. 하지만 사람과 생리학적, 내분비학적 특성이 많이 달라 연구결과의 신뢰도에 의문을 제기하는 목소리가 있었다. 반면 돼지는 사람과 장기 구조나 생리학적 특성이 비슷하다는 장점이 있다. 연구팀은 그동안 축적한 제주 흑돼지 복제기술을 이용했다. 사람에게서 베타아밀로이드 단백질 농도를 높이는 데 관여하는 APP, Tau, PSI 등 유전자 3개를 복제하려는 흑돼지의 체세포에 미리 주입한 뒤 난자 핵과 바꿔치기해 대리모에게 임신시키는 방식을 썼다. 이런 방식으로 태어난 제누피그는 지난해 3월 30일에 탄생해 올해 5월 24일까지 14개월여를 살다 신장염과 생식기 염증으로 폐사했다. 살아 있는 동안 복제돼지는 사육사가 가르쳐 준 사료 섭취 방식과 자동 급수기 사용법을 잊어버리고, 밥통에 배변하는 등 전형적인 치매 증상을 보였다는 게 연구팀의 설명이다. 박 교수는 “알츠하이머성 치매와 관련된 3개의 유전자가 동시에 발현되는 치매돼지를 토종 기술로 만든 데 큰 의미가 있다”고 말했다. 정현용 기자 junghy77@seoul.co.kr

환경오염이 심해지면서 요즘은 수돗물도 함부로 마시지 않는 분위기이지만 예전에는 동네마다 있는 약수터에서 맑고 시원한 지하수를 맘껏 마셨다. 약수를 받기 위해 물통을 길게 줄세워 놓는 풍경도 익숙했다. 무더운 여름 등산을 하다가 산 중턱에서 만나는 약수터에서 시원하게 물 한 바가지를 들이켜면 절로 “카~! 물맛 참 좋다”는 감탄이 터져나온다.‘물맛’이라는 것이 있을까. 이는 오랫동안 과학자들이 궁금증을 가졌던 부분이기도 하다. 수천 년 동안 자연철학자들과 과학자들은 물은 무미(無味)하다고 주장해 왔다. 기원전 330년경 그리스의 철학자 아리스토텔레스도 “천연 상태의 물은 그 자체로 무미(tasteless)하며 물맛은 우리가 맛을 느낄 수 있는 기본 조건이자 미각의 기준점일 뿐”이라고 말하기도 했다. 그 이후에도 많은 과학자들이 물맛을 두고 논쟁을 벌여 왔지만 우리 혀에는 물맛을 감지하는 세포가 없기 때문에 물맛이라는 것은 있을 수 없다는 견해가 지배적이었다. 그런데 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 생물학 및 생명공학부와 독일 뒤스부르크 에센대 의대 공동연구진이 포유류의 혀에도 물맛을 감지하는 미각수용체(TRCs)가 있다는 사실을 확인하고 신경과학 분야 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’ 최신호에 발표했다. 곤충과 양서류가 물을 감지하는 신경세포를 갖고 있다는 것은 알려져 있었지만 포유류도 비슷한 세포를 갖고 있다는 증거가 발견된 것은 이번이 처음이다. 포유류 특히 사람의 혀는 최대 200가지의 복합적인 맛을 구별할 수 있지만 순수하게 혀가 인식하는 맛은 짠맛, 신맛, 단맛, 쓴맛, 감칠맛이라고 불리는 우마미(umami) 등 5가지로 알려져 있다. 글루탐산의 맛을 표현하는 감칠맛이 기본 맛에 포함된 것도 2000년에 들어서였다. 매운맛이나 떫은맛은 촉감이나 통감이 섞인 미각이기 때문에 혀가 순수하게 느끼는 맛에 포함되지 않는다. 그런데 혀가 순수하게 느끼는 여섯 번째 맛으로 ‘물맛’이 추가될 가능성이 높아진 것이다. 연구팀은 생쥐를 이용해 물을 감지하는 미각수용체를 찾는 실험을 실시했다. 연구팀은 유전자 변형을 통해 기본 5가지 맛을 느끼는 미각수용체를 차례로 제거하면서 생쥐가 물을 마실 때 특정 뇌 부위와 혀 세포가 어떤 반응을 보이는지 확인했다. 그 결과 물을 마셨을 때 신맛을 감지하는 감각수용체가 격렬하게 반응한다는 사실을 발견했다. 신맛 TRCs가 제거된 생쥐는 물과 투명하고 무미한 실리콘 오일을 구별하지 못하고 마시는 것으로 확인됐다. 즉 물맛을 느끼는 TRCs가 신맛을 느끼는 부분과 상당 부분 겹친다고 연구팀은 설명했다. 실험을 주도한 오카 유키 칼텍 교수는 “물이 혀에 묻어 있는 침을 씻어내는 순간 미각수용체가 반응하는 것으로 봐서는 물이 맛을 느끼는 혀의 감각세포인 미뢰의 pH(산도)를 변화시킴으로써 물맛을 느끼게 하는 것으로 추정된다”며 “물맛이 어떻다고 표현하기는 쉽지 않은 상태”라고 설명했다. 이에 앞서 쥐의 뇌간 영역에서 물에만 반응하는 뉴런을 발견한 파트리시아 디 로렌조 뉴욕주립대 행동신경과학 교수는 “기본적인 맛은 5가지밖에 없다는 지배적 견해에 대한 명쾌한 반론이 제기된 만큼 맛의 정의를 내리는 작업이 다시 시작돼야 할 것”이라고 지적했다. 포유류의 혀에서 물맛을 느끼게 하는 ‘아쿠아포린’이라는 단백질이 만들어진다는 사실을 밝혀낸 듀크대 시드니 사이먼 교수도 “물은 인체의 75%, 지표면의 75% 이상을 이루고 있을 정도로 흔한 물질인데 인간이 물맛을 느끼도록 진화되지 않았다면 그게 더 이상하지 않나”라고 말했다. 그렇지만 여전히 물맛이 여섯 번째 맛이 될 수 있는가에 대해서는 논란이 계속되고 있다. 특히 물맛이 기본 맛이 될 수 없다고 주장하는 과학자들은 “물에서 무슨 맛이 느껴진다는 것은 다른 것을 먼저 맛본 뒤에 경험하는 사후효과(after-effect)일 뿐이지 고유의 맛이라고 볼 수는 없다”며 “신 음식을 먹고 물을 마시면 단맛이 느껴지고 짠 음식을 먹고 물을 마시면 쓴맛이 나는 것과 같은 원리”라고 비판하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

수많은 사람이 모인 장소에서도 가족이나 친구들의 얼굴은 금세 알아볼 수 있다. 아는 사람인지 아닌지를 파악하는 것은 뇌 속에서 순간적으로 일어나는 일이지만 뇌과학자들에게 이 과정은 오랫동안 수수께끼로 남아 골머리를 앓게 만들었다. 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 생물·생명공학과 연구진은 원숭이 실험을 통해 뇌 속 ‘얼굴세포’(face cell)들이 얼굴의 개별적 특징을 우선 파악한 뒤 종합적으로 얼굴을 인식한다는 사실을 밝혀내고 세계적인 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 1일자에 발표했다. 지금까지 생물학계에서는 개별 신경세포들이 얼굴의 특징을 잡아내 인식한다는 가설과 뇌 신경세포들이 종합적으로 작동해 얼굴을 알아낸다는 두 가지 상반된 주장이 있었다. 연구팀은 뇌 전극을 삽입한 히말라야 원숭이 두 마리에게 2000명의 다양한 특성을 가진 사람 얼굴 사진을 보여 줬다. 각각의 사진을 볼 때 원숭이 뇌의 기능성 자기공명영상(fMRI)도 촬영했다. 그 결과 원숭이들은 얼굴을 인식할 때 205개의 뉴런이 활발하게 움직인다는 사실을 알게 됐다. 특히 이 뉴런들은 눈과 눈 사이의 거리 등 얼굴을 50개 특징으로 나눠 인식하는 것으로 나타났다. 원숭이들은 이렇게 각각의 특징을 파악한 다음 개별 정보를 종합함으로써 비슷하게 생긴 사람의 얼굴이라도 다르다는 것을 알게 된다는 것이다. 도리스 차오 교수는 “이번 연구는 안면인식 장애를 겪는 사람을 치료하거나 폐쇄회로(CC)TV 영상에서 범죄자를 선택적으로 확인하는 데 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

비만 치료는 이론적으로는 간단하다. 적게 먹고 많이 움직이면 된다. 하지만 현실에서는 이것이 매우 힘들다. 물론 독한 마음을 품고 체중을 줄이는 데 성공할 수 있지만, 다시 본래 체중으로 돌아오는 요요 현상이 일어나는 경우도 드물지 않다. 과학자들은 이것이 단지 개인의 의지 문제만이 아니라는 사실을 알고 있다. 의외의 사실처럼 들릴 수 있지만, 우리 몸에는 체중 감량을 막는 여러 가지 메커니즘이 존재하기 때문이다. 영국 케임브리지 대학의 클레망스 블루에 박사가 이끄는 연구팀은 쥐를 이용한 동물 모델을 통해서 뇌에서 체중 감량을 막는 역할을 하는 신경 세포를 밝혀냈다. 연구팀은 쥐의 시상하부(hypothalamus, 대뇌와 중뇌 사이에 있는 사이뇌의 일부분)에 있는 식욕 조절 관련 물질인 AGRP (agouti-related neuropeptide) 분비하는 신경세포(뉴런)의 작용이 활성화된 쥐와 그렇지 않은 쥐를 대상으로 다양한 환경에서 대사량을 측정했다. AGRP 신경세포가 활성화된 쥐의 경우 굶주리는 상황에서는 식욕이 증가하는 것은 물론 신체 대사량이 감소하면서 에너지 소비가 줄어든다. 반면 비활성화된 실험군은 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 다시 말해 AGRP 신경세포는 굶주리는 상황에서 대사율을 떨어뜨리는 역할도 동시에 겸하는 것이다. 사실 이는 의외의 결과는 아니다. 굶주리거나 적게 먹는 상황 자체가 동물에서는 위기 상황이기 때문이다. 이 경우 가능하면 에너지 소비를 줄여 오랜 기간 버틸 수 있도록 신호를 보는 것이 생존에 유리하다. 이를 가계 경제에 비유하면 소득이 줄면 소비를 줄이는 것과 동일하다. 수입이 줄어들면 대부분의 사람은 나가는 돈을 줄여 균형을 맞추려고 할 것이다. 생명체의 반응 역시 동일하다. 하지만 그 구체적인 기전에 대해서는 아직 모르는 부분이 있었는데, AGRP 신경세포가 여기에 관여한다는 사실이 밝혀진 것이다. 연구팀의 주장이 옳다면 이 신경세포는 우리의 다이어트를 방해한다. 먹는 걸 줄이면 동시에 에너지 소비도 줄이도록 신호를 보내기 때문이다. 매일 200kcal 덜 먹어도 200kcal 소비가 줄어들면 사실 체중은 그대로다. 이를 극복할 방법은 열량 섭취를 줄이면서 동시에 운동을 통해서 에너지 소비를 강제로 늘리는 것이다. 물론 말은 쉽지만, 장기간 실천은 쉽지 않다. 과학자들이 이런 생리적 기전을 연구하는 이유는 지금보다 더 효과적인 비만 치료법을 개발하기 위해서다. 물론 약만 먹어서 살을 빼는 기적의 비만 약물은 개발하기 힘들겠지만, 최소한 더 쉽게 살을 빼는 약물을 개발하는 일은 가능할지 모른다. 하지만 그전까지는 역시 적당히 먹고 충분히 운동하는 것이 가장 안전하고 효과적인 체중 관리법일 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

사람의 지능과 관련한 유전자 52개를 발견했다고 과학자들이 지난 22일(현지시간) 밝혔다. 특히 이 중 40개는 지금까지 지능과의 관련성이 밝혀진 적이 없는 유전자다.세계적 학술지 네이처 자매지 네이처 제네틱스 최신호에 실린 이번 논문에 따르면 새로 발견된 이들 ‘지능 유전자’는 수만 명의 지능지수(IQ) 검사 결과의 약 20%를 설명할 수 있다. 연구를 이끈 네덜란드 신경유전체학인지연구센터(CNCR)의 다니엘러 포스투마 연구원은 “처음으로 IQ에서 상당한 유전적 영향을 감지할 수 있었다”면서 “이 결과는 지능의 생물학적 근거에 관한 지식을 제공한다”고 말했다. ●IQ 높은 것은 자폐증과 가장 큰 연관성 보여 새롭게 발견된 높은 IQ와 관련한 유전자 변이 대부분은 특히 신경세포의 분화와 시냅스(신경정보 전달경로)의 형성 등 뇌세포 생성을 제어하는 데 관여하는 것이었다. 30명의 과학자가 참여한 이번 연구팀은 선행 연구 13건에서 수집한 유럽인 참가자 약 7만 8000명의 유전자 프로파일과 IQ 검사 기준의 지능 평가를 상세하게 분석했다. 또한 이번 연구에서는 높은 IQ와 관련한 유전자 변이 대부분은 학교에 더 오래 다니고 유아기에 머리둘레가 더 크며 키가 더 크고 심지어 금연에 성공한 사례와 같은 다른 특성과도 연관성이 있었다. 그중에서도 특히 가장 강한 연관성 중 하나는 자폐증으로, 자폐증을 앓는 사람들은 IQ가 높을 가능성이 컸다고 포스투마 연구원은 지적했다. 그는 “높은 IQ와 관련한 유전자 변이는 자폐증 스펙트럼 장애가 생길 위험이 증가하는 것과도 관련이 있었다”면서 “특히 ‘생크3’(SHANK3)이라는 이름의 유전자는 이런 관련성을 설명하는 매우 유력한 후보”라고 설명했다. 생크3 유전자는 조울증을 유발하는 것으로 알려졌다. 물론 지능 유전자를 모두 찾아내려면 수백만 명분의 게놈(전체 유전 정보)을 해석해야 한다. 그렇지만 이를 위해 필요한 원시 자료와 계산 능력은 아직 손에 넣지 못하고 있다고 포스투마 연구원은 말했다. 또한 그는 “지능과 관련한 유전자는 수천 개가 있다”면서 “우리는 가장 중요한 유전자 52개를 발견했지만, 실제로는 더 많을 것”이라고 지적했다. ●“인생 성공은 대뇌피질 크기 아닌 단련에 달려” 그렇지만 이 모든 유전자를 발견하더라도 지능 측정 결과를 유전자로 설명할 수 있는 비율은 50% 정도에 불과하다고 전문가들은 입을 모은다. 머리가 좋아지는 것에 기여하는 유전적 특성을 모두 찾아낸다고 해도 IQ 수치를 높이거나 인생의 성공 여부를 예측하기에는 턱없이 부족할 수 있다는 것이다. 그는 또한 “성공에 결부되는 주된 요인은 자신의 대뇌피질(회백질)을 원래 크기의 크고 작음에 불문하고 단련하는 것”이라면서 “만일 유전적으로 소질이 큰 사람이 학습에 전혀 힘쓰지 않는다면 이를 통해 성공할 기회는 확실히 줄어들 것”이라고 말했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

사람의 지능과 관련한 유전자 52개를 발견했다고 과학자들이 22일(현지시간) 밝혔다. 특히 이 중 40개는 지금까지 지능과의 관련성이 밝혀진 적이 없는 유전자다. 세계적 학술지 네이처 자매지인 제네틱스(Nature Genetics) 최신호에 실린 이번 연구논문에 따르면, 새롭게 발견된 이들 ‘지능 유전자’는 수만 명의 지능지수(IQ) 검사 결과의 약 20%를 설명할 수 있다. 이는 우리 지능의 20%가 이런 유전자에 영향을 받고 있다는 것. 연구를 이끈 네덜란드 신경유전체학·인지연구센터(CNCR)의 다니엘러 포스투마 연구원은 “처음으로 IQ에서 상당한 양의 유전적 영향을 감지할 수 있었다”면서 “이 결과는 지능의 생물학적 근거에 관한 지식을 제공한다”고 말했다. 새롭게 발견된 높은 IQ와 관련한 유전자 변이 대부분은 특히 신경세포의 분화와 시냅스(신경정보 전달경로)의 형성 등 뇌세포 생성을 제어하는데 관여하는 것이었다. 30명의 과학자가 참여한 이번 연구팀은 선행 연구 13건에서 수집한 유럽인 참가자 약 7만8000명의 유전자 프로파일과 IQ 검사 기준의 지능 평가를 상세하게 분석했다. 또한 이번 연구에서는 높은 IQ와 관련한 유전자 변이 대부분은 학교에 더 오래 다니고 유아기에 머리둘레가 더 크며 키가 더 크고 심지어 금연에 성공한 사례와 같은 다른 특성과도 연관성이 있었다. 그중에서도 특히 가장 강한 연관성 중 하나는 자폐증으로, 자폐증을 앓는 사람들은 IQ가 높을 가능성이 컸다고 포스투마 연구원은 지적했다. 그는 “높은 IQ와 관련한 유전자 변이는 자폐증 스펙트럼 장애가 생길 위험이 증가하는 것과도 관련이 있었다”면서 “특히 ‘생크3’(SHANK3)라는 이름의 유전자는 이런 관련성을 설명하는 매우 유력한 후보”라고 설명했다. 생크3 유전자는 조울증을 유발하는 것으로 알려졌다. 반대로 조현병이나 비만증을 앓는 사람들에서는 높은 IQ와 관련한 특정 유전자가 존재하지 않는 경우가 더 많았다. 물론 지능 유전자를 모두 찾아내려면 수백만 명분의 게놈(전체 유전 정보)을 해석해야 한다. 그렇지만 이를 위해 필요한 원시 자료와 계산 능력은 아직 손에 넣지 못하고 있다고 포스투마 연구원은 말했다. 또한 그는 “지능에 관련한 유전자는 수천 개가 있다”면서 “우리는 가장 중요한 유전자 52개를 발견했지만, 실제로는 더 많은 것”이라고 지적했다. 그렇지만 이 모든 유전자를 발견하더라도 지능 측정 결과를 유전자로 설명할 수 있는 비율은 50% 정도에 불과하다고 전문가들은 입을 모은다. 머리가 좋아지는 것에 기여하는 유전적 특성을 모두 찾아낸다고 해도 IQ 수치를 높이거나 인생의 성공 여부를 예측하기에는 턱없이 부족할 수 있다는 것이다. 그는 “이들 유전자의 영향에 대해서는 모든 것이 각각 독립적인 것으로 받아들여지고 있다”고 지적하면서 “지능을 높이는 요인이 되는 것은 (지능 유전자의 순수한 개수뿐만 아니라) 여러 유전자 변이에 의한 특정 패턴일지도 모른다”고 말했다. 또한 “‘성공’에 결부되는 주된 요인은 자신의 대뇌피질(회백질)을 원래 크기의 크고 작음에 불문하고 단련하는 것”이라면서 “만일 유전적으로 소질이 큰 사람이 학습에 전혀 힘쓰지 않는다면 이를 통해 성공할 기회는 확실히 줄어들 것”이라고 말했다. 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

최근 ‘조현병’이라는 병명이 매스컴에서 종종 등장하고 있다. 과거 ‘정신분열병’이라는 이름으로 불리던 이 병은 2011년 의학용어 개정으로 조현병으로 변경됐다. 현악기를 잘 조율해야 조화로운 음악을 만들 수 있듯, 정신현상에도 균형 잡힌 조율이 필요하다. 이런 조율 기능에 이상이 생긴다는 뜻으로 조현병이라는 병명이 탄생했다. 과학적으로 타당한 용어를 사용하는 동시에 사회적 편견을 해소하려는 목적으로 병명을 바꿨는데 환자와 보호자뿐 아니라 사회적으로도 좋은 반응을 얻고 있다고 한다. 하지만 조현병이 무슨 병인지 이름만 들어서는 여전히 아리송한 것이 사실이다. 조현병 환자는 6개월 이상 지속적으로 망상, 환청, 엉뚱한 이야기 등의 증상 중 1개 이상을 보이고 감정표현 저하, 의욕상실 등의 ‘음성증상’과 엉뚱한 행동이 나타난다. 이런 5개 증상 중 2개 이상이 지난 1개월간 뚜렷이 보일 때 조현병 진단을 내린다. 그렇다면 조현병 환자의 뇌 속에서는 무슨 일이 일어나고 있는 것일까. 의과학자들은 조현병 환자의 유전자 연구를 통해 정상 대조군과 뚜렷한 차이를 보이는 유전자를 다수 찾아냈다. 신경세포 연결에 필요한 물질을 생산하거나 다른 유전자 발현에 영향을 미치는 유전자다. 이런 유전자 발현이 정상적으로 조율되지 않을 때 신경세포 연결도 비정상적으로 이뤄지게 된다. 특히 이런 변화는 청소년기에서 성인기로 이행되는 시기에 두드러지게 나타난다. 신경세포 연결에 이상이 생기면 신경망 전체로 볼 때 조직적인 뇌 활동이 방해를 받아 뇌신경으로 들어오는 신호를 효율적으로 처리하는 데 어려움이 생긴다. 부정확한 해석, 비논리적인 판단, 감각의 이상이라는 증상이 발현되는 것이다. 조현병 발병 기전은 이렇듯 복잡한 요소들이 상호작용해 작동하기에 한마디로 설명하기 어렵고 치료 과정도 복잡하고 길다. 그렇지만 치료법이 아주 없는 것은 아니다. 조현병 치료제는 ‘도파민 가설’에 바탕을 두고 있다. 조현병 증상이 심하게 나타날 때는 뇌 속에서 신경전달물질인 도파민이 비정상적으로 증가한다. 따라서 도파민의 작용을 막아 주는 약을 먹으면 환청, 망상 등의 ‘양성증상’이 감소한다. 다른 신경전달물질 ‘세로토닌’도 양성증상 발생에 영향을 미친다는 사실이 밝혀지면서 세로토닌과 도파민을 모두 막는 약물이 개발돼 각광을 받았다. 또 도파민을 적절한 수준으로 조절할 수 있는 약물도 개발됐다. 최근에는 신호전달 조절에 관여하는 신경수용체 ‘NMDA 수용체’의 기능 이상이 주목받고 있다. 킴도 스위스 로잔대 교수는 환원·산화 불균형과 신경염증의 결과로 NMDA 수용체의 기능저하가 생기고 이것이 조현병 발생기전의 공통분모가 된다고 주장한다. 이런 이론을 바탕으로 그는 항산화 작용이 강한 약물인 ‘N-아세틸시스테인’을 투여하는 동물실험을 진행했다. 환자들에게서도 음성증상이 줄어드는 효과가 나타났다. 사회적 고립, 동기소실, 감정표현의 저하와 같은 음성증상은 만성화된 조현병 환자의 삶의 질에 큰 영향을 준다. 도파민 계열의 약물이 양성증상 조절에 탁월한 반면 아직까지 음성증상에 효과적인 약물이 없었기에 반가운 연구 결과다. 조현병을 개인의 질병으로만 치부해서는 안 되고 사회의 관심이 필요하다. 조현병이 어떤 이유에서 일어나는지 뇌과학적인 이해가 높아지면서 막연한 두려움은 조금씩 줄어들고 있다. 조현병의 조기 진단과 치료를 통해 더 많은 환자가 건강한 모습을 되찾게 되기를 기대해 본다.

인간은 동물에 비해 냄새를 맡는 능력이 떨어지는 것으로 알려져 있지만, 이는 사실이 아니라는 것을 입증한 연구결과가 발표됐다. 특히 일부 냄새는 인간이 개보다 훨씬 더 잘 맡는 것으로 나타났다. 존 맥건 미국 럿거스대 심리학과 교수가 최근까지 발표된 후각 관련 논문 101편을 재분석한 결과, 인간의 후각 신경 영역에 있는 신경세포의 수는 총 1000만 개 정도로 쥐, 토끼, 원숭이 등 다른 포유류와 비슷하다는 것을 확인했다. 즉 인간의 후각 능력이 일부 포유류의 능력과 유사하다는 것. 뿐만 아니라 일부 냄새는 다른 포유류 동물에 비해 훨씬 더 잘 감지했다. 예컨대 인간은 커피 냄새에 섞인 3-메르캅토-3-메틸부틸포메이트라는 성분을 쥐나 원숭이보다 훨씬 잘 맡았다. 개보다 더 잘 맡는 것은 바나나와 땀 냄새, 피 냄새 등이다. 인간은 개나 토끼보다 바나나 냄새의 주성분인 아세트산아밀을, 땀 냄새의 주성분인 발레르산을 더 잘 맡는 것으로 밝혀졌다. 연구를 이끈 맥건 교수는 “인간의 후각은 쥐나 개와 같은 다른 포유류만큼이나 뛰어나다. 인간은 일부 냄새에 있어서 개나 쥐보다 더 잘 맡을 수 있다는 사실을 입증했으며, 심지어 그 냄새를 추적하는 것도 가능하다”고 설명했다. 이어 “이번 연구를 통해 후각이 냄새를 인지하는 뇌하수체 후엽의 크기와는 큰 연관관계가 없다는 것을 알게 됐다”면서 “인간 역시 다른 포유류처럼 냄새 의존적이며, 행동과 정서에 상당한 영향을 미친다. 따라서 냄새는 타인과 의사소통을 하거나 동료를 선택할 때 생각보다 중요한 영향을 미칠 수 있다”고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 최신호에 발표됐다. 사진=포토리아 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr