국내 연구진이 세계 최초로 ‘엔도좀’, ‘엑소좀’, ‘리소좀’ 등 생체 세포 속에 있는 소기관들을 빛으로 제어하는 데 성공했다. 세포 소기관은 세포의 성장이나 이동, 분화, 사멸은 물론 신경전달 등 거의 모든 생명 현상에 관여하고 있기 때문에 이번 연구는 암과 신경질환 치료에 새로운 해법을 제시했다는 평가를 받고 있다. ●허원도 교수팀 ‘생체막 올가미’ 개발 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단 허원도(카이스트 생명과학과) 교수팀이 엔도좀 등 세포 속 소기관들의 움직임을 빛으로 자유롭게 조절할 수 있는 ‘생체막 올가미’라는 광(光)유전학 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 이번 연구 성과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘네이처 케미컬 바이올로지’ 최신호에 발표됐다. 세포 내 물질의 수송은 복잡하게 움직이는 막 구조 세포 소기관들이 담당하고 있지만, 그동안은 이들의 움직임을 제어할 방법이 없어 세포 관련 연구가 활발하지 못했다. 연구팀은 세포 소기관의 생체막 성분인 ‘랩(Rab) 단백질’을 푸른색 빛에 반응하는 단백질과 결합해 일종의 올가미를 만들었다. 이 올가미를 이용할 경우 푸른색 빛을 비추면 세포 소기관들이 서로 뭉쳐 움직이지 않고, 빛을 끄면 활발하게 움직인다. ●“최소 자극으로 각종 질병 치료” 연구진은 실험 동물의 암세포와 신경세포에 생체막 올가미를 주입한 뒤 푸른색 빛을 비추자 세포 소기관들이 서로 응집해 이동이 일시적으로 정지돼 암세포와 신경세포의 성장이 멈추는 것을 확인했다. 허 교수는 “이번 연구는 약물이나 전기자극이 아닌 빛을 비추는 최소한의 자극으로 살아 있는 세포 속에 있는 소기관을 움직일 수 있게 해 적외선이나 미세한 광원을 이용해 신경세포 재생이나 생체막 이상으로 생기는 각종 질병을 치료할 수 있는 단초를 마련했다는 데 의미가 있다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

노화가 진행될수록 인지능력과 기억력 등이 감소한다는 것은 익히 알려진 사실이다. 하지만 성별에 따라 인지능력 감소 속도가 다르다는 사실이 새롭게 밝혀져 학계의 관심이 쏠리고 있다. 미국국립노화연구소는 50~90세 성인 2000명을 대상으로 약 10년간 이들의 뇌 기능 변화를 측정·분석했다. 연구진은 정확한 정보를 위해 언어구사능력과 기억력, 학습능력, 주의력 등으로 구성된 인지능력 및 시공간지각력 등으로 구분하고 반복적으로 테스트를 실시했다. 그 결과 성별과 관계없이 첫 테스트보다 마지막 테스트의 점수가 더 낮았다. 시간이 지나고 노화가 진행될수록 남녀 모두의 인지능력이 떨어졌다는 것을 의미한다. 하지만 능력에 따른 점수는 성별에 따라 달랐다. 공간 및 시각과 관련한 시공간지각력 테스트에서는 남성이 여성보다 점수도 더 높은 반면 기억력이나 언어구사능력, 학습력 등의 인지능력 부분에서는 여성이 훨씬 높은 점수를 기록했다. 뿐만 아니라 남성이 여성에 비해 인지능력과 시공간지각력이 감소되는 속도가 더 빠른 것으로 나타났다. 연구진은 이 같은 현상에 대해, 노화와 관련한 인지능력의 감소에 있어서 여성이 남성보다 일종의 ‘회복력’이 더 뛰어나기 때문인 것으로 분석했다. 또 성별에 따라 뇌 구조 및 기능에 차이가 있으며 이러한 사실들이 인지능력 감소속도에 영향을 미친다고 설명했다. 실제로 뇌에서 회백질이 차지하는 부위가 남성에 비해 여성이 더 많다는 연구결과가 발표된 바 있다. 회색질이란 중추신경계에서 신경세포가 밀집되어 있는 부분으로, 정보처리와 인지기능, 사람의 얼굴 표정을 읽는 능력 및 정서조절 능력 등과 밀접한 관계가 있다. 한편 자세한 연구결과는 미국심리학회가 출판하는 학술지인 ‘심리·노화저널‘(Journal Psychology and Aging) 최신호에 실렸다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

특정 세포가 서로 신호를 주고받을 때 쓰는 전기신호와 산성도(pH) 변화를 동시에 파악할 수 있는 센서가 나왔다. 파킨슨병 등 뇌질환의 원인 규명에 중요한 역할을 할 것으로 전망된다. 한국과학기술연구원(KIST)은 6일 "브래들리 베이커 책임연구원팀이 세포막에서 수소 이온을 통과시키는 '통로' 역할을 하는 단백질에 형광빛을 내는 단백질을 달아 신경세포의 전기 신호와 산성도가 변할 때마다 빛 신호를 내는 단백질 센서를 개발했다"고 밝혔다. 이번 센서는 단백질로 만들어져 유전자를 변형하면 세포에 생겨난다. 연구팀은 실제 사람 세포에 이 센서를 만들어 본 결과 전기 신호와 함께 산성도의 변화도 효과적으로 잡아내는 것을 확인했다.KIST는 센서에서 얻은 신호의 결과가 마치 파도가 치는 형상처럼 보여 센서의 이름을 '파도'(Pado)로 정했다고 설명했다. 또 세포 하나뿐 아니라 이 세포와 연결된 주위 세포의 신호까지도 모두 포착했다. 이는 신경세포와 심장세포, 신장세포 등 전기신호와 산성도 변화로 신호를 주고받는 세포에 모두 적용할 수 있다는 의미다. 사람의 뇌와 심장, 면역계 등이 정상적인 기능을 하기 위해서는 전기 신호뿐 아니라 산성도도 적절하게 유지돼야 한다. 특히 뇌 속 산성도의 변화는 암이나 신경질환 등의 질병과 연관성이 높다고 알려진 만큼 정상인 경우와 병에 걸렸을 때 산성도 변화를 각각 알아보는 것은 생명현상을 더 잘 이해할 수 있다는 의미가 있다. 베이커 책임연구원은 2011년 미래창조과학부의 '세계적 수준의 연구센터'(WCI) 사업으로 KIST에 유치한 과학자다. 2009년 세미나 참석차 KIST를 방문했다가 열정적인 한국의 연구 분위기에 매료됐다. 그는 지난해 신경세포의 전기 신호를 포착해 빛 신호로 보여주는 센서 '봉우리'를 개발했다.이번 연구에서는 전기 신호뿐 아니라 산성도 변화까지 한 번에 찾아내도록 센서를 업그레이드한 것이다. 그는 "신경세포부터 면역세포에 이르기까지 건강 상태와 질병 상태에서 산성도가 어떻게 변하는지 파악할 수 있게 됐다"면서 "앞으로 파킨슨병같이 신경세포 이상으로 발생하는 뇌 질환의 근본적인 원인을 규명하는데 도움을 줄 수 있을 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 온라인 학술지 '사이언티픽 리포츠'(Scientific Reports) 4일자에 실렸다. 나우뉴스부 nownews@seoul.co.kr

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

바야흐로 ‘백세인생’ 시대다. 100세까지 건강하게 살고 싶은 것은 모두의 바람이지만 신체뿐만 아니라 뇌도 늙어가는 게 당연한 순리다. 나이가 들면 두뇌 또한 노화되고, 노화 중 뇌 신경세포 손상이 계속 진행되면 흔히 알고 있는 치매로 진행이 된다. 뇌 신경세포 손상은 하루 아침에 일어나는 것이 아니라 꾸준히 진행되는 것이기 때문에 치매가 심각한 상황에 이르기 전까지 예방이 현재로선 최고의 대응책이다. 치매를 예방하는데 큰 효과가 있는 것으로 알려진 음식과 건겅유지법을 소개한다. ● 치매 예방하는 슈퍼푸드 ‘견과류와 블루베리’ 견과류는 미국 주간지 타임(Time)이 선정한 10대 건강식품 중 하나로, 그 중 호두는 두뇌 발달에 필요한 DHA 전구체가 많이 들어있을 뿐 아니라, 무기질 및 비타민 A와 B도 풍부하다. 또한 호두에는 오메가-3 지방산과 항산화 물질인 비타민 E 가 높게 함유되어 있어, 인지능력 감퇴를 예방하는데 효과적이며, 심장 질환과 뇌 혈류 개선에 도움을 준다. 블루베리 또한 치매 예방에 매우 효과적이다. 미국 신시내티대학교 의과대학 연구에 따르면 블루베리가 치매 위험이 큰 노인들의 기억력을 개선하고 뇌 기능을 활성화하는 효과가 있다고 발표했다. 포도보다 무려 30배나 함유하고 있는 색소 성분 안토시아닌은 대표적인 항산화 물질로 체내의 산화작용을 막고, 면역력 증진, 암 예방, 노화방지에 도움을 준다. 또한 블루베리는 치매를 유발하는 아밀로이드 형성을 줄이고 나쁜 콜레스테롤의 산화를 막아 깨끗한 혈관을 유지할 수 있도록 도와준다. ● 꾸준한 운동과 두뇌활동을 통해 신체도 뇌도 건강하게 보건복지부가 발표한 자료에 따르면 치매 가능성을 높이는 요인으로 음주가 2.6배, 운동부족이 1.8배, 흡연 및 비만이 1.6배인 것으로 나타났다. 과도한 음주는 유해산소 발생을 촉진해 신경세포의 퇴행을 빠르게 만든다. 흡연 또한 혈관을 노화시키고 인지기능을 악화시킨다. 그러므로 과도한 음주는 자제하고 금연을 해야 하며 운동을 꾸준히 하는 습관을 길러야 한다. 하지만 무엇보다도 뇌에 강한 충격이나 스트레스를 받지 않는 것이 중요하다. 격한 운동을 하는 경우는 머리에 외부 충격이 가지 않도록 머리 보호 장비를 반드시 착용해야 하며 일상생활에서 스트레스를 받지 않고 긍정적인 생각을 할 수 있도록 노력해야 한다. 김유민 기자 planet@seoul.co.kr

충분히 먹은 뒤에도 포만감을 느끼지 못한다면 비만이 될 위험이 높다. 포만감을 느끼려면 뇌에서 ‘배가 부르다’라는 신호가 전달되어야 하는데, 이러한 신호 체계에 문제가 발생했을 때 과식의 위험이 높아진다. 최근 미국 존스홉킨스의과대학 연구진은 포만감을 못 느끼게 하는 특정한 효소를 발견했다고 밝혔다. 이번 연구에는 재미 한국인 과학자도 참여했으며, 세계적인 골칫거리로 떠오른 비만 문제를 해결할 수 있는 계기가 될 것으로 기대를 모았다. 존스홉킨스의과대학 소속 한국인 과학자인 홍인기 박사후과정 연구원(post-doc)과 연구진은 실험용 쥐를 이용해 특정 효소와 식욕간의 관계를 분석했다. 연구팀은 실험용 쥐 뇌의 신경세포에서 오글루낵 트랜스퍼레이즈(O―GlcNAc transferase·이하 OGT)라는 효소가 생성되지 않도록 조작한 뒤 행동을 관찰했다. 그 결과, 쥐가 먹는 횟수는 1일 18회로 큰 변화가 없었지만, 한 번에 먹는 식사량이 2배로 증가한 것을 확인했다. 또 2주가 지난 후에는 이 쥐의 체중이 정상 쥐에 비해 2배로 증가한 것으로 나타났다. 연구진은 OGT 효소를 가지지 않은 쥐의 신경세포가 시냅스(세포들을 연결하고 신호를 전달하는 세포의 접합부위) 기능이 매우 약해서, 다른 시경세포에서 오는 신호를 받아들일 수 없는 것으로 분석했다. 이 같은 이유 때문에 OGT효소가 없으면 이미 음식을 많이 섭취하고도 ‘배가 부르다’라는 신호가 제대로 전달되지 않아 결국 과식으로 이어진다는 것. 또 이 효소로 인해 시냅스의 길이에도 변화가 생기면서 신호전달에 차질이 발생하는 것으로 분석했다. 선천적으로 OGT 효소 분비가 어려운 사람이라도 과다 섭취를 억제할 수 있는 방법은 있다. 연구진이 강제로 신경세포를 조작했던 쥐 뇌의 시상하부에 있는 특정 세포를 자극하자, 이 세포가 신경세포의 신호전달 기능을 회복시켜 포만감의 신호를 발생시키는 것을 확인했다. 세포 자극을 받은 쥐의 식사량은 다시 이전만큼 줄어들었다. 연구를 이끈 존스홉킨스의과대학의 리차드 허가니르 박사는 “시냅스의 길이가 짧거나 숫자가 적으면 ‘배가 부르다’는 신호를 제대로 전달 받을 수 없다. OGT 효소가 시냅스를 변형시킨다는 사실을 확인했다”고 밝혔다. 자세한 연구결과는 세계적인 과학전문 저널인 ‘사이언스’ 최신호에 실렸다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

인간의 뇌 기능을 학습한 인공지능(AI) 열풍이 뜨겁다. 알파고는 그저 인간과 바둑 다섯 판을 뒀을 뿐이었지만, 걷잡을 수 없이 뜨거운 후폭풍을 몰고 왔다. 한편에서는 인간의 뇌의 구성과 역할, 기능조차 제대로 규명되지 않았는데 인공지능에 대한 과도한 기대와 두려움 등 가공할 미래는 시기상조라고 말하고 있다. 호두껍데기 속 알맹이를 닮은 인간의 뇌 주름은 한정된 두개골에 더 크고 강력한 일종의 처리장치를 장착하기 위한 자연의 해결책이었다. 평평한 사각형의 종이를 이보다 작고 둥근 구멍에 넣으려면 구겨야 하는 것과 같이 뇌에 주름이 생기면 신경세포들 사이의 접합부를 더 짧고 가깝게 만들어 정보 전달을 더 빠르게 할 수 있다. 이렇듯 대뇌피질이나 회백질로 불리는 뇌의 바깥층에 주름이 존재하는 이유는 예전부터 밝혀져 왔지만, 그러한 구조가 어떻게 형성되는 것인지는 지금까지 수수께끼였다. 인공지능 못지않게 뇌에 대한 연구가 여전히 필요한 이유기도 하다. 뇌 주름은 유전적 신호나 생물학적 신호, 혹은 화학적 신호 등으로 발달하는 것인지 아니면 물리적 힘으로 생기는 것인지에 대한 관심은 지금까지도 현재진행형인 연구 대상이었다. 이런 의문에 미국과 핀란드, 프랑스의 공동 연구팀이 뇌 주름이 형성되는 것을 물리적으로 설명할 수 있다는 연구결과를 물리학 분야 세계 최고 권위의 학술지인 ‘네이처 피직스’(Nature Physics)에 발표했다. 이는 특정 뇌 질환들을 이해하는 데 큰 영향을 줄 수 있는 발견이라고 한다. 특히 정준영 박사가 한국인으로서 연구 과정에 주도적으로 참여해 더욱 주목할 만하다. 인간 태아의 뇌는 처음에 주름이 없고 부드러운 상태인데 수정란이 생성되고 20주가 지난 무렵부터 뇌 주름 형성이 시작돼 생후 18개월이 될 때까지 진행된다. 이번 연구에 공동저자로 참여한 미 하버드대의 락시미나라야난 마하데반 교수는 “뇌 주름 구조를 이루는 대뇌피질의 표면적은 만일 같은 크기의 뇌에 주름이 없을 때의 표면적보다 3배 정도 더 크다”면서 “대뇌피질은 뇌 안쪽에 있는 대뇌수질(백질)보다 뇌 성장 시기에 신경세포의 수, 크기, 모양, 위치가 모두 급격한 팽창을 일으킨다”고 설명했다. 또 “이 현상은 대뇌피질에 압력이 가해져 발생한 역학적 불안정성 때문에 뇌에 국부적으로 주름이 생기는 것”이라면서 “이런 간단한 진화적 혁신이 뇌 주름 형성의 주된 이유”라고 말했다. 연구팀은 주름이 없는 태아의 뇌를 자기공명영상(MRI) 장치로 스캔한 데이터를 사용해 특수한 ‘젤’을 소재로 입체 모형을 제작했다. 이어 대뇌피질을 나타내기 위해 모형 표면에는 탄성이 있는 젤을 얇은 층으로 코팅했다. 뇌 성장을 재현하기 위해 연구팀은 이 모형을 특수한 용액에 담갔다. 그러자 모형의 외층 즉 대뇌피질 부위가 그 액체를 흡수해 내층 즉 대뇌수질 부위보다 팽창했다. 그리고 몇 분 뒤 모형의 크기와 모양이 진짜 뇌처럼 변하기 시작했다. 또한 모형에 어떤 생체 조직도 포함하지 않은 실험에서도 같은 과정으로 뇌 주름이 생성되는 것도 확인됐다. 실제로 이번 실험에 참여한 하버드대의 정준영 박사는 “모형은 실제 뇌처럼 보였다”고 말했다. 정 박사는 마하데반 교수 연구실에서 박사후 과정 연구원으로 활동하고 있다. 인간의 뇌는 가장 많은 주름을 갖고 있다. 실제로 뇌에 주름이 있는 것으로 밝혀진 침팬지와 돌고래, 코끼리, 돼지 등 동물들보다 훨씬 많다고 한다. 뇌 주름에 관한 물리적인 설명은 사실 40년 전 하버드대 과학자들이 처음으로 제창했었다. 그리고 이제 이번 연구팀이 입증한 연구결과는 뇌 주름이 물리적 과정이 아니라 순전히 생물학적 과정으로 생성된다는 사회적인 통념에 도전하는 것이어서 많은 논란이 예상된다. 정 박사는 “뇌는 모든 사람이 똑같지 않지만 건강해지려면 주요 주름은 모두 같아야 한다”면서 “우리 연구는 뇌 일부가 적절히 성장하지 않거나 전체적인 기하 구조가 중단됐을 때 적당한 위치에 큰 주름이 생성되지 않으면 잠재적 장애를 일으킬 수 있는 것을 발견했다”고 말했다. 이번 연구에 참여하지 않았지만 논문을 살펴본 미국 스탠퍼드대의 엘렌 쿨 생물공학부 부교수는 논평에서 “뇌 주름이 훨씬 많거나 적으면 발작, 운동기능장애, 지적 장애, 발달 지연 등의 원인이 될 수 있다”면서 “이번 결과는 그런 신경질환을 진단·치료·예방하는데 큰 영향을 미칠 수 있다”고 설명했다. 사진=하버드대(위), 네이처 피직스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

“인류는 몇 광년 떨어진 은하계에서 일어나는 일도 알 수 있고, 원자보다 작은 입자에 대해서도 알고 있지만 우리 두 귀 사이에 존재하는 1.4㎏짜리 물체의 수수께끼는 풀지 못하고 있습니다.” 2013년 4월 미국 버락 오바마 대통령은 과학계의 미개척 분야인 ‘뇌’ 연구에 10년 동안 30억 달러를 투입하겠다는 ‘브레인 이니셔티브’를 발표하며 이렇게 말했다. 이세돌 9단과 구글 인공지능 ‘알파고’ 간 세기의 바둑 대결을 계기로 인공지능과 뇌과학에 대한 대중들의 관심이 한껏 고조되고 있다. 인공지능 같은 컴퓨터 시스템 기술은 인간 최고수를 이길 수준에 도달하는 등 눈부시게 발전하고 있지만, 정작 인공지능이 닮으려 하는 사람의 두뇌에 대한 연구는 아직 걸음마 단계에 있다. ●뇌는 우리 몸속의 ‘작은 우주’ 단단한 두개골 속에 자리잡은 말랑말랑한 순두부 같은 형태의 ‘뇌’는 평균 무게 1.4㎏으로, 몸무게의 2% 정도에 불과한 작은 인체 조직 중 하나다. 그러나 사람의 몸에 들어오는 산소의 15%와 포도당의 50%를 사용하면서 1000억개의 신경세포(뉴런)로 연결돼 1000조개에 이르는 시냅스를 구성하는 ‘작은 우주’다. 뇌 덕분에 사람은 아름다운 예술작품을 창조해 낼 수 있고, 가장 행복했던 순간이 언제인지 기억할 수 있고, 누구랑 친하게 지내야 하고, 어떤 상황을 피해야 하는지를 판단할 수 있다. 이처럼 복잡다단한 뇌를 이해하기 위한 연구는 의학, 약학, 심리학, 생물학, 전자공학, 기계공학, 재료공학, 통신공학, 로보틱스 등 다양한 분야의 학문들이 융·복합된 ‘종합과학’ 형태로 이뤄지고 있다. 단순히 어느 한 분야의 연구만으로는 1000조개에 이르는 조합의 극히 일부분밖에 이해할 수 없기 때문이다. 융·복합 학문인 뇌과학에서 현재 가장 관심이 집중되는 부분은 뇌지도 작성, 뇌·기계 인터페이스(BMI) 기술, 퇴행성 뇌질환 치료 방법 개발 등이다. 결국 인간이 인간다움을 갖고 생명을 영위하고 사망에 이를 수 있도록 건강한 뇌를 유지하도록 돕는 것이 뇌과학의 최종적인 목표인 셈이다. ●뇌 회로도로 건강한 뇌 유지 뇌지도는 1000억개에 이르는 뇌 신경세포가 이를 연결해 주는 수많은 가지들과 어떻게 연결돼 1000조개의 뇌신경계를 만들어 내는지를 한눈에 보여 주는 작업이다. 컴퓨터 서버에 오류가 발생하면 네트워크 지도를 보고 복구 계획을 세우고 전자제품이 고장 나면 회로도를 바탕으로 수리를 하는 것처럼 뇌과학자들은 알츠하이머 같은 퇴행성 뇌질환, 자폐증, 조현병, 우울증 같은 정신과적 질병을 치료하는 데 뇌지도가 긴요하게 쓰일 것으로 보고 있다. 더군다나 정밀한 뇌지도는 ‘딥러닝’ 같은 기계학습 알고리즘의 발전을 가져와 새로운 형태의 인공지능 개발에도 도움을 줄 것으로 기대된다. 2005년 뇌의 모든 구성 요소와 연결구조에 관한 데이터 세트를 의미하는 ‘커넥톰’이란 개념이 제시되면서 연구자들은 자기공명영상(MRI) 기법을 이용해 뇌의 주요 신경다발이 어떻게 연결돼 있는지 영상화하는 ‘휴먼 커넥톰’에 대해 관심을 집중하고 있다. 뇌지도 작성 연구가 활발한 가운데 가장 큰 관건은 지도의 해상도를 높이는 것과 뇌 이미지 데이터를 어떻게 처리하고 보관하고 분석할지에 대한 표준화된 소프트웨어를 개발하는 것이다. BMI 기술은 인간의 뇌를 기계와 연결해 뇌신경 신호를 실시간으로 해석해 활용하거나 외부 정보를 입력하고 변조시켜 인간 능력을 증진시키는 융합기술이다. 현재 BMI는 사고나 질병으로 몸을 움직일 수 없는 환자들을 치료하기 위한 수단으로 개발되고 있다. 생각만으로 휠체어나 인공기관, 마비된 팔과 다리를 대신할 로봇 팔다리를 조종할 수 있게 BMI 기술이 발전하기 위해서는 뇌파의 측정과 분석을 통해 건강한 뇌파를 유지할 수 있도록 조절하는 ‘뉴로 피드백’ 기술의 발전도 함께 가야 한다. ●이달 14~20일은 ‘세계 뇌 주간’ 뇌과학의 연구 성과에 가속도가 붙으면서 우리 ‘뇌’를 똑바로 알자는 연구자들의 움직임도 활발하다. 미국 뇌신경과학 분야 사립연구기관인 DANA재단은 1992년부터 매년 3월 셋째주를 ‘세계 뇌 주간’으로 정해 일반인들에게 뇌 연구의 중요성을 이해시키기 위한 다채로운 행사를 진행하고 있다. 현재 전 세계 60개국이 이 행사에 참여하고 있다. 우리나라도 2002년부터 뇌 주간 행사를 열고 있다. 올해도 한국뇌연구협회 등 6개 기관과 학회가 모여 ‘뇌연구 궁금해요’라는 주제로 이달 20일까지 다양한 공개강연 행사를 갖는다. 차두원 한국과학기술기획평가원(KISTEP) 박사는 “최근 선진국들의 연구 추세를 보면 뇌과학은 단순한 연구과제가 아니라 한 국가의 과학 역량이 총집결된 국가적 프로젝트가 되고 있기 때문에 대중들의 관심을 집중시키기 위한 노력이 병행되고 있다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

환자의 줄기세포를 이용해 백내장을 치료하는 등 실명 위험을 막을 수 있는 연구 결과가 속속 나오고 있다. 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 9일자에는 줄기세포를 이용한 안과질환 치료에 관한 논문 2편이 실렸다. 미국 샌디에이고 캘리포니아대(UC샌디에이고) 의대와 중국 중산대 안과학 연구소 공동연구팀은 환자의 줄기세포를 이용해 선천성 백내장을 치료하고 정상 시력을 회복하는 데 성공했다. 선천성 백내장은 다운증후군 같은 유전적 이상이나 뱃속에서 풍진에 감염된 경우, 탄수화물 대사이상 등으로 발생한다고 보고 있지만 아직까지 정확한 발병 원인을 알 수 없다. 일반적으로 백내장은 약물이나 외과 수술로 치료하는데, 어린이는 계속 성장하기 때문에 영유아 때부터 시작되는 선천성 백내장에 대해서는 수술도 쉽지 않다는 문제가 있다. 연구팀은 선천성 백내장에 걸린 2세 이하의 유아 12명을 대상으로 줄기세포 삽입 수술을 실시했다. 연구진은 환자의 수정체를 제거한 뒤 수정체가 모양을 갖추도록 도와주는 막인 수정체낭에 줄기세포를 주입해 정상적인 투명한 수정체로 성장시키는 데 성공했다. 특히 유아 환자는 합병증 없이 3개월 만에 깨끗한 수정체를 갖는 등 빠른 치료 경과를 보이고 정상 시력을 되찾아 기존의 플라스틱 인공렌즈 삽입 수술 효과보다 더 나은 것으로 밝혀졌다. 중산대 장강 교수는 “이번 연구는 인체 스스로의 재생 능력을 활용해 질병을 치료하는 새로운 접근법을 제시한 것으로, 나이가 들면서 수정체가 혼탁해지는 노인성 백내장 치료에도 적용할 수 있도록 추가적인 연구를 진행 중”이라고 설명했다. 영국 카디프대 의대와 오사카대 의대 공동연구팀도 인간 유도만능줄기세포(iPS)를 이용해 눈의 검은자 윗부분에 해당하는 각막 상피조직을 만드는 데 성공했다. 눈은 사람의 신체 중에서 가장 복잡할 뿐만 아니라 다양한 신경세포와 연결돼 있기 때문에 안구 세포를 추출해 보존하기 쉽지 않아 각막 질환이 발생하면 실명으로 이어지는 경우가 많았다. 연구팀은 iPS 세포에서 각막과 수정체 등으로 분화할 수 있는 유전자를 갖춘 조직을 만든 뒤 이 조직을 이용해 0.05㎜의 각막 상피세포판을 만드는 데 성공했다. 연구진은 이렇게 만들어진 세포판을 각막이 손상된 토끼에게 이식하자 정상적인 시력을 갖게 되는 것을 확인했다. 카디프대 앤드루 쿠안톡 교수는 “줄기세포 기술로 신체 중 가장 구현하기 어렵다는 안구 세포를 만들 수 있다는 것을 규명함으로써 각막 손상 환자가 이식 외에 다른 방법으로도 정상적인 시력을 되찾을 수 있음을 보여 줬다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

영리하고 사리분별 잘 하던 고양이가 아무 이유 없이 계속 운다. 늘상 다니던 집안에서 헤맨다. 모래 위에서 잘 보던 대소변을 침대 위나 엉뚱한 곳에서 해결한다. 전형적인 '고양이 치매' 증상이다. 일본 도쿄대 등 연구진은 최근 고령으로 죽은 고야잉의 뇌를 자세히 조사한 결과, 인간의 알츠하이머와 같은 메커니즘으로 신경세포의 탈락이 일어나고 있던 것을 규명할 수 있었다고 밝혔다. 연구진은 나이가 22세까지였던 고양이 23마리를 조사했다. 이들의 뇌에는 8세쯤부터 베타아밀로이드가 쌓였고 14세 무렵에는 타우 단백질이 쌓여 신경원 섬유변화가 나타나고 해마에서는 신경세포가 탈락하는 것으로 나타났다. 참고로 고양이의 수명은 최대 20년 정도다. 사람으로 치면 100세 정도에 해당한다. 알츠하이머병은 ‘베타아밀로이드’라는 단백질이 뇌의 신경세포 밖에 쌓여 생기는 ‘플라크’(노인반)와 ‘타우’(tau) 단백질이 과잉으로 인산화돼 세포 속에 쌓여 생기는 ‘신경원 섬유변화’라는 두 가지 병리 변화로 나타난다. 또 기억을 담당하는 뇌의 해마 신경세포가 탈락해도 나타날 수 있다. 또한 이 연구로 고양이 몸에 축적되는 베타 아밀로이드와 타우 단백질이 우리 인간의 몸에 쌓이는 것과 같다는 것도 밝혀졌다. 반면 개와 원숭이, 실험용 쥐는 고양이와 달리 나이가 들어 플라크가 쌓여도 신경원섬유변화나 신경세포의 탈락이 확인되지 않고 있는 것으로 확인됐다고 덧붙였다. 연구진은 나이 든 고양이의 뇌를 연구함으로써 인간의 알츠하이머병과 같은 치매를 치료하는 방법을 개발하는 데 도움이 될 수 있다고 설명했다. 이번 연구결과는 국제 신경병리학회지(International Journal of Neuropathology) 최신호에 실렸다. 사진=포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

MIT 등 美연구진, 셀誌에 발표 외로움과 관련한 뇌의 특정 부위가 발견됐다고 미국 매사추세츠공과대(MIT)가 최근 발표했다. MIT와 캘리포니아대 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA) 등의 과학자들이 참여한 공동 연구진이 우리 인간과 마찬가지로 외로움을 느끼는 동물 가운데 쥐를 대상으로 한 실험에서 위와 같은 부위를 발견했다. 인간은 진화 역사적인 측면에서 먹을 것이나 살 곳을 마련하기 위해 한 개인보다는 집단으로 협동하는 것이 생존에 유리했다. 따라서 우리 몸속에는 공동체 속에서 편안함을 찾으려 하는 본능이 뿌리를 내리고 있어 홀로 고립됐을 때 종종 외로움이나 고통, 비참함을 느끼게 된다. 외로움으로 표현되는 이런 감정과 관련한 뇌 부위는 뇌 뒤쪽에 있는 배측봉선핵(Dorsal Raphe Nucleus, DRN)에 있었다. 이는 등쪽솔기핵이라는 명칭으로도 불린다. 연구진에 따르면, 집단으로 생활한 실험 쥐들은 DRN 뉴런(신경세포)이 활발하지 않았지만 이들이 고립된 상황에 놓이게 되면 DRN 뉴런이 활성화돼 이후 사회적 접촉에 민감해졌다. 또한 고립된 다음 다시 집단에 합류시킨 쥐들에서도 해당 부위의 신경 활동은 급증했다. 즉 한 번 고립됐던 쥐는 그렇지 않은 쥐보다 훨씬 사교성이 높아져 있었다는 것이다. 이와 함께 연구진은 집단에서 서열이 높은 쥐들이 고립이라는 사회적 변화에 관한 반응성이 높은 것을 확인했다. 이는 사회적 지위가 높을수록 외로움의 영향을 더 받기 쉬울 가능성이 있는 것이라고 연구진은 설명했다. 이번 연구에 공동저자로 참여한 케이 타이에 MIT 교수는 “집단 안에서의 사회적 경험이 모든 동물 개체에 똑같이 영향을 주는 것은 아니다”며 “지배적인 위치에 있는 쥐는 자신이 속한 사회적 환경을 좋아하지만, 그렇지 못해 매일 괴롭힘을 당하고 있는 쥐는 사회가 그리 즐거운 것이 아니어서 소외감마저 느끼고 있을지도 모른다”고 설명했다. 사실 이번 발견은 우연에 의한 것이었다. 이번 연구에 대표저자로 참여한 질리언 매튜스 MIT 박사는 “약물 남용이 DRN 뉴런에 어떤 영향을 주는지를 연구하던 중 약물을 투여하지 않은 통제군의 쥐를 일정 기간 격리한 뒤에 DRN 활동이 강화되는 것이 발견돼 추가 연구로 DRN 뉴런이 분리 반응하고 있는 것을 확인했었다”고 설명했다. 연구진은 이제 앞으로의 연구에서 DRN 뉴런이 단순히 외로움을 감지하고 있는 것인지 아니면 그 원인이 되는지를 조사하고 DRN 뉴런의 차이가 사회성 수준에 차이를 유발하는지를 탐구할 계획이다. 타이에 교수는 “우리가 아는 한 외로움과 같은 정신적 상태는 뇌세포에서 특정된 것이 이번이 처음이다”면서 “우리는 이 연구를 본격적으로 시작하기 위한 출발점에 도착한 것”이라고 말했다. 이번 연구결과는 세계적 학술지 ‘셀’(Cell) 최신호에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아(위), MIT 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지카 바이러스가 태아 소두증 외에도 희귀 신경질환인 길랭-바레 증후군을 유발한다는 것이 처음 확인됐다. 　지난달 29일 의학학술지 랜싯에 실린 논문에 따르면 프랑스 파스퇴르 연구소 연구진은 2013∼2014년 프랑스령 폴리네시아의 길랭-바레 증후군 환자를 전수 조사해 대부분에서 지카 바이러스 감염 흔적을 확인했다. 이들이 조사한 환자 수는 42명이다. 　이들 중 88%가 신경질환 증상이 나타나기 6일 전쯤 지카 바이러스 감염 증상을 보인 것으로 조사됐다. 또 42명 모두의 혈액에서 지카 바이러스 항체가 확인됐다. 　길랭-바레 증후군은 바이러스 감염 등으로 몸 안의 항체가 신경세포를 공격해 근육을 약화시키는 희귀 신경질환이다. 심하면 마비도 일으킨다. 　연구진은 지카 바이러스 감염자 10만 명당 24명 꼴로 GBS가 나타나는 것으로 추정했다. 　당시 GBS 환자들은 마비와 호흡곤란을 동반하기도 했다. 그러나 심각한 단계를 지난 후에는 회복 속도가 빨라 3개월 내에 57%가 다시 걸을 수 있었다고 연구진은 전했다. 　 　연구를 주도한 아르노 퐁타네 교수는 “지카 바이러스 유행지에서는 유행 절정기에 중환자실에서 많은 환자들을 치료해야 할 수 있다”며 “GBS 환자 비율이 많지는 않지만,한 번 발병하면 35일간 병상을 독점해야 한다”고 설명했다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

우리나라 국민 4명 중 1명은 평생 한 번 이상 우울과 불안 등 정신질환을 경험한다. 보건복지부의 2011년 정신질환실태 역학조사에 따르면 24.7%가 불안, 기분장애, 알코올 사용 장애, 정신병적 장애를 겪은 것으로 나타났다. 그러나 꾸준히 병원 치료를 받은 사람은 이들 가운데 15.3%에 불과하다. 지난해 우리나라 우울증 환자 수는 60만 1152명으로, 처음 60만명을 넘어섰으며, 보건복지부 중앙심리부검센터가 2012~2015년에 자살한 121명을 심리부검한 결과 10명 중 9명(88.4%)은 생전 우울 장애 등 정신건강에 문제가 있었다. 우울증은 병원 치료만 받아도 80% 이상 회복할 수 있는 정신질환이다. 하지만 대부분 사람은 병원을 찾는 것조차 꺼린다. 정신질환에 대한 오해와 진실을 문답으로 풀었다. Q.정신질환은 고칠 수 없나. A.대부분 정신질환은 뇌 신경세포 사이의 신경전달물질이 지나치게 많이 또는 적게 분비돼 뇌 기능에 변화가 일어나 생각과 감정, 행동에 문제가 생긴 것이다. 따라서 약물치료와 정신치료로 증상을 호전시킬 수 있다. 최근에는 부작용이 적으면서 약효가 뛰어난 약물이 개발돼 치료가 쉬워졌다. Q.정신과 약을 먹으면 지능이 떨어지나. A.항우울제, 항정신병 약물, 기분안정제, 항불안제 등의 정신과 약을 복용하면 간혹 약간 졸리거나 낮 동안 머리가 맑지 않은 느낌이 들 수 있다. 하지만 이는 약의 진정작용 때문으로, 적정량을 복용하면 점차 적응되며 부작용도 사라진다. 약물을 복용해 지능이 떨어지거나 신경에 문제가 생기진 않는다. Q.정신과 약을 먹으면 중독되나. A.대부분 정신과 약물은 중독성이 없다. 일부 중독성이 있는 수면제나 안정제 등도 전문의의 처방에 따라 내성이 생기지 않도록 용량을 조절해 가며 복용하면 중독성을 최소화할 수 있다. Q.정신질환을 치료하려면 비용이 많이 든다는데. Q.건강보험 가입자가 우울증으로 처음 진료를 받으면 대략 6만~8만원(본인부담금)이 든다. 사용하는 약물이나 면담시간 횟수에 따라 비용은 달라진다. 세종 이현정 기자 hjlee@seoul.co.kr

MIT 등 美연구진, 셀誌에 발표 외로움과 관련한 뇌의 특정 부위가 발견됐다고 미국 매사추세츠공과대(MIT)가 11일(현지시간) 발표했다. MIT와 캘리포니아대 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA) 등의 과학자들이 참여한 공동 연구진이 우리 인간과 마찬가지로 외로움을 느끼는 동물 가운데 쥐를 대상으로 한 실험에서 위와 같은 부위를 발견했다. 인간은 진화 역사적인 측면에서 먹을 것이나 살 곳을 마련하기 위해 한 개인보다는 집단으로 협동하는 것이 생존에 유리했다. 따라서 우리 몸속에는 공동체 속에서 편안함을 찾으려 하는 본능이 뿌리를 내리고 있어 홀로 고립됐을 때 종종 외로움이나 고통, 비참함을 느끼게 된다. 외로움으로 표현되는 이런 감정과 관련한 뇌 부위는 뇌 뒤쪽에 있는 배측봉선핵(Dorsal Raphe Nucleus, DRN)에 있었다. 이는 등쪽솔기핵이라는 명칭으로도 불린다. 연구진에 따르면, 집단으로 생활한 실험 쥐들은 DRN 뉴런(신경세포)이 활발하지 않았지만 이들이 고립된 상황에 놓이게 되면 DRN 뉴런이 활성화돼 이후 사회적 접촉에 민감해졌다. 또한 고립된 다음 다시 집단에 합류시킨 쥐들에서도 해당 부위의 신경 활동은 급증했다. 즉 한 번 고립됐던 쥐는 그렇지 않은 쥐보다 훨씬 사교성이 높아져 있었다는 것이다. 이와 함께 연구진은 집단에서 서열이 높은 쥐들이 고립이라는 사회적 변화에 관한 반응성이 높은 것을 확인했다. 이는 사회적 지위가 높을수록 외로움의 영향을 더 받기 쉬울 가능성이 있는 것이라고 연구진은 설명했다. 이번 연구에 공동저자로 참여한 케이 타이에 MIT 교수는 “집단 안에서의 사회적 경험이 모든 동물 개체에 똑같이 영향을 주는 것은 아니다”며 “지배적인 위치에 있는 쥐는 자신이 속한 사회적 환경을 좋아하지만, 그렇지 못해 매일 괴롭힘을 당하고 있는 쥐는 사회가 그리 즐거운 것이 아니어서 소외감마저 느끼고 있을지도 모른다”고 설명했다. 특히 이번 발견은 우연에 의한 것이었다. 이번 연구에 대표저자로 참여한 질리언 매튜스 MIT 박사는 “약물 남용이 DRN 뉴런에 어떤 영향을 주는지를 연구하던 중 약물을 투여하지 않은 통제군의 쥐를 일정 기간 격리한 뒤에 DRN 활동이 강화되는 것이 발견돼 추가 연구로 DRN 뉴런이 분리 반응하고 있는 것을 확인했었다”고 설명했다. 연구진은 이제 앞으로의 연구에서 DRN 뉴런이 단순히 외로움을 감지하고 있는 것인지 아니면 그 원인이 되는지를 조사하고 DRN 뉴런의 차이가 사회성 수준에 차이를 유발하는지를 탐구할 계획이다. 타이에 교수는 “우리가 아는 한 외로움과 같은 정신적 상태는 뇌세포에서 특정된 것이 이번이 처음이다”면서 “우리는 이 연구를 본격적으로 시작하기 위한 출발점에 도착한 것”이라고 말했다. 한편 이번 연구결과는 세계적 학술지 ‘셀’(Cell) 최신호(2월11일자)에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아(위), MIT 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

MIT 등 美연구진, 셀誌에 발표 외로움과 관련한 뇌의 특정 부위가 발견됐다고 미국 매사추세츠공과대(MIT)가 11일(현지시간) 발표했다. MIT와 캘리포니아대 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA) 등의 과학자들이 참여한 공동 연구진이 우리 인간과 마찬가지로 외로움을 느끼는 동물 가운데 쥐를 대상으로 한 실험에서 위와 같은 부위를 발견했다. 인간은 진화 역사적인 측면에서 먹을 것이나 살 곳을 마련하기 위해 한 개인보다는 집단으로 협동하는 것이 생존에 유리했다. 따라서 우리 몸속에는 공동체 속에서 편안함을 찾으려 하는 본능이 뿌리를 내리고 있어 홀로 고립됐을 때 종종 외로움이나 고통, 비참함을 느끼게 된다. 외로움으로 표현되는 이런 감정과 관련한 뇌 부위는 뇌 뒤쪽에 있는 배측봉선핵(Dorsal Raphe Nucleus, DRN)에 있었다. 이는 등쪽솔기핵이라는 명칭으로도 불린다. 연구진에 따르면, 집단으로 생활한 실험 쥐들은 DRN 뉴런(신경세포)이 활발하지 않았지만 이들이 고립된 상황에 놓이게 되면 DRN 뉴런이 활성화돼 이후 사회적 접촉에 민감해졌다. 또한 고립된 다음 다시 집단에 합류시킨 쥐들에서도 해당 부위의 신경 활동은 급증했다. 즉 한 번 고립됐던 쥐는 그렇지 않은 쥐보다 훨씬 사교성이 높아져 있었다는 것이다. 이와 함께 연구진은 집단에서 서열이 높은 쥐들이 고립이라는 사회적 변화에 관한 반응성이 높은 것을 확인했다. 이는 사회적 지위가 높을수록 외로움의 영향을 더 받기 쉬울 가능성이 있는 것이라고 연구진은 설명했다. 이번 연구에 공동저자로 참여한 케이 타이에 MIT 교수는 “집단 안에서의 사회적 경험이 모든 동물 개체에 똑같이 영향을 주는 것은 아니다”며 “지배적인 위치에 있는 쥐는 자신이 속한 사회적 환경을 좋아하지만, 그렇지 못해 매일 괴롭힘을 당하고 있는 쥐는 사회가 그리 즐거운 것이 아니어서 소외감마저 느끼고 있을지도 모른다”고 설명했다. 특히 이번 발견은 우연에 의한 것이었다. 이번 연구에 대표저자로 참여한 질리언 매튜스 MIT 박사는 “약물 남용이 DRN 뉴런에 어떤 영향을 주는지를 연구하던 중 약물을 투여하지 않은 통제군의 쥐를 일정 기간 격리한 뒤에 DRN 활동이 강화되는 것이 발견돼 추가 연구로 DRN 뉴런이 분리 반응하고 있는 것을 확인했었다”고 설명했다. 연구진은 이제 앞으로의 연구에서 DRN 뉴런이 단순히 외로움을 감지하고 있는 것인지 아니면 그 원인이 되는지를 조사하고 DRN 뉴런의 차이가 사회성 수준에 차이를 유발하는지를 탐구할 계획이다. 타이에 교수는 “우리가 아는 한 외로움과 같은 정신적 상태는 뇌세포에서 특정된 것이 이번이 처음이다”면서 “우리는 이 연구를 본격적으로 시작하기 위한 출발점에 도착한 것”이라고 말했다. 한편 이번 연구결과는 세계적 학술지 ‘셀’(Cell) 최신호(2월11일자)에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아(위), MIT 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

인간은 말을 배우기 전인 아기일 때부터 색상을 구별할 수 있다는 사실이 연구를 통해 처음으로 확인됐다. 이처럼 색상의 차이를 구분하는 등 사고하는 것은 언어와 문화를 습득함에 따라 가능해진다는 심리학과 언어학 등의 유력한 이론인 ‘사피어-워프 가설’을 뒤집는 성과라고 관련 연구자들은 평가했다. 8일(현지시간) 미국국립과학원회보(PNAS) 온라인판에 게재된 연구논문에 따르면, 아직 말문이 트이지 않은 아기들도 비슷한 색상인 파란색과 녹색의 차이를 뇌에서 확실하게 인식하고 있는 것이 실험으로 밝혀졌다. 연구에 참여한 야마구치 마사미 일본 주오대 인지심리학과 교수는 “인간은 태어날 때부터 어느 정도의 색상을 인식하고 있다는 것이 처음으로 증명됐다”고 설명했다. 연구팀은 생후 5~7개월 된 유아 12명을 대상으로, 색칠된 사각형과 동그라미가 그려진 슬라이드를 보여주는 실험을 진행했다. 이때 기능적 자기공명영상장치(fMRI)를 사용해 뇌 혈액에서 산소를 운반하는 헤모글로빈의 농도 변화를 측정, 뇌 신경세포의 활동 정도를 분석했다. 우선 선명함과 밝기 등에 따라 같은 색상 범주에 들어가지만 서로 다른 두 가지 녹색을 차례로 보여줬다. 하지만 색상을 인식하는 기능이 있는 뇌의 측두부에서는 혈류에 변화가 나타나지 않았다. 이어진 실험에서는 녹색과 함께 비슷하지만 다른 색상 범주에 들어가는 파란색을 보여줬다. 그러자 측두부의 혈류가 증가해 뇌 활동이 높아지는 것으로 나타났다. 이는 아기가 색상을 확실하게 분별하고 있는 것이 확인된 것. 이런 뇌 활동은 성인을 대상으로 한 실험에서도 비슷한 것으로 나타났다. 이에 대해 연구팀은 언어 획득의 여부와 관계없이 미묘하게 다른 여러 색상을 같은 범주로 정리하고 인식하는 뇌 내부 처리 과정이 존재하므로 색상을 구분하는 것은 언어 처리 체계와 독립적인 것이 증명된 것이라고 설명했다. 사진=이치로 구리키/도호쿠대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

인간은 말을 배우기 전인 아기일 때부터 색상을 구별할 수 있다는 사실이 연구를 통해 처음으로 확인됐다. 이처럼 색상의 차이를 구분하는 등 사고하는 것은 언어와 문화를 습득함에 따라 가능해진다는 심리학과 언어학 등의 유력한 이론인 ‘사피어-워프 가설’을 뒤집는 성과라고 관련 연구자들은 평가했다. 8일(현지시간) 미국국립과학원회보(PNAS) 온라인판에 게재된 연구논문에 따르면, 아직 말문이 트이지 않은 아기들도 비슷한 색상인 파란색과 녹색의 차이를 뇌에서 확실하게 인식하고 있는 것이 실험으로 밝혀졌다. 연구에 참여한 야마구치 마사미 일본 주오대 인지심리학과 교수는 “인간은 태어날 때부터 어느 정도의 색상을 인식하고 있다는 것이 처음으로 증명됐다”고 설명했다. 연구팀은 생후 5~7개월 된 유아 12명을 대상으로, 색칠된 사각형과 동그라미가 그려진 슬라이드를 보여주는 실험을 진행했다. 이때 기능적 자기공명영상장치(fMRI)를 사용해 뇌 혈액에서 산소를 운반하는 헤모글로빈의 농도 변화를 측정, 뇌 신경세포의 활동 정도를 분석했다. 우선 선명함과 밝기 등에 따라 같은 색상 범주에 들어가지만 서로 다른 두 가지 녹색을 차례로 보여줬다. 하지만 색상을 인식하는 기능이 있는 뇌의 측두부에서는 혈류에 변화가 나타나지 않았다. 이어진 실험에서는 녹색과 함께 비슷하지만 다른 색상 범주에 들어가는 파란색을 보여줬다. 그러자 측두부의 혈류가 증가해 뇌 활동이 높아지는 것으로 나타났다. 이는 아기가 색상을 확실하게 분별하고 있는 것이 확인된 것. 이런 뇌 활동은 성인을 대상으로 한 실험에서도 비슷한 것으로 나타났다. 이에 대해 연구팀은 언어 획득의 여부와 관계없이 미묘하게 다른 여러 색상을 같은 범주로 정리하고 인식하는 뇌 내부 처리 과정이 존재하므로 색상을 구분하는 것은 언어 처리 체계와 독립적인 것이 증명된 것이라고 설명했다. 사진=이치로 구리키/도호쿠대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

호두껍데기 속 알맹이를 닮은 인간의 뇌 주름은 한정된 두개골에 더 크고 강력한 일종의 처리장치를 장착하기 위한 자연의 해결책이었다. 평평한 사각형의 종이를 이보다 작고 둥근 구멍에 넣으려면 구겨야 하는 것과 같이 뇌에 주름이 생기면 신경세포들 사이의 접합부를 더 짧고 가깝게 만들어 정보 전달을 더 빠르게 할 수 있다. 이렇듯 대뇌피질이나 회백질로 불리는 뇌의 바깥층에 주름이 존재하는 이유는 예전부터 밝혀져 왔지만, 그러한 구조가 어떻게 형성되는 것인지는 지금까지 수수께끼였다. 뇌 주름은 유전적 신호나 생물학적 신호, 혹은 화학적 신호 등으로 발달하는 것인지 아니면 물리적 힘으로 생기는 것인지에 대한 관심은 지금까지도 현재진행형인 연구 대상이었다. 이런 의문에 미국과 핀란드, 프랑스의 공동 연구팀이 뇌 주름이 형성되는 것을 물리적으로 설명할 수 있다는 연구결과를 물리학 분야 세계 최고 권위의 학술지인 ‘네이처 피직스’(Nature Physics) 최신호(2월1일자)에 발표했다. 이는 특정 뇌 질환들을 이해하는 데 큰 영향을 줄 수 있는 발견이라고 한다. 특히 정준영 박사가 한국인으로서 연구 과정에 주도적으로 참여해 더욱 주목할 만하다. 인간 태아의 뇌는 처음에 주름이 없고 부드러운 상태인데 수정란이 생성되고 20주가 지난 무렵부터 뇌 주름 형성이 시작돼 생후 18개월이 될 때까지 진행된다. 이번 연구에 공동저자로 참여한 미 하버드대의 락시미나라야난 마하데반 교수는 “뇌 주름 구조를 이루는 대뇌피질의 표면적은 만일 같은 크기의 뇌에 주름이 없을 때의 표면적보다 3배 정도 더 크다”면서 “대뇌피질은 뇌 안쪽에 있는 대뇌수질(백질)보다 뇌 성장 시기에 신경세포의 수, 크기, 모양, 위치가 모두 급격한 팽창을 일으킨다”고 설명했다. 또 “이 현상은 대뇌피질에 압력이 가해져 발생한 역학적 불안정성 때문에 뇌에 국부적으로 주름이 생기는 것”이라면서 “이런 간단한 진화적 혁신이 뇌 주름 형성의 주된 이유”라고 말했다. 연구팀은 주름이 없는 태아의 뇌를 자기공명영상(MRI) 장치로 스캔한 데이터를 사용해 특수한 ‘젤’을 소재로 입체 모형을 제작했다. 이어 대뇌피질을 나타내기 위해 모형 표면에는 탄성이 있는 젤을 얇은 층으로 코팅했다. 뇌 성장을 재현하기 위해 연구팀은 이 모형을 특수한 용액에 담갔다. 그러자 모형의 외층 즉 대뇌피질 부위가 그 액체를 흡수해 내층 즉 대뇌수질 부위보다 팽창했다. 그리고 몇 분 뒤 모형의 크기와 모양이 진짜 뇌처럼 변하기 시작했다. 또한 모형에 어떤 생체 조직도 포함하지 않은 실험에서도 같은 과정으로 뇌 주름이 생성되는 것도 확인됐다. 실제로 이번 실험에 참여한 하버드대의 정준영 박사는 “모형은 실제 뇌처럼 보였다”고 말했다. 정 박사는 마하데반 교수 연구실에서 박사후 과정 연구원으로 활동하고 있다. 인간의 뇌는 가장 많은 주름을 갖고 있다. 실제로 뇌에 주름이 있는 것으로 밝혀진 침팬지와 돌고래, 코끼리, 돼지 등 동물들보다 훨씬 많다고 한다. 뇌 주름에 관한 물리적인 설명은 사실 40년 전 하버드대 과학자들이 처음으로 제창했었다. 그리고 이제 이번 연구팀이 입증한 연구결과는 뇌 주름이 물리적 과정이 아니라 순전히 생물학적 과정으로 생성된다는 사회적인 통념에 도전하는 것이어서 많은 논란이 예상된다. 정 박사는 “뇌는 모든 사람이 똑같지 않지만 건강해지려면 주요 주름은 모두 같아야 한다”면서 “우리 연구는 뇌 일부가 적절히 성장하지 않거나 전체적인 기하 구조가 중단됐을 때 적당한 위치에 큰 주름이 생성되지 않으면 잠재적 장애를 일으킬 수 있는 것을 발견했다”고 말했다. 이번 연구에 참여하지 않았지만 논문을 살펴본 미국 스탠퍼드대의 엘렌 쿨 생물공학부 부교수는 논평에서 “뇌 주름이 훨씬 많거나 적으면 발작, 운동기능장애, 지적 장애, 발달 지연 등의 원인이 될 수 있다”면서 “이번 결과는 그런 신경질환을 진단·치료·예방하는데 큰 영향을 미칠 수 있다”고 설명했다. 사진=하버드대(위), 네이처 피직스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

국내 연구진이 대표적 난치성 질환인 ‘파킨슨병’의 악화를 막는 방법을 찾아냈다. 파킨슨병 치료의 성공 여부는 뇌 속의 독성 단백질인 ‘알파시누클린’의 이동을 얼마나 잘 차단하느냐에 달렸다. 알파시누클린 단백질이 뇌세포 사이를 넘나들면서 퍼지면 신경세포가 퇴행하고 사멸되기 때문이다. 이필휴 연세대 세브란스병원 신경과 교수팀은 파킨슨병에 걸린 쥐에게 사람의 ‘중간엽 줄기세포’를 투여한 결과 신경 보호 및 행동 개선 효과가 나타났다고 21일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 전문지인 ‘셀리포트’ 2월호 인터넷판에 발표됐다. 파킨슨병을 앓는 쥐에 사람의 골수에서 채취한 중간엽 줄기세포를 주입하고, 아무것도 주입하지 않은 대조군 쥐와 경과를 비교한 결과 줄기세포 주입 실험군에서는 대조군과 달리 파킨슨병이 악화하지 않았다. 중간엽 줄기세포는 인체 내에서 다양한 조직으로 분화할 수 있는 기능을 갖췄다. 연구팀은 중간엽 줄기세포가 뇌 속에서 알파시누클린 단백질에 대응해 신경 보호 효과를 냈기 때문이라고 풀이했다. 중간엽 줄기세포에서 분비되는 ‘갈렉틴-1’이라는 물질이 ‘NMDA 수용체’에 작용해 알파시누클린의 세포 간 이동 및 전파를 억제했다는 설명이다. 이 교수는 “NMDA 수용체는 현재 항경련제나 치매 등의 치료제로 사용되고 있는 만큼 추가 연구 결과에 따라 파킨슨병의 자연적 진행을 지연시킬 수 있는 조절 약물로도 개발할 가능성이 있다”고 말했다. 정현용 기자 junghy77@seoul.co.kr

　국내 연구진이 파킨슨병의 확산을 억제하는 체내 기전을 처음으로 확인하고, 파킨슨 질환이 뇌 속에서 확산되지 않도록 차단할 수 있는 방법을 찾아냈다. 이를 활용할 경우 난치성 질환인 파킨슨병의 확산을 차단할 수 있는 약제 개발에 결정적인 계기가 될 것으로 보인다.　퇴행성 신경계 질환인 파킨슨병은 난치성으로, 시간이 경과함에 따라 몸의 움직임이 느려지고, 인체 강직과 보행장애 등의 증상이 점차 악회되다가 치매 등 새로운 증상을 유발하기도 한다. 현재 국내에 8~9만여 명의 환자가 있는 것으로 추산되고 있으며, 급격한 노령화로 유병률이 빠르게 높아지고 있다.　치료를 위해서는 독성 단백물질인 ‘알파 시누클린(α-Synuclein)’을 적절히 통제해야 한다. 이 물질이 뇌세포 사이를 넘나들면서 신경세포의 퇴행을 초래하거나 사멸시키기 때문이다. 하지만 아직까지 체내 작용 기전이 밝혀지지 않아 파킨슨병을 호전시키는 약물을 개발하지 못하고 있다. 알파 시누클린은 사람의 뇌에 존재하는 정상적인 단백세포이지만 과형성돼 독성 단백물질로 변하면 파킨슨 질환을 일으킨다.　 연세대 세브란스병원 신경과 이필휴(사진) 교수팀은 연구를 통해 이 알파 시누클린 단백질이 원인인 파킨슨 질환 동물모델에 중간엽 줄기세포를 주입한 결과, 세포 사이의 알파 시누클린 활동이 억제되면서 신경 보호효과 및 행동 개선효과가 나타난다는 사실을 확인했다고 21일 밝혔다.　연구팀은 파킨슨 질환을 유발한 쥐를 대조군과 실험군으로 분류한 뒤 실험군에 사람의 골수에서 채취한 중간엽 줄기세포를 주입했다. 같은 방식의 세포실험도 병행했다.　그 결과, 중간엽 줄기세포를 주입한 실험군에서 파킨슨 질환의 억제현상이 뚜렷하게 일어난다는 점을 알아냈다. 　연구팀은 “중간엽 줄기세포에서 분비되는 ‘갈렉틴-1(Galectin-1)’이라는 물질이 NMDA 수용체(그림)를 통해 알파 시누클린의 세포간 이동 및 전파를 억제한 것”이라고 설명했다. NMDA 수용체(N-methyl-D-aspartate receptor)란, 단백질로 이뤄진 신경세포 내의 신경수용체로, 세포 사이의 통신을 이어주며 세포의 사멸을 조절하는 역할을 수행한다.　 NMDA 수용체는 현재 항경련제나 치매 등의 치료제로 사용되고 있으나 아직까지 신경계 퇴행을 억제해 파킨슨 질환의 악화를 억제하는 약제는 개발되지 않고 있다. 그러나 이번 연구 결과에 따라 파킨슨 질환의 자연적 진행을 지연시킬 수 있는 약제 개발이 가능할 것으로 보여 향후 임상연구 결과가 주목되고 있다.　이필휴 교수는 “파킨슨 질환에서 중간엽 줄기세포의 신경보호 효과를 세계 최초로 규명한 기존 임상 결과(2012년 연구 결과 발표)의 작용 원리를 밝혀낸 것이 가장 고무적인 성과”라면서 “부족한 도파민을 보충해주는 지금의 치료 수준에서 벗어나 근본적으로 질환의 확산을 막는 중간엽 줄기세포의 임상 적용을 기대하고 있다”고 말했다.　이번 연구논문은 생명과학 분야의 국제 학술지 ‘셀리포트(Cell Reports)’ 2016년 2월호 인터넷 판에 게재됐다. 　이필휴 교수팀은 2012년 난치성 파킨슨 증후군인 다계통 위축증 환자의 골수에서 추출 분리한 자가 중간엽 줄기세포를 환자의 동맥에 주입해 신경보호 효과를 확인함으로써 중간엽 줄기세포를 이용한 파킨슨질환 치료효과를 세계 최초로 규명해 주목을 받았다.　심재억 의학전문기자 jeshim@seoul.co.kr