‘어택신-2’와 결합 중 오류 발생 울산과기대 ‘몰레큘러 셀’ 발표 국내 연구진이 생체시계 유전자로 알려져 있는 단백질이 다른 단백질과 결합하는 과정에서 오류가 생길 경우 루게릭병과 같은 퇴행성 뇌질환을 유발할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 울산과학기술원(UNIST) 생명과학부 임정훈 교수팀은 ‘어택신-2’라는 생체시계 유전자와 결합하는 두 개의 단백질을 새로 발견하고 이로 인한 퇴행성 뇌질환 발병 메커니즘을 밝혀냈다. 이번 연구 성과는 생화학 및 분자생물학 분야 국제학술지 ‘몰레큘러 셀’ 6일자에 발표됐다. 어택신-2 유전자 같은 생체시계 유전자는 일정한 시간에 잠이 들고 깨거나 성장호르몬의 분비를 촉진하는 등 동물의 생리현상을 유지시켜 준다. 최근 이런 생체시계 유전자가 신경세포의 생리적 기능에도 영향을 미쳐 뇌질환의 원인이 될 수 있다는 것이 알려지기 시작했다. 그렇지만 구체적으로 생체시계 유전자가 어떤 과정을 거쳐 뇌질환을 유발시키는지에 대해서는 밝혀지지 않았다. 연구팀은 유전자를 변형시킨 초파리를 이용해 어택신-2 단백질과 결합하는 새로운 2개의 단백질을 발견했다. 각 단백질의 결합에 따라 생체시계 유전자 발현 여부가 결정되거나 수면주기 조절이 전혀 다르게 이뤄진다는 사실을 밝혀냈다. 즉 생체리듬에 교란을 일으키는 단백질과 어택신-2가 결합할 경우 뇌신경에 이상을 초래해 행동에 장애를 일으키고 결국 루게릭병이나 알츠하이머병, 파킨슨병, 헌팅턴병 같은 퇴행성 뇌질환을 일으킬 수 있다는 것이다. 임정훈 교수는 “이번 연구는 루게릭병과 같은 퇴행성 뇌질환의 발병 원인을 이해할 수 있는 분자생물학적 모델을 찾아냈다는 데 의미가 있다”며 “퇴행성 뇌질환의 예측과 진단, 치료를 위한 새로운 기술 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

가스레인지를 껐나, 문은 제대로 잠갔나. ‘기억력이 떨어지는 건 아닌가’ 하는 불안감은 남녀노소 대다수에 해당된다. 최근 자기력이 소리와 음성을 기억하는 데 도움을 줄 수 있다는 주목할 만한 연구 결과가 나왔다. 캐나다 맥길대 인지신경과학과와 국제뇌연구소 공동연구팀은 자력이 소리와 음성을 기억하는 능력을 높일 수 있다는 연구결과를 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 23일자에 발표했다. 소리를 기억하고 이를 해석하는 ‘소리기억’은 다른 사람의 말과 글을 이해하고 계산을 하는 데 필수적인 능력이다. 치매나 외부 충격 등으로 기억력이 저하될 때 가장 먼저 음성기억력이 현저하게 떨어진다고 알려졌다. 연구팀은 17명의 건강한 성인을 대상으로 소리를 듣고 기억하는 과제를 수행하면서 뇌전도(EEG)와 뇌자도(MEG)로 뇌파를 측정했다. 그 결과 소리기억을 할 때 뇌에서는 세타파가 발생했다. 연구팀은 경두개 자기자극술(TMS)을 활용해 세타파와 같은 파장으로 뇌를 지속적으로 자극시켰다. TMS는 전자기 코일을 머리 표면의 특정 부위에 놓고 자기장을 통과시켜 두뇌 신경세포를 활성·억제시키는 뇌 자극방법이다. 연구팀은 TMS로 뇌를 자극하면 뇌의 세타파가 증폭되면서 음성기억력이 높아진다는 사실을 확인했다. 필립 알부이 맥길대 인지신경과학과 교수는 “퇴행성 뇌질환인 알츠하이머 치매로 인한 기억력 저하도 치료할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

초고도 정보화 사회로 진입하면서 융합적 사고와 창의력이 미래 인재 육성을 위한 핵심 키워드로 꼽히고 있다. 이런 흐름 속에서 신개념의 뇌 개발 학습법을 개발·보급하는 세계전뇌학습아카데미가 눈길을 끈다.세계전뇌학습아카데미 김용진 박사는 “1000억 개 전뇌 세포 중 미개발 상태의 뇌 신경세포를 자극해 새로운 회로를 형성시키면 집중력·기억력·논리력·사고력·창의력·이해력과 정보 처리 능력이 향상된다는 연구 결과를 바탕으로 42년간 수정·보완을 거듭해 ‘초고속 전뇌 학습법’을 완성했다”며 “60~80시간이면 익힐 수 있게 설계된 이 학습법으로 훈련받으면 독서 능력이 10배 이상 향상되고 교과 내용부터 영어·한자 단어 암기, 요점 정리, 이미지 기억력, IQ 등의 능력이 높아진다”고 설명했다. 초고속 전뇌 학습법은 초고속 정독 과정의 1단계, 학습 적용 과정의 2단계, 응용 과정의 3단계로 구성됐다. 세계전뇌학습아카데미 관계자는 “초고속 전뇌 학습법은 학문 간 융합과 통섭이 활발히 일어나는 지식정보화 시대에 부응할 수 있을 뿐 아니라 사교육비를 줄이고 공교육을 살리며 노벨상 수상을 앞당길 수 있게 한다”면서 “세계전뇌학습아카데미에서는 직장인과 지방 거주자를 위한 주말반도 운영한다”고 전했다. (02)722-3133.

뇌과학자들 사이에서 ‘의식’은 연구하기 어려운 주제로 악명이 높다. 의식은 어려운 철학적 질문과 연결된 연구주제여서 정의하는 것부터 난해하다. 하지만 최근 뇌 과학의 발달로 의식에 관한 연구도 신경생물학적 접근이 가능해졌고 조금씩 그 비밀이 밝혀지고 있다. 지난 2월 미국 메릴랜드주의 베데스다에서 열린 ‘브레인 이니셔티브’ 회의에서 한 연구결과에 이목이 집중됐다. 크리스토프 코흐 앨런뇌과학연구소장은 진기한 뇌 사진 한 장을 공개했다. 생쥐의 뇌에서 ‘클라우스트룸’이라는 부위의 신경세포 3개의 전체 경로를 영상화한 사진이었다. 단 3개의 신경세포 가지가 생쥐 뇌 전체를 빙둘러 복잡한 가지를 펼치고 있는 모습은 경이로웠다. 이 신경세포가 다양한 뇌 부위와 긴밀한 연결구조를 갖고 있다는 것은 클라우스트룸이 의식현상과 긴밀하게 연결돼 있음을 보여주는 소견이다. 클라우스트룸은 대뇌의 껍질에 해당하는 ‘피질’ 안쪽의 회백질 틈에 얇은 종이처럼 펼쳐진 신경세포의 무리를 가리키는 말이다. 대략적인 해부학적 위치는 관자놀이와 귀의 중간쯤이다. 최신 시각화 기술을 이용해 대뇌피질의 거의 모든 부분이 클라우스트룸으로 신경섬유를 주고받고 있음이 확인됐다. 크리스토프 코흐와 DNA를 발견한 프란시스 크릭은 이 부위에 의식이 존재할 것이라고 예측해 왔다. 하지만 클라우스트룸은 매우 얇은 신경세포 층으로 이뤄져 있고 전기적 신호가 강한 ‘뇌섬엽’과 ‘조가비핵’ 사이에 위치해 구조와 기능 연구가 쉽지 않았다. 2014년 이런 가설을 지지하는 증례가 발표됐다. 코우 베이시 조지워싱턴대 교수는 난치성 간질을 앓고 있는 54세 여성의 간질 부위 수술을 위해 뇌심부에 전기 자극을 주면서 환자의 반응을 테스트했다. 전기자극이 클라우스트룸에 가해지자 의식적 행동이 중단되고 주변의 자극에 전혀 반응하지 못하는 상태가 됐다. 환자는 전기자극이 멈추면 즉시 정상적인 상태로 돌아왔고 의식 소실을 기억하지 못했다. 의식소실이 있을 때 뇌파상 간질파는 관찰되지 않아 간질발작은 아닌 것으로 확인됐다. 베이시 교수는 인공적인 전기자극으로 클라우스트룸의 기능이 방해받을 때 의식이 소실된 것으로 보아 이 부위가 통합적 의식과 관련된 뇌활동이 일어나는 부위라는 가설을 지지했다. 그렇다면 의식은 어떻게 측정할 수 있을까. 마르셀로 마시미니 밀라노대 박사는 감각이나 행동적 반응과 무관하게 의식을 측정하는 방법을 개발했다. 피험자의 뇌신경에 자기장을 이용해 자극을 준 뒤 이에 대한 뇌의 반응을 뇌파로 측정해 ‘교란 복잡 지수’(PCI)라는 것을 산출했다. 예를 들어 각성상태처럼 의식 수준이 높은 상태에서 PCI는 0.6 전후이고, 깊은 수면상태에서는 0.2 전후로 나온다. PCI를 이용하면 각성상태와 수면상태, 마취상태는 물론 의식은 정상적이지만 표현은 불가능한 ‘감금 증후군’도 뚜렷하게 구별할 수 있다. 데카르트는 모든 것을 의심하되 의심할 수 없는 하나의 명제는 ‘나는 생각한다. 고로 존재한다’라고 했다. 내가 생각하는지, 아닌지 알기 위해서는 의식이 필요하다. 따라서 ‘나는 (나의 생각을) 의식한다. 고로 존재한다’라는 말이 더 정확한 말일지 모르겠다. 최근 의식에 대한 뇌 과학은 상당한 진보를 이뤘지만 아직 모르는 것이 더 많은 미지의 영역이다. 한 가지 분명한 것은 뇌 과학의 발달이 언젠가는 의식의 발생 과정과 원리를 이해해 인간을 더욱 인간답게 이해하고 의식의 장애를 일으키는 질환을 극복하는 데 도움을 줄 것이라는 점이다.

정부가 2013년부터 4년간 누리과정비 11조∼12조원 정도를 투입해 유치원과 어린이집에 다니는 3~5세를 지원하고 있다. 2016년 10월 현재 이 연령의 유아 70만 4138명 중 만 3세의 98%, 만 4세의 88%, 만 5세의 91%가 유치원·어린이집에 다니고 있다. 이로 인해 우리나라는 유아교육을 보편화하는 데 성공한 나라가 됐다. 동남아 국가들의 부러움을 사고 있을 뿐 아니라 유아교육 정책입안자들이 앞다투어 배우러 오는 나라이기도 하다. 하지만 최근 충격적인 소식이 들렸다. 경기 지역의 일부 유치원·어린이집이 페이퍼컴퍼니를 설립하거나 경비를 개인 선물·의류 구입, 가족여행비로 쓰는 경우가 드러났다. 급식 위생관리가 부실한 경우도 많았다. 전국에 있는 8930개 유치원, 4만 2517개 어린이집의 0.002%에 불과한 극히 일부분에서 일어난 문제점이지만 학부모들은 “아니 돈을 그렇게 많이 벌어?”하며 불신감을 일반화했다. 이런 상황에도 정부가 재정지원을 계속해야 할까? 대답은 ‘그렇다’이다. 규모가 큰 곳 일부를 제외하면 전국 영유아교육기관 거의 대부분은 영세하다. 정부 지원금이 있어야 질 좋은 교재 및 교구를 준비해 교육 수준을 높일 수 있다. 부모들도 교육비 부담이 줄었다며 반긴다. 이 연령대 아이들을 둔 주변 젊은 부모들의 실제 반응이다. 재정운용의 공공성·투명성·책임성은 지속적인 점검에 의해 차차 확보하면 될 일이다. 재정지원이 더욱 중요한 이유는 만 0~2세 영아 때문이다. 후성유전학자·신경범죄학자·정신건강의학자들이 뇌세포를 연구한 결과 생후 1000일에 뇌신경세포가 폭발적으로 연결돼 이 시기의 교육이 중요하다고 하지만, 우리 정부는 이 일의 중요성을 간과한다. 또 정신건강의학자들은 태어나기 전부터 아기들에게 애착을 형성하도록 하는 게 중요하다고 주장한다. 2012년 이후부터 후성유전학자들은 출생 직후부터 만 2세 이전에 뇌에 행복감과 공감이 자리잡는 등 인성이 뿌리내린다고 강조하기 시작했다. 신경범죄학자들 역시 아기 때부터 뇌의 감정조절 장치가 올바른 방향으로 작동하도록 양육해야 미래의 공격성·폭력성을 줄일 수 있다고도 한다. 양질의 초기 교육을 강조하는 실험 결과는 많지만 이 일은 저절로 되는 것이 아니다. 가정에서는 부모와 가족들이 따뜻한 마음으로 보살펴야 하고, 어린이집에서 대부분의 영아기를 보내야 하는 아기들은 대리엄마인 교사들이 이 중요한 일을 해내야 한다. 영아의 발달에 적합한 방식으로 말 걸어주고 호기심을 일으키고 또래와 문제가 발생할 때 감정 조절하는 방법을 이 어른들이 아이들에게 알려주어야 한다. 엄마·아빠·교사, 아니 우리나라 어른들 모두 아기 사랑하는 방법을 배워서 그 방법을 몸에 익혀 실행할 수 있어야만 한다. 그런데 우리나라는 만 0~2세를 위한 그 무엇도 준비되어 있지 않다. 그러니 3~5세 교육처럼 0~2세도 교육부가 담당해 제대로 해보자고 말하고 싶다. 보건복지부가 해도 되지 않겠느냐는 의견도 있겠지만, 교육부가 하는 것이 합당하다. 무엇보다도 1915년부터 유아교사 양성, 교사연수, 장학지도, 0~2세 및 3~5세 영유아들의 발달에 대한 구체적인 연구가 교육부 및 교수들에 의해 계속 진행되어 왔기 때문에 복지부보다는 시행착오를 덜 거치며 이 일을 해낼 수 있다. 부모 교육 및 영아 교육 프로그램을 갖고 있는 교육부와 대학 유아교육학과·보육과·아동학과 교수들이 서로 협력하면서 지속적으로 연구하고, 또 엄마·아빠·교사들을 교육하며 0~2세 아이들을 제대로 키워보자. 저출산으로 아기들이 대폭 줄어든 지금, 우리들은 서로 전공이 다른 이들의 기싸움이나 예산액에 매달리는 부처 이기주의가 언젠가 해결되기를 바라며 기다릴 시간이 없다. 단 한 명의 아이라도 놓칠 수 없기 때문이다.

　사람은 살아가는 동안 3분의1을 잠으로 보낸다고들 한다. 잠은 눈동자가 빠르게 움직이며 꿈을 꾸는 렘수면 상태와 비(非)렘수면으로 나뉜다. 선잠이라고도 불리는 렘수면은 전체 수면 시간 중 90~120분 정도에 불과하지만 깨어있을 때만큼 뇌가 활발하게 움직인다. 하지만 정확히 어떤 기능을 하는지에 대해 밝혀지지 않은 상태다. 국내 연구진이 이처럼 미지의 영역으로 남아있는 렘수면의 비밀을 한꺼풀 벗겨냈다.　한국과학기술연구원(KIST) 치매융합연구단 최지현 박사팀은 고해상도 뇌파맵 기술을 이용해 실험용 쥐의 렘수면이 신경세포의 회복과 기억 형성에 도움을 준다는 사실을 발견했다. 이는 미국 국립과학원에서 발행하는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘PNAS’ 최신호에 실렸다. 　연구팀은 생쥐의 뇌에 전극 38개를 삽입한 뒤 5일 동안 수면 부족 상태를 만들었다. 쥐가 선잠이 들면 특정 뇌파와 뇌의 어느 부위가 활성화되는지를 관찰할 수 있는 고해상도 뇌파 맵을 측정했다. 그 결과 감마 같은 짧고 빠른 뇌파가 렘수면 때 급격히 증가하는 것이 관찰됐다. 특히 전두엽과 기억에 관여하는 해마간 신경회로간 활동도 점진적으로 증가한다는 것을 확인했다. 　그렇지만 빠른 뇌파가 급격히 증가해 수면 중 신경활동이 비정상적으로 활발해질 경우 다음날 기억 형성과정에 혼선을 준다는 것도 알았다. 렘수면이 기억에 도움을 주기는 하지만 만성 수면장애가 생겨 렘수면 상태가 길어질 경우 기억과 관련한 뇌기능 장애가 올 수 있다는 것이다. 　최지현 박사는 “이번 연구는 약물 주입이나 유전자 변형 없이 고해상도 뇌파 맵 기술을 이용해 얻은 결과로 치매를 비롯한 각종 질병과 수면의 질의 상관관계를 연구하는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

우리 몸속 혈관의 길이는 약 10만㎞다. 이는 지구 둘레의 두 바퀴 반이다. 혈액은 이 거리를 이동하며 몸 곳곳에 산소와 영양분을 공급해 에너지를 생성하고 남은 찌꺼기는 폐와 신장을 통해 배설시킨다. 따라서 혈액이 원활히 움직일 수 있는 것이 건강에 매우 중요하다. 하지만 나이가 들면 혈관 자체의 탄력성이 떨어진다. 콜레스테롤, 중성지방, 혈전 등 이물질들이 혈관 벽에 달라붙어 혈관이 좁아지고 혈액도 탁해져 혈액순환장애가 발생하기 쉽다. 은행잎 성분은 혈액순환장애를 완화하는 것으로 널리 알려져 있다. 특히 혈액순환에 도움을 주는 징코라이드는 은행잎에만 아주 적은 분량이 존재한다.SK케미칼의 ‘기넥신F’는 SK케미칼이 1992년 자체 개발한 특허 기술로 만든 제품이다. 현재 국내 은행잎 혈액순환 개선 일반의약품 부문의 1위 약품이다. 이에 앞서 1984년 출시된 동방제약의 ‘징코민’은 독자 개발에 따른 특허권 보장 등으로 1990년대 초반까지 승승장구하던 효자 품목이었다. 이후 SK케미칼과의 특허 분쟁 소송, 문제가 없는 것으로 결론 난 에탄올 검출 파문 등에 이어 특허가 만료되면서 존재감을 잃었다. 유유제약이 2003년부터 국내에서 팔고 있는 ‘타나민’은 세계적 생약전문회사인 독일 슈바베에서 만든 ‘EGb761®’을 원료로 쓴다. EGb761®은 ‘은행잎 추출물 761’의 약자다. 슈바베에서 개발한 수많은 샘플 중 가장 효과와 안정성이 뛰어난 761번째 샘플을 표준화한 데서 따왔다. 27단계의 특수 추출 과정을 통해 유해성분을 걸러 낸다. 기넥신F는 혈액순환 개선 효과와 항산화 작용을 통한 세포 보호 효과가 있다고 SK케미칼은 설명했다. 피를 굳게 하는 혈소판의 응집을 막아 혈액의 점도를 낮추면서 혈관을 확장시키는 효능을 갖고 있다. 또 뇌세포 및 신경세포를 보호하고 뇌의 주요한 신경전달 물질인 아세틸콜린의 흐름을 원활하게 해 준다. 따라서 혈관성 및 알츠하이머성 치매에서의 인식기능 저하를 비롯해 뇌 혈류 부전으로 생기는 두통, 이명, 현기증, 단기 기억상실, 우울증 등에 광범위한 효능을 갖고 있다. 은행잎 추출제는 제품 간에 큰 차이가 없는 것으로 알려져 있다. 혈액순환장애는 손발저림, 귀울림, 만성피로, 기억력 감퇴 등의 증상이 나타나다가 고혈압, 심장질환, 치매 등의 중증질환으로 진행되는 게 일반적이다. 이런 원인이 직접적으로 드러나지 않는 경우가 많아 혈액순환제를 건강보조제로 쓰곤 한다. 전경하 기자 lark3@seoul.co.kr

인간의 뇌는 약 860억개의 신경세포로 이뤄져 있다. 올해 세계 인구가 75억명이라고 하니 우리 뇌에는 세계 인구의 12배에 가까운 신경세포가 살고 있다는 의미다. 이렇게 많은 뉴런이 어떻게 조직화돼 감각, 운동, 사고, 감정을 통합해 기능하는지 불가사의한 일이다. 1920년대 독일 예나대의 정신과 의사인 한스 베르거는 세계 최초로 인간의 뇌에서 일어나는 전기적 작용을 실시간으로 기록하는 ‘뇌파 측정기’를 개발했다. 후두엽에서 생기는 ‘알파파’, 깊은 수면 중 발생하는 ‘델타파’와 렘수면에서 생기는 ‘세타파’, 각성 시기에 뚜렷한 ‘베타파’, 선택적 집중 과정에 나타나는 ‘감마파’에 이르기까지 다양한 뇌 활동의 리듬이 밝혀졌다. 여기서 감마파 영역의 뇌 활동은 인지기능뿐만 아니라 여러 가지 정신질환과도 관련돼 있어 주목할 만하다. 감마파는 대뇌피질의 ‘억제성 신경세포’와 ‘흥분성 신경세포’의 상호작용에서 발생하며, 특히 억제성 신경세포의 기능이 떨어질 때 생성 능력이 감소한다. 뇌 과학은 억제성 신경세포가 정상적으로 작동해야 뇌세포들이 일제히 억제되고 일제히 활성화되는 동기화가 가능하다는 사실을 밝혀냈다. 필자는 이런 관점에서 전두엽 아래쪽의 ‘기저전뇌’에서 특정 억제성 세포군이 대뇌피질의 감마파를 조절하는 데 결정적인 역할을 한다는 것을 밝혀낸 바 있다. 오케스트라처럼 대뇌피질의 신경세포가 리듬을 이뤄 작동하도록 돕는 ‘지휘자 신경세포’가 존재하는 것이다. 미국 매사추세츠공대(MIT) 리후에이 차이 박사팀은 최근 ‘광유전학’을 이용해 치매 치료 가능성을 실험했다. 기억을 담당하는 ‘해마’ 부위의 억제성 신경세포에 빛에 반응하는 단백질 ‘채널로돕신’을 발현시킨 뒤 40㎐의 빛으로 자극을 준 것이다. 예상대로 뇌파에서 40㎐의 리듬이 증가하는 소견이 발견됐고, 치매 유발물질로 알려진 ‘아밀로이드 베타’ 단백질은 유의미하게 감소했다. 더 흥미로운 사실은 뇌 속에서 이물질을 제거하는 ‘미세아교세포’가 함께 활성화됐고 이 세포가 다량의 아밀로이드 베타 단백질을 포식하고 있는 것이 포착된 것이다. 연구팀은 여기서 멈추지 않고 외부 조명으로 40㎐의 뇌파 리듬을 주면 어떤 결과가 나오는지 실험해 보기로 했다. 실험 생쥐를 40㎐로 깜빡이는 조명을 설치한 상자 안에 두고 하루 1시간씩 일주일간 노출시키는 실험을 수행했다. 이 실험에서도 같은 결과가 나왔다. 아직 낙관하기에는 이르지만, 뇌 리듬을 활용해 치매를 비롯한 신경정신과 질환의 치료에 한 걸음 다가갈 수 있는 가능성을 엿본 것이다. 뇌파 리듬은 사람과 첨단 공학기술을 연결해 주는 매개체로 이용되기도 한다. 즉, 뇌파 리듬을 분석해 어떤 행동을 하려는지, 어떤 말을 하려는지 미리 알아낼 수도 있다. 이런 기술을 응용해 뇌와 기계 또는 뇌와 컴퓨터를 직접 연결해 작동시키는 첨단 기술이 개발되고 있다. 드라마나 영화에서 심전도가 1자를 그리면서 ‘삐’ 소리를 내는 장면으로 죽음을 표현하는 것을 흔히 본다. 하지만 심전도가 정상이라도 뇌파가 리듬을 보이지 않고 일자를 그린다면 의학적으로는 뇌사의 증거로 판단한다. 어쩌면 우리는 삶과 죽음을 구별하는 중요한 단서를 리듬에서 찾고 있는지도 모른다. 리듬은 ‘시간’이라는 변수와 ‘반복성’을 주요 요소로 갖고 있다. 다시 말해 시간 축을 향한 반복적인 활동이 바로 건강의 지표일 수 있는 것이다. 우리의 심장과 뇌가 그러하듯 외부 조건의 변화에도 리듬을 잃지 않고 조화롭게 반응할 수 있을 때 비로소 건강하다 할 수 있음을 잊지 말아야 하겠다.

상당수의 운전자가 차에 현재의 위치가 어디인지 그리고 목표 장소까지 어떻게 가야 하는지 알려주는 내비게이션을 두고 있다. 사람의 머릿속에도 이런 내비게이션과 비슷한 역할을 하는 세포가 있다. 지도나 GPS 같은 기능을 하는 장소세포 일명 ‘GPS 세포’는 자신의 몸이 현재 어느 위치에 있는지 인지하도록 한다.한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 세바스티앵 로이어 박사와 고려대 심리학과 최준식 교수 공동연구팀은 공간과 사건을 인식하고 기억하는 장소세포가 어떻게 작동하는가를 처음으로 밝혀냈다. 이번 연구는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 20일자에 실렸다. ●해마 속 세포, 내 몸 어딨는지 알려줘 장소세포는 기억과 관련한 해마 부위에 있는 신경세포로 행동인지신경과학 분야의 가장 주목받는 연구 주제로 알려져 있다. 1971년 장소세포의 존재가 처음 밝혀졌고 2014년에는 장소세포를 발견한 과학자들에게 노벨생리의학상이 돌아가기도 했다. 하지만 장소세포의 존재 이외에 공간 속에서 위치를 어떻게 인지하는지에 대한 구체적 기능과 메커니즘이 지금까지 밝혀지지 않았다. 연구팀은 해마에 미세전극을 삽입한 생쥐가 거칠거나 부드러운 혹은 울퉁불퉁한 바닥 등 다양한 재질로 만든 러닝머신을 걷도록 하면서 뇌 신경활동을 기록했다. 그 결과 장소세포는 공간적 정보와 비공간적 감각정보를 기록하는 두 종류로 이뤄져 해마의 상하층으로 질서정연하게 배열된 것을 밝혀냈다. 지금까지 장소세포는 단일한 형태와 메커니즘으로 작동하면서 수평적 위치에 따라 다른 기능을 수행하는 것으로 추정됐다. 이번 연구에서 깊이에 따른 수직적 분포에 따라 기능을 달리한다는 것을 새롭게 찾아냈다. ●기억 관련 질병 치료·AI 개발 활용 로이어 박사는 “이번 연구는 동물과 인간에게서 기억이라는 기능을 담당하는 해마가 장소와 관련된 추상적 정보를 어떻게 처리하는지 이해하는 데 한발 더 다가섰다”며 “치매나 기억상실증 같은 기억 관련 질환들의 치료법을 개발하거나 새로운 인공지능(AI) 알고리즘을 연구하는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

2014년 고시 개정을 통해 ‘간질’에서 명칭이 바뀐 신경계 질환 ‘뇌전증’은 과거 대표적인 난치성 질환으로 알려져 있었다. 그리스어에서 유래한 뇌전증의 영문명 ‘에필렙시’(epilepsy)도 ‘악령에 의해 영혼이 사로잡힌다’는 무시무시한 뜻을 지녔다. 그러나 의술이 발전하면서 뇌전증은 치료가 가능할 뿐만 아니라 관리를 잘하면 일상생활을 하는 데 전혀 문제가 없는 만성질환의 영역으로 넘어왔다. 환자 수도 감소하는 추세다. 국민건강보험공단에 따르면 뇌전증 진료환자 수는 2015년 13만 7760명으로 2010년 이후 2.5% 감소했다. 마침 지난 13일은 ‘세계 뇌전증의 날’이었다. 19일 임희진 고대안암병원 신경과 교수에게 뇌전증의 증상과 치료 시 주의사항에 대해 들었다.Q. 뇌전증은 어떤 병인가. A. 대뇌에는 신경세포들이 서로 연결돼 미세한 전기적 신호로 정보를 주고받는데, 비정상적인 흥분이나 동시적 신경활동에 의해 전기신호가 잘못 방출될 때 경련이나 발작이 일어난다. 발작이 반복되면 뇌전증이라고 한다. 보통 뇌전증이라고 하면 먼저 떠오르는 증상이 바로 전신 경련 증상이다. 발작이 일어나면 의식이 사라지고 온몸이 뻣뻣해진다. 뇌기능의 일시적 마비 때문에 구토와 청색증이 나타나기도 한다. 하지만 뇌전증 증상은 온몸을 떨면서 의식을 잃는 증상만 있는 것은 아니다. 자신도 모르는 사이 멍한 상태로 지나가기도 하고 인지 반응이 조금 늦어지거나 한쪽 팔만 흔드는 등의 증상으로 나타나기도 한다. Q. 뇌전증 치료를 할 때 주의해야 할 사항은. A. 소아 100명 가운데 3명은 뇌전증을 앓고 성인이 된다. 뇌전증은 더이상 숨겨야 할 병이 아니다. 초기에 정확히 전문가 진단을 받고 치료하면 정상생활이 가능하기 때문에 뇌전증이 의심되면 즉시 병원을 찾아야 한다. 뇌전증 환자 10명 가운데 7~8명은 약으로 증세를 호전시킬 수 있거나 완치할 수 있다. 의사와 충분히 상담한 뒤 최소 2~5년은 꾸준히 약을 복용해야 한다. 의사와 상의 없이 약 복용량을 줄이거나 중단해서는 안 되고 여행을 가거나 출장을 갈 때는 약을 넉넉히 챙겨야 한다. 물론 약을 잘 먹고 있다고 해도 과도한 음주와 수면 부족은 발작 증세를 일으킬 수 있기 때문에 주의해야 한다. Q. 발작이 일어날 때 대처법은. A. 뇌전증 환자 가족과 지인은 발작 상황 대처법을 미리 숙지하는 것이 좋다. 전신 발작 환자를 발견하면 우선 환자가 숨을 쉬고 있는지 확인하고 발작을 멈출 때까지 장애물 등에 다치지 않도록 안전한 공간을 만들어 주는 것이 중요하다. 또 팔다리를 붙잡거나 인공호흡을 시도해서는 안 된다. 타액으로 기도가 막힐 수 있기 때문에 고개를 옆으로 돌려줘야 한다. 벨트나 넥타이, 꽉 끼는 단추 등을 풀어주는 것도 환자가 호흡을 유지하는 데 도움이 된다. 상태가 완전히 회복될 때까지 입 안에 아무것도 넣지 말고 움직임을 막지도 말아야 한다. 발작이 10분 이상 계속되거나 의식이 돌아오지 않을 때, 의식 회복 없이 2차 발작이 올 경우에는 빨리 병원으로 옮겨 응급 치료를 받아야 한다. 국내 뇌전증 환자 수는 30만명이 넘는 것으로 추정되지만 사회적인 편견 때문에 환자를 방치하는 경우가 많다. 조기에 정확한 진단과 치료를 받으면 정상생활이 충분히 가능하기 때문에 반드시 병원을 찾아 적절한 치료를 받아야 한다. 정현용 기자 junghy77@seoul.co.kr

한국뇌연구원이 루게릭병, 전두엽 치매 등 퇴행성 뇌신경계 질환의 발병원인을 밝혀낼 유전자 조각을 발견했다. 한국뇌연구원은 정윤하 선임연구원이 포함된 국제 공동연구원팀이 루게릭병과 전두엽 치매와 관련된 수수께끼 유전자 조각(cryptic exons)이 세포 종류에 따라 각각 다르게 발현되는 현상을 찾아냈다고 8일 밝혔다.연구결과는 신경과학 분야의 오픈액세스 저널인 ‘몰레큘러 뉴로디제너레이션’에 게재되었으며, 정 연구원이 제1저자, 미국 존스홉킨스의대의 필립 왕 교수가 교신저자로 참여했다. 연구팀은 Tdp-43 단백질이 원하는 세포에서 발현되지 않도록 한 유전자조작 쥐를 이용해 실험한 결과 근육세포와 신경세포 등 세포 종류에 따라 각각 다른 종류의 수수께끼 유전자가 만들어진 것을 확인했다. 유전자에서 단백질을 만드는 과정을 조절하는 Tdp-43 단백질은 루게릭병과 전두엽 치매의 주요 공통 원인으로 지목된다. 세포에서 발견된 비정상 단백질은 수수께끼 유전자 조각이 끼어들어 만들어진 것으로 구조가 불안정하거나 일찍 분해돼 제 기능을 못하게 된다. 연구팀은 이러한 차이가 루게릭병이나 전두엽 치매 등 세포에 따라 다른 질환을 일으키는 이유를 밝혀줄 것으로 기대했다. 정 선임연구원은 “이번 연구결과는 Tdp-43 단백질과 특정 수수께끼 유전자 조각이 퇴행성 뇌신경계 및 근육질환의 진행과정에 독특한 방법으로 관여한다는 것을 시사한다”며 “뇌신경계 질환, 근육 질환 등의 치료제 개발과 조기진단 마커로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

환자의 생각에 따라 제어할 수 있는 생체공학 팔이 기존 의수(義手) 시장에 혁신적인 바람을 불러일으킬 전망이다. 영국 데일리메일은 지난 6일(현지시간) 임페리얼 칼리지 런던의 연구진들이 척수내에 운동 신경 세포를 이용한 로봇팔을 개발했다고 보도했다. 연구팀은 비엔나 대학에서 어깨 아래나 팔꿈치 위를 절단한 6명의 참가자를 대상으로 기존 근육의 움직임을 원리로 한 의수와, 신경계통을 이용해 움직임을 제어하는 의수를 비교 실험했다. 실험 결과, 참가자들은 기존의 의수를 사용할 때보다 신경세포를 이용한 로봇 팔을 이용할 때 더 광범위하게 움직일 수 있었다는 결론에 도달했다. 기존의 인공 팔은 손상된 팔에 남아있는 근육의 경련을 통해 작동돼 한두 가지의 기본적인 동작만 수행할 수 있었다. 이처럼 활동 범위가 한정적인 이유로 절단 환자들의 약 40~50%가 이를 사용하지 않았다. 그러나 이번 연구를 통해, 척추 신경들을 환자의 흉부나 이두박근내에 손상되지 않은 근육과 연결시킴으로써 환자들이 더 자유롭게 움직일 수 있게 된 셈이다. 손을 오므렸다 피거나 손목 돌리기, 팔을 위아래로 올리고 내리는 모든 것이 가능하다. 원하는 동작을 상상하면 그 신호가 신경에 의해 근육으로 전달되고, 피부 표면의 전자감지기가 신호를 포착해 로봇팔을 조작한다. 궁극적으로 많은 명령이 의수에 프로그램화된다면 더 많은 행동이 허용된다. 또한 척추로부터의 신경을 이용하기 때문에 현존하는 의수와 호환할 수도 있다. 연구팀을 이끈 다리오 파리나 박사는 "팔 하나가 절단되면 신경섬유와 근육 또한 끊어진다"며 "이는 의수를 사용하는 환자들이 보내는 중요한 신호를 얻기 어렵게 만든다"고 말했다. 이러한 이유로 연구진들은 새로운 접근을 시도해보았고, 근육에서 신경체계로 초점을 옮겼다. 그는 "우리 기술은 더 명료하게 신호들을 해독하고 탐지할 수 있다"면서 "3년 안에 시중에 나온다면 로봇 인공 팔의 실현 가능성을 열어 환자들이 더 쉽고 더 유용하게 의수를 사용할 수 있게 될것이다"라고 설명했다. 연구자들은 이것 뿐 아니라 더욱 다양한 ‘생체공학 팔’ 기능을 시험하고 있다. 안정은 기자 netineri@seoul.co.kr

‘뇌실’ 확대…기억력 줄고 난폭해져음주 시 충분한 식사·물 섭취 필요술잔 크기 줄이고 ‘원샷’하지 말아야우리나라 국민들의 음주량은 세계에서도 손꼽히는 수준입니다. 그렇지만 국민들의 건강에 대한 관심이 높아지면서 음주량이 점차 줄어들고 있습니다. 지난해 상반기 식품의약품안전처 조사에서 한국인의 1회 평균 음주량은 맥주(200㎖) 4.9잔, 소주(50㎖) 6.1잔, 탁주(200㎖) 3잔으로 2013년과 비교하면 각각 0.7잔, 0.3잔, 0.2잔이 줄었습니다. 하지만 20대는 여전히 음주량이 많습니다. 남성 기준 소주 8.8잔, 여성 5.9잔 이상인 고위험군 음주율은 20대 65.2%, 30대 62.4%, 40대 62%였습니다. 아무래도 젊으니까 건강에 자신이 있다는 의미겠지요. 그렇지만 많은 이들이 젊을 때부터 과음하면 뇌에 심각한 문제가 발생할 수 있다는 사실은 간과하고 있는 것 같습니다. 5일 학계에 따르면 고신대 의대 가정의학과 연구팀은 2010년 가정의학회지에 한 28세 은행원의 사례를 보고했습니다. 뇌컴퓨터단층촬영(CT) 결과 20대에서는 드물게 치매나 알코올 중독자와 유사한 심각한 뇌조직 위축이 발견됐기 때문입니다. 신경정신계 이상은 없었지만 뇌조직이 쪼그라드는 증상이 심해 의료진은 원인을 분석하기 시작했습니다. 고혈압 같은 특별한 질병은 없었습니다. 분석 결과 가장 유력한 이유는 결국 ‘술’로 드러났습니다. 환자는 무려 10년 동안 일주일에 3~4회씩, 매번 소주 1.5병을 마셨다고 했습니다.●블랙아웃 안심하면 손상 시작 젊을 때는 흔히 ‘필름이 끊긴다’고 표현하는 ‘블랙아웃’이 드물게 나타납니다. 대뇌 깊숙한 곳에 있는 기억력을 담당하는 변연계의 신경세포인 ‘해마’가 알코올 때문에 마비되는 증상입니다. 대부분의 사람들은 자신이 술 취한 상태에서 타인을 해쳤거나 이상한 행동을 한 것은 아닌지 떠올리려 노력하며 괴로워합니다. 이무형 다사랑중앙병원 정신건강의학과 원장은 “블랙아웃은 특히 급격한 혈중 알코올 농도 상승과 관련이 있다”며 “음주 후 수시간, 즉 혈중 알코올 농도가 올라가는 시점에서 발생한다”고 설명했습니다. 큰 문제를 일으키지 않을 때도 많습니다. 혈중 알코올 농도가 0.05% 이상이면 사고와 판단이 느슨해지기 시작하지만 대체로 지능은 잘 유지됩니다. 그래서 많은 사람이 안심하고 폭음을 이어 갑니다. 문제는 여기서 시작됩니다. 체내에 흡수된 알코올을 분해하는 과정에서 ‘아세트알데히드’가 발생하는데, 알코올과 아세트알데히드는 해마의 신경세포 재생을 억제합니다. 영구 기억으로 저장하기 전의 기억이 임시로 머무는 장소인 해마가 손상되면서 영구 기억 자체가 존재하지 않게 되는 것입니다. 초기에는 이런 뇌의 기능에만 문제가 생겼다가 바로 복구되지만 블랙아웃이 이어지면 뇌의 광범위한 구조 변화가 일어납니다. 뇌가 쪼그라들면서 뇌의 텅 빈 공간인 ‘뇌실’이 늘어나는 것입니다. 실제로 미국 웨슬리대 연구 결과 하루 소주 3잔에 해당하는 알코올을 30년 이상 마시면 뇌세포 파괴 속도가 빨라져 뇌의 용량이 평균 1.3% 줄어들고 하루 1잔씩만 마셔도 0.5% 줄어드는 것으로 조사됐습니다. 뇌의 기능이 떨어지면 음주 조절 능력이 낮아져 더 많은 양의 술을 마시게 되고 폭음의 악순환을 낳습니다. 이 원장은 “뇌의 위축은 기억력 저하와 성격의 변화를 동시에 일으키는 것이 가장 큰 문제”라고 경고했습니다. 장기간의 알코올 섭취는 기억 중추와 함께 사람의 성격이나 감정, 행동을 조절하는 ‘전두엽’을 손상시킵니다. 그래서 ‘노인성 치매’ 환자는 기억력 장애와 언어 장애만 나타나는 데 반해 ‘알코올성 치매’ 환자는 감정과 충동을 조절하는 능력에도 심각한 문제가 나타납니다. 이에 대해 이 원장은 “술에 취하면 평소와 달리 난폭한 모습을 보이고 화를 잘 내며 폭력적인 성향이 드러난다”며 “변화된 성격이 굳어지면 술을 마시지 않은 상태에서도 공격적이고 신경질적인 사람이 된다”고 설명했습니다. 블랙아웃과 뇌위축, 알코올성 치매로 연결되는 과정을 끊으려면 결국 절주하는 것밖에는 방법이 없습니다. 6개월에 2회 이상 블랙아웃을 경험하고 이후 그 빈도가 잦아진다면 정신건강의학과 전문의 상담을 고려해 볼 필요가 있습니다. ●음주량 줄이는 습관이 관건 과음하는 습관은 사실 단숨에 끊어야 합니다. 조금만 여유를 줘도 음주량은 금방 회복됩니다. 남궁기 연세대 세브란스병원 정신건강의학과 교수는 “‘아침 해장술은 속을 풀어 준다’는 식으로 해장술을 즐기기 시작하는 순간 알코올 중독이 됐다고 봐도 틀리지 않다”고 지적했습니다. 업무상 술자리가 많아 과음을 피하지 못한다면 몇 가지 수칙을 기억해야 합니다. 남 교수의 설명에 따르자면 우선 식사를 충분히 한 뒤 식욕을 가라앉히고 술을 마시는 것이 좋습니다. 갈증이 날 때는 물이나 음료를 충분히 마셔 갈증을 풀고 술을 마셔야 합니다. 술을 많이 마시지 않기 위한 전략이지요. 소주를 마시면 소주잔보다 작은 양주잔을 사용하고 맥주를 마실 때는 작은 음료수잔을 이용하는 방법도 있습니다. 특히 술을 가득 따르지 말고 절반만 따르는 술 문화를 만드는 게 중요합니다. 받은 술잔은 바로 들지 말고 일단 탁자에 내려놓았다가 시간을 갖고 마시는 게 좋습니다. 술을 마시는 것보다 주변 사람과 이야기를 많이 하고, 남을 욕하기보다 칭찬을 많이 하면 술을 적게 마시게 됩니다. 남 교수는 “술잔을 한 번에 비우지 말고, 여러 번 나눠 마시고 술은 한 가지 종류만 마시는 것도 좋은 방법”이라고 했습니다. 아마 이런 방식으로 술을 마시면 주변에서 큰 소리로 참견을 하고 “재미없다”며 핀잔을 줄 겁니다. 결국 핀잔을 주는 그 사람을 만나지 않는 것이 절주하는 가장 빠른 지름길입니다. 윗사람이라면 술자리에서 과음하지 않겠다는 의사를 분명하게 밝혀야 뇌위축과 알코올 중독, 알코올성 치매의 연결 고리를 끊을 수 있습니다. 정현용 기자 junghy77@seoul.co.kr

체지방 연소를 유발하는 호르몬을 미국 스크립스연구소(TSRI)의 생물학자들이 발견해냈다. 이는 생물연구 분야에 흔히 쓰이는 예쁜꼬마선충을 대상으로 삼은 실험 연구에서 발견된 것으로 앞으로 이런 작용을 하는 호르몬이 우리 인간에게서도 확인되면 다이어트 분야에 혁신을 일으킬지도 모른다. 이번 발견에 대해 연구를 총괄한 수프리야 스리니바산 TSRI 조교수는 “기초 과학이 흥미로운 수수께끼의 열쇠였다”고 설명했다. 기존 연구에 따르면, 신경전달물질인 세로토닌은 지방 연소를 유발한다. 하지만 이런 작용이 정확히 어떻게 일어나는지는 지금까지 밝혀지지 않았다. 이런 의문에 답을 구하기 위해 연구진은 예쁜꼬마선충을 사용한 실험을 진행했다. 왜냐하면 이런 선형동물은 인간보다 단순한 대사체계를 갖고 있지만, 그 뇌는 우리와 같은 신호를 내보내는 많은 분자를 생성하므로 결과는 우리와 관련이 깊은 것으로 여겨지고 있기 때문이다. 연구진은 이런 예쁜꼬마선충의 유전자를 제거함으로써 뇌의 세로토닌과 장내 지방 연소 사이의 경로를 억제할 수 있는지 조사했다. 왜냐하면 각 유전자를 차례로 검사하면 지방 연소가 일어나지 않는 유전자를 발견할 수 있으리라 예상했기 때문이다. 이런 제거 과정을 통해 연구진은 ‘플립-7’(FLP-7)이라는 이름의 신경 펩타이드 호르몬의 정보를 가진 유전자를 발견할 수 있었다. 흥미롭게도 연구진은 포유류도 역시 플립-7과 비슷한 호르몬이 있다는 것을 발견했다. 지금으로부터 80년 전 돼지의 창자에 유입돼 근육 수축을 유발한 펩타이드 ‘타키키닌’이 바로 이것이다. 과학자들은 이 타키키닌이 뇌와 소화 기관을 연결하는 호르몬이라고 믿어 왔지만, 지금까지 누구도 이 신경 펩타이드 호르몬이 지방의 대사 작용과 관련이 있다는 것을 밝혀내지 못했다. 그다음 단계로 연구진은 플립-7이 뇌의 세로토닌 수치와 직접적인 관련이 있는지를 확인했다. 연구를 이끈 라비니아 팔라미욱 TSRI 연구원은 플립-7에 적색 형광단백질을 ‘마킹’(표지)해 살아있는 예쁜꼬마선충에서 일어나는 작용을 볼 수 있었다. 왜냐하면 예쁜꼬마선충은 투명해 속이 보이기 때문이다. 이번 연구는 플립-7이 실제로 세로토닌 수치를 상승하게 하는 반응으로 뇌의 뉴런(신경세포)으로부터 분비된다는 사실도 밝혀냈다. 그런 다음 플립-7은 순환기관을 통해 소화기관에서 지방을 연소하는 과정을 시작했다. “이 과정은 우리에게 중대한 순간이었다”고 스리니바산 교수는 말했다. 이렇게 연구진은 최초로 음식 섭취에 어떤 영향도 없이 지방의 대사 작용을 구체적이며 선택적으로 자극하는 뇌 호르몬을 발견한 것이다. 전체적으로 새롭게 확인된 이번 지방 연소 과정의 경로는 다음과 같이 작용한다. 뇌의 신경회로는 음식 공급 등의 감각 신호에 반응해 세로토닌을 생성한다. 이는 다른 뉴런 다발에 신호를 보내 플립-7을 생성하기 시작한다. 그런 다음 플립-7은 소화 기관 세포에서 수용체를 활성화하고 이 기관은 지방을 에너지로 바꾸기 시작하는 것이다. 또한 연구진은 플립-7 수치를 직접 조절함으로써 나타나는 결과를 조사했다. 세로토닌 자체가 증가하면 음식 섭취와 운동, 그리고 생식 행동에 광범위한 영향을 미칠 수 있다. 하지만 연구진은 플립-7의 수치를 높이면 이후 어떤 부작용도 발생하지 않는다는 것을 발견했다. 즉 예쁜꼬마선충은 단순히 더 많은 지방을 태우는 동안 계속해서 정상적으로 움직였다는 것이다. 이에 대해 스리니바산 교수는 “이번 결과는 전반적으로 세로토닌 수치를 조절할 때 자주 나타나는 부작용 없이 플립-7의 수치를 조절하는 방법을 알아내기 위한 연구로 이어질 것”이라고 말했다. 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’(Nature Communications) 1월 27일자에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@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

　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

우주에서 일정시간을 보내다 온 우주인들의 뇌가 지상에 있을 때와는 다른 형태로 변화한다는 사실이 연구를 통해 밝혀졌다. 미국 미시간대학 연구진은 우주왕복선에 탑승해 우주에서 2주를 보냈던 우주인 12명과, 우주정거장에서 6개월을 보낸 경험이 있는 우주인 14명의 뇌를 기능적자기공명영상(fMRI)로 분석했다. 그 결과 이들의 뇌는 우주에 가기 전과 다녀오고 난 뒤 공통적으로 뇌 곳곳의 회색질(Grey Matter) 용적이 늘어나거나 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 회색질이란 중추신경계에서 신경세포가 밀집되어 있는 부분으로, 정보처리와 인지기능, 사람의 얼굴 표정을 읽는 능력 및 정서조절 능력 등과 밀접한 관계가 있다. 이러한 변화는 우주에 오래 있었던 우주인에게서 더욱 확연하게 나타났다. 구체적으로 살펴보면 뇌에서 하지의 운동기능성을 담당하는 부위의 회색질 용적은 지상에 있었을 때보다 증가한 반면, 뇌척수액의 분비와 배포를 담당하는 부위의 회백질 용적은 줄어든 것으로 나타났다. 연구진은 하지 운동기능성을 담당하는 뇌 부위의 회백질 용적이 증가했다는 것은, 우리 뇌가 미세중력 공간에서 움직이는 법을 새롭게 익히기 위해 뇌가 활발하게 움직였다는 것을 의미한다고 설명했다. 반면 뇌척수액 분비와 배포를 담당하는 뇌 부위의 회백질 용적이 줄어든 것은, 중력이 존재하는 공간에서보다 미세중력 공간에서 뇌척수액을 뇌와 척수에 순환시키는 것이 더욱 수월하기 때문에 이 부위에 대한 활용도가 낮아진 것이라고 분석했다. 연구를 이끈 미시간대학교의 레이첼 세이들러 박사는 “아직 이러한 변화의 정확한 과정은 밝혀내지 못했지만, 이번 연구결과는 뇌척수액 분비와 관련한 질병인 뇌수종 등의 치료방법을 찾아내는데 도움이 될 것”이라고 설명했다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

현대의 컴퓨터 역사는 영화 ‘이미테이션 게임’의 주인공으로 유명한 앨런 튜링으로부터 시작한다. 튜링은 ‘수학적 계산에 대한 알고리즘이 존재한다면 기계적으로 계산할 수 있다’는 명제를 증명함으로써 ‘튜링 기계’를 고안했다. 이 체계를 더욱 구체화해 실제 응용한 사람은 헝가리 출신의 미국 수학자인 존 폰 노이만이다. 폰 노이만은 인간의 뇌 구조에서 영감을 얻어 현대 컴퓨터의 구조를 정립했다. 폰 노이만 구조는 개인컴퓨터부터 슈퍼컴퓨터에 이르기까지 70여년 동안 지속돼 왔다. 그 배경에는 컴퓨터 성능의 지속적인 성장과 대중화에 있다. 그럼에도 컴퓨터는 여전히 인간의 뇌 기능과 거리가 멀다. 현대의 컴퓨터는 단순히 고속으로 연산하고 비교하는 계산기에 불과하기 때문이다. 물론 이것을 극복하려는 시도도 있었다. 최근 각광을 받는 ‘딥러닝’은 인간의 뇌 구조를 모사한 알고리즘인데, 그렇다고 딥러닝으로 구현한 인공지능이 사람과 같은 지능을 가졌다고 보기는 어렵다. 알파고는 바둑을 잘 두지만 장기는 전혀 두지 못하기 때문이다. 다른 한편에서는 인간의 뇌를 모방한 컴퓨터인 ‘뉴로모픽칩’을 개발하고 있다. 뇌의 연산능력 자체는 컴퓨터와 비교하면 매우 낮다. 일반인에게 세 자릿수 곱셈 문제를 낸다면 종이에 써서 계산을 해야겠지만, 컴퓨터는 밀리세컨드(1/1000초) 내에 결과를 보여 준다. 그러나 인간의 뇌는 학습에 의한 정보의 추론이 가능하다. 개와 고양이를 구분하는 문제는 컴퓨터보다 인간이 훨씬 더 효율적으로 해결할 수 있다. 또한 인간의 뇌는 20와트(W) 전력을 소모하는 반면 알파고의 컴퓨터는 70킬로와트(㎾)의 전력이 필요하다. 비교 자체가 무색할 정도의 수치다. 뉴로모픽칩은 저전력으로도 대용량의 정보를 처리할 수 있는 인간의 뇌 구조를 물리적인 반도체 형태로 구현한 것이다. 현재 뉴로모픽칩의 연구 개발은 아직 도전적인 영역에 머물러 있다. IBM은 최근 양산이 가능한 뉴로모픽칩인 ‘트루노스’를 개발했다. 이것은 약 2억 6000만개의 인공 신경세포를 갖고 있다. 인간의 뇌가 1000억개의 신경세포로 구성된 것에 비하면 아직 초기 단계라고 볼 수 있다. 뉴로모픽칩은 국내에서도 뜨거운 관심을 받고 있다. 삼성전자는 지난해 9월 뉴로모픽칩 제작을 위한 설계를 시작한다고 밝혔고 SK하이닉스는 미국 스탠퍼드대와 공동연구 협약을 체결했다. 이처럼 뉴로모픽칩에 대한 기업의 적극적인 행보는 그만큼 잠재력이 큰 분야임을 시사한다. 개발에 성공한다면 바로 인공지능 기술력과 이어지기 때문이다. 뉴로모픽칩이 차세대 컴퓨팅 체계로 대체될지 앞으로의 행보가 기대된다.

얼마 전 반기문 전 유엔 사무총장이 한·일 위안부 합의에 대한 자신의 발언에 거듭 문제 제기를 하는 언론을 향해 “나쁜 놈들”이라고 말해 논란을 빚었다. 이에 반 전 총장은 곧바로 ‘시차 적응이 안 돼서’라고 해명하며 사과했으나 ‘시차 부적응’ 발언은 그의 귀국 후 행보를 공격하는 또 다른 소재로 재활용(?)되는 상황이다.●일시적 불면증·판단력 저하 등 유발 시차 부적응으로 인한 부작용, 즉 ‘시차 증후군’(Jet Lag)에는 일시적 불면증, 집중력, 판단력 저하, 두통 등이 있다. 현지시간과 신체가 인식하고 있는 시간 사이의 부조화로 인해 발생하는 생체시계 오류가 이 증세의 핵심이다. 생체시계 신경세포에 오류가 발생하면 체온, 심박, 호르몬 분비, 세포 전해질 농도 변화 등 생리적 무질서 현상이 나타난다. 이 시차 부적응은 사람들이 실제 체감하는 것보다 훨씬 심각해 미국 프로야구 메이저리그(MLB) 선수들의 경우 1~3시간의 짧은 시차도 경기력에 상당한 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다. 미국 노스웨스턴대 신경생물학과와 통계학과 공동연구진이 1992년부터 2011년까지 20년 동안 열린 MLB 경기 4만 6535개 게임에 대한 각종 통계를 분석해 도출한 통계학적 연구 결과다. 이는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 23일자에 발표됐다. ●동쪽으로 이동할 때 팀 성적 더 낮아 미국에서 시간이 가장 빠른 동부와 가장 느린 서부의 시차는 3시간, 동부와 중부의 시차는 1시간 정도 난다. 연구진이 분석한 경기 가운데 홈팀과 원정팀의 관점에서 시차가 2시간 이상 나는 경기는 4919건으로, 이들 경기를 분석한 결과 시차가 다른 여러 지역을 오갔던 선수들의 성적은 눈에 띄게 나빴으며 방문경기를 마친 직후 홈구장으로 와서 경기를 할 경우엔 ‘홈 어드밴티지’도 거의 없다고 봐야 할 수준까지 떨어지는 것으로 나타났다. 시차는 선수들의 주루를 소극적으로 만들고 민첩성을 떨어뜨려 2루타나 3루타 같은 장타도 덜 나오게 한다고 연구팀은 설명했다. 특히 타자보다는 투수들이 시차에 대한 영향을 더 크게 받아 장타를 맞거나 폭투율이 증가하는 것으로 분석됐다. 또 경기를 위해 동쪽으로 이동하는 팀, 다시 말해 시간을 빠른 속도로 당기는 팀의 성적이 서쪽으로 여행하는 팀, 즉 시간을 지체시키는 팀의 성적보다 저조하다는 사실도 밝혀졌다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

일부 버섯에 치매나 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환을 예방하는 효과가 있다는 연구결과가 나왔다. 미국 과학전문 사이언스데일리는 24일(현지시간) 말레이시아 말라야대학 연구진이 식용버섯과 약용버섯 총 11종에 함유된 화합물에 신경퇴행의 진행을 늦추거나 지연하는 효과가 있는 것을 발견했다고 전했다. 연구진이 확인한 버섯은 노루궁뎅이버섯(Hericium Erinaceus), 망태버섯(Dictyophora indusiata), 잎새버섯(Grifola frondosa), 흰목이버섯(Tremella fuciformis), 송이버섯의 일종(Tricholoma sp.), 계종버섯(Termitomyces albuminosus), 호랑이젖버섯(Lignosus rhinocerotis), 번데기동충하초(Cordyceps militaris), 느타리버섯의 일종(Pleurotus giganteus), 영지버섯(Ganoderma lucidum), 자흑색불로초(Ganoderma neo-japonicum)로 총 11종이다. 이번 연구는 이런 버섯에 뇌 신경세포의 성장을 촉진하고 노화 관련 질환의 원인을 예방할 수 있는 효과가 있다는 것을 보여준다. 사실 버섯은 기존 연구에서도 항산화, 항종양, 항바이러스, 항암, 항염증, 항균, 항당뇨 효과가 있다는 것이 입증됐다. 연구진은 항염증 특성을 가진 버섯은 신경퇴행성질환 등 여러 노화 관련 만성질환에 기여하는 고혈압을 막는 기능성 식품으로 쓰일 수 있다고 말한다. 이번 연구는 버섯의 항치매 활성 화합물과 약리학 검사 결과와 관련한 과학적인 정보를 조사한 것이다. 연구진은 총 11종의 식용버섯과 약용버섯을 선택해 실험 쥐와 그 뇌에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 각 버섯은 특정 뉴런(뇌 신경세포)의 성장과 유지, 증식, 그리고 생존을 조절하는데 주로 관여하는 신경성장인자(NGF)의 생성을 증가시키는 것으로 나타났다. 결국, 이 영향은 뇌와 척수를 연결하는 운동 및 감각 신경망인 말초신경의 재생을 촉진했다. 연구진은 이들 버섯은 신경성장인자(NGF)의 생성을 촉진하므로 세포 사멸을 일으키는 화학물질로부터 뉴런을 보호할 수 있다고 말한다. 또한 일부 버섯에는 뇌의 건강에 특별한 효과가 있는 것이 확인됐다. 약용버섯으로 쓰이는 번데기동충하초는 항산화와 항염증 효과가 있어 뉴런의 사멸은 물론 기억 손실을 예방하는 것으로 나타났다. 노루궁뎅이버섯도 가벼운 인지 손상에 긍정적인 영향을 미쳤다. 또한 주로 차(茶)로 달여 마시는 영지버섯은 인지 능력을 향상하고 수명 연장 효과가 있는 것으로 나타났다. 그런데도 뇌와 인지 건강에 관한 버섯의 효과는 여전히 다른 식물과 약초보다 연구에 있어 초기 단계라고 연구진은 지적한다. 기존 연구는 인지 기능을 향상하는 것으로 밝혀진 빙카(페리윙클)와 인삼이라는 두 약초에 중점을 뒀다. 또한 학자들은 로즈마리에서 향을 내는 활성 에센셜 오일(방향유) 중 하나가 특별한 정신적인 업무를 수행할 때 속도와 정확성을 향상하는 것을 발견했다. 이번 연구를 검토한 삼파스 파르타사라티 박사는 “심혈관계 질환과 암에 혜택을 줄 수 있는 식품 성분에 관한 연구논문과는 대조적으로, 신경퇴행성 질환에 혜택을 줄 수 있는 음식에 중점을 둔 연구는 극히 적다”면서 “이 연구는 신경보호 작용을 가진 더 많은 식재료를 확인하기 위한 자극제가 될 것”이라고 말했다. 연구진은 “치매와 기타 관련 질병을 가진 사람들의 수가 점차 증가하고 있으므로 건강에 좋은 첨가물을 함유하고 의학 효과가 있는 식품을 계속 탐색하는 것은 중요하다”고 결론지었다. 한편 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘약용 식품 저널’(Journal of Medicinal Food) 최신호(1월1일자)에 실렸으며 자세한 내용은 오는 2월 24일까지 무료로 볼 수 있다. 사진=Journal of Medicinal Food 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr