뇌신경과학 스타트업 기업인 뉴럴링크를 이끌고 있는 일론 머스크가 뇌에 컴퓨터 칩을 이식한 환자가 생각만으로 체스를 두는 모습을 최초로 공개했다. 미국 블룸버그통신의 20일(이하 현지시간) 보도에 따르면, 8년 전 다이빙 사고로 팔다리가 마비된 환자인 놀랜 아르보우(29)의 모습이 공개됐다. 아르보우는 당시 사고로 어깨 아래 부분의 신경이 손상돼 휠체어 생활을 하고 있다. 아르보우는 지난 1월 뉴럴링크가 개발한 로봇을 통해 뇌에 동전만한 크기의 ‘뇌 임플란트 칩’(N1)을 이식받았다. 뇌 임플란트 칩은 신체 손상으로 사지가 마비된 사람이 각종 기기를 제어할 수 있도록 하는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 장치다. 신경세포(뉴런)가 주고받는 신호를 전극채널 1024개로 구성했다. 머스크는 뉴럴링크의 첫 BCI 장치의 이름을 ‘텔레파시’로 명명한 바 있다.뇌 임플란트 칩을 이식받은 아르보우는 컴퓨터의 마우스를 원격으로 제어하는 모습을 직접 선보였다. 아르보우는 영상에서 “컴퓨터 화면에서 커서가 움직이는 것을 상상하고, 이후 원하는 곳에 커서를 놓는 생각을 하면 실제로 커서가 어디든 움직인다”면서 컴퓨터로 체스를 두기도 했다. 그는 이어 “(생각만으로 컴퓨터를 조종하는 것은) 정말 멋지다. 이 일에 참여하게 된 것은 정말 행운”이라면서 “매일 새로운 것을 배우는 기분”이라고 소감을 밝혔다. 뉴럴링크의 칩을 이식받은 환자가 실제 생각만으로 기기를 조종하는 모습이 공개된 것은 이번이 처음이다.앞서 머스크는 지난달 뉴럴링크 임상시험과 관련해 “칩을 이식받은 환자의 상태가 매우 양호하며, 생각만으로 화면에서 마우스 커서를 움직일 수 있었다”고 전한 바 있다. 당시 머스크는 뉴럴링크의 칩을 ‘텔레파시’라고 부르며 “(뉴럴링크의 칩은) 생각하는 것만으로 휴대전화나 컴퓨터는 물론 그것들을 통하는 거의 모든 기기를 제어할 수 있도록 돕는다”면서 “스티븐 호킹이 타자를 빨리 치는 타이피스트나 경매인보다 더 빠르게 의사소통을 할 수 있다고 상상해 보라. 그것이 목표”라고 말했다. 인간의 뇌 대상으로 하는 뉴럴링크 임상시험, 윤리적 논란 휩싸여 이번에 처음 공개된 뉴럴링크 칩 이식 환자의 모습은 머스크의 ‘자랑’이 그저 허풍에 지나지 않았다는 것을 입증했지만, 여전히 윤리적 논란에서 자유롭지 못하다.미국 인터넷매체 복스는 전직 뉴럴링크 직원들의 증언을 인용해 “뉴럴링크는 초창기 동맥을 통해 뇌에 장치를 전달하는 방법을 찾았음에도 2019년 이 방법을 폐기하고 뇌에 직접 이식하는 방식을 선택했다”고 폭로했다. 뉴럴링크를 퇴사한 한 신경외과 전문의는 “뇌에 전극이 통과할 때마다 뇌 세포에 어느 정도 손상이 간다”면서 “만약 목표가 사지 마비 환자를 돕는 것이라면 이것은 불필요한 일”이라고 지적하기도 했다. 뉴럴링크가 실험 과정에서 동물을 동원한 사실도 꾸준히 비난의 대상이 됐다. 지난해 12월 로이터 통신의 보도에 따르면, 2018년 이후 뉴럴링크의 실험으로 죽은 양과 돼지, 원숭이 등 동물은 총 1500마리에 이르는 것으로 추정된다. 해당 주장이 나온 뒤 미 농무부는 뉴럴링크를 동물복지법 위반 혐의로 조사하기도 했다.

존엄한 노년을 방해하는 대표적인 질환이 치매다. 알츠하이머는 치매의 최대 80%를 차지하는 핵심 원인으로 꼽힌다. 알츠하이머 발생 원인에 관해 다양한 연구가 진행되고 있는데, 국내 연구진이 갑상샘 호르몬과 알츠하이머의 상관관계에 대해 밝혀 눈길을 끈다. 서울대 의대 연구팀은 뇌 내 갑상샘 호르몬 결핍이 알츠하이머 악화와 밀접한 관계가 있다고 18일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 3월 16일 자에 실렸다. 알츠하이머는 아밀로이드 베타와 타우 단백질이 과도하게 뇌에 축적되면서 신경세포가 손상되고 염증이 생기면서 발생하는 것으로 알려져 있다. 그런데, 갑상샘 호르몬은 뇌 발달과 기능에 중요한 역할을 해 갑상샘 호르몬 수치의 불균형이 뇌 건강과도 밀접한 관계가 있어 알츠하이머 발병과 진행에도 영향을 미칠 것으로 보는 연구자들이 많다. 실제로 갑상선 기능 저하증은 기억력을 비롯한 인지 능력 저하, 브레인 포그 같은 알츠하이머 증상과 유사하다. 여러 역학 연구를 통해 알츠하이머 환자의 혈액, 뇌척수액, 사후 뇌 조직에서 갑상샘 호르몬 수치 변화가 보고되기는 했으나 둘 간 명확한 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 알츠하이머 치매를 일으킨 생쥐의 갑상샘 호르몬 수치 변화를 관찰했다. 그 결과, 기억에 관여하는 해마 영역에서 갑상샘 호르몬 수치가 알츠하이머 초기부터 감소하는 것이 확인됐다. 이는 혈중 갑상샘 호르몬 수치 감소보다 더 빠르게 일어났다.연구팀은 또 뇌 조직을 이용한 단일 세포 분석을 통해 갑상샘 호르몬 결핍이 뇌 면역세포인 미세아교세포의 기능에 영향을 미친다는 사실도 발견했다. 요오드 결핍 사료를 먹여 갑상샘 호르몬이 완전히 고갈된 치매 생쥐의 미세아교세포는 알츠하이머 원인 물질인 아밀로이드 베타 단백질 덩어리를 제거하지 못해 인지적 행동 장애가 더욱 악화되는 것이 관찰됐다. 연구팀은 뇌 내 갑상샘 호르몬이 부족한 알츠하이머 치매 생쥐에게 활성형 갑상샘 호르몬 T3를 투여한 결과, 치매 쥐의 기억과 인지기능이 회복된 것을 확인했다. 또 뇌 내 아밀로이드 베타와 타우 단백질의 과도한 축적도 줄어들었다. 연구를 이끈 묵인희 서울대 의대 교수는 “이번 연구는 갑상샘 호르몬이 뇌에서 아밀로이드 베타 단백질에 대한 미세아교세포의 면역 반응을 형성하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여줬다”라고 말했다. 묵 교수는 “갑상샘 호르몬 보충을 통해 알츠하이머 치매 치료 가능성도 크다”라고 덧붙였다.

뇌의 신경신호를 통해 생각만으로 기계를 작동시킬 수 있는 ‘뉴럴 인터페이스’(뇌와 컴퓨터를 연결하는 개념) 전자회로를 두개골 표면에 새길 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 13일 기초과학연구원(IBS)에 따르면 IBS 나노의학연구단 천진우 단장(연세대 특훈교수), 박장웅 연구위원(연세대 신소재공학과 교수), 세브란스병원 신경외과 장진우·정현호 교수 공동 연구팀은 뇌신경세포 수준의 크기와 유연성을 갖는 인공 신경전극을 뇌 안에 이식하고, 신경전극을 통해 검출된 뇌파의 신호를 처리해 전송할 수 있는 전자회로를 두개골 표면에 직접 3D 프린팅하는 기술을 개발했다. 뉴럴 인터페이스는 뇌파를 통해 기계나 전자기기를 제어하는 기술이다. 연구팀은 “사람은 언어나 행동을 통해 생각과 감정을 상대방에게 전달하고, 마우스나 키보드를 이용해 컴퓨터에 명령을 내리지만, 이 기술은 머릿속에 무언가를 떠올리는 것만으로 이를 바로 전달할 수 있는 기술”이라고 설명했다. 말을 하기 어렵거나 몸이 불편한 사람들도 자유롭고 정확하게 의사를 표현할 수 있다는 것이다. 뇌와 컴퓨터를 연결해 뉴럴 인터페이스를 완성하기 위해서는 뇌 내 각 영역에서 발생하는 신호를 감지할 수 있는 삽입형 신경전극과 감지한 신경신호를 외부 기기로 보내고 통신할 수 있는 전자회로가 필요하다. 딱딱한 금속과 반도체 재료들로 이루어진 신경전극은 부드러운 뇌의 신경조직을 파고들어 뇌세포에 손상을 줄 수 있고, 이 손상 때문에 시간이 지나면 전극과 신경세포 사이에 신경신호가 전달되지 않기도 한다. 전자회로 역시 딱딱하기 때문에 이식받은 사람이 이질감과 불편함을 느끼게 된다. 이 때문에 뇌·컴퓨터 인터페이스는 뇌질환 말기 환자의 치료와 진단을 위한 최후의 수단으로만 사용돼 왔다. 연구진은 이런 문제를 해결하기 위해 기존의 고체 금속 기반과 달리 뇌 조직과 유사한 부드러운 소재인 액체 금속을 이용해 인공 신경전극을 제작했다. 신경세포와 비슷한 지름을 갖는 머리카락 10분의 1 수준의 액체 금속 인공 신경전극은 젤리처럼 말랑말랑하기 때문에 뇌조직 손상을 최소화한다고 연구진은 설명했다. 연구진은 3D 프린팅 기술을 통해 전자회로를 두개골의 곡면을 따라 얇게 형성하고 두피를 봉합함으로써 체내에 무선 전자회로를 제작하는 기술을 개발했다. 연구진은 실험을 통해 8개월 이상 문제 없이 신경신호를 검출하는 데 성공했다. 제1저자 박영근 연구원은 “개발된 뉴럴 인터페이스를 통해 파킨슨병, 알츠하이머병 등 다양한 뇌질환 환자가 질 높은 일상생활을 영위할 수 있게 될 것”이라고 말했다. 박장웅 연구위원은 “생체의 부드러운 특성과 형태를 해치지 않으며 신경전극과 전자회로를 형성함으로써, 조직 손상을 줄이고 이질감과 불편함을 최소화했다”면서, “이번 연구결과를 통해 생체 통합적인 형태의 뉴럴 인터페이스가 다양한 뇌질환 환자 및 일반 사용자에게 광범위하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

용기와 정의로움 또는 남다른 희생정신을 발휘해 어려움과 고난에 처한 이웃과 국민을 구하고 나라를 지켜 준 의로운 사람들, 우리는 그들을 의인 또는 영웅이라고 부른다. 역사적으로 볼 때 의인들은 개인의 입신양명을 추구하지 않았고 음지에서의 묵묵한 헌신과 희생을 몸소 실천한 사람들이었다. 하지만 우리가 배운 역사 속에서 의인과 영웅은 그 숫자를 손에 꼽는 반면 국가와 사회가 위기에 처했을 때 자신의 이익만을 추구하거나 한발 더 나아가 적극적으로 국가와 국민을 해하는 일에 앞장섰던 간악한 사람들 또한 많이 발견하게 된다. 그렇다면 과연 의인들과 그렇지 않은 자들의 차이는 무엇일까? 다양한 관점에서 이 질문에 대한 답을 찾아볼 수 있겠으나 뇌과학적 관점에서 본다면 “의로운 행동을 행하는 자들, 즉 영웅과 일반인들의 뇌는 무엇이 다른가”라는 무척이나 흥미로운 질문을 해 볼 수 있겠다.사람의 뇌는 태어날 때 0.4㎏에 불과하고, 성인이 돼서도 1.4㎏ 정도다. 뇌만 따로 떼어 놓고 보면 접시 위에 놓인 커다란 호두를 연상시킨다①. 뇌의 기능은 방대하고 복잡하지만, 우리가 뇌에 대해 알고 있는 것은 일부분에 불과하다. 최근 들어 뇌과학이 발전하면서 베일이 한 꺼풀씩 벗겨지고 있지만 여전히 우리 뇌에 대한 과학적 지식은 일반인들에게 많이 알려진 편이 아니다. 그렇기 때문에 뇌에 대한 잘못된 상식과 오해로 우리는 자신의 뇌건강을 유지하기 위한 적절한 조치를 취하지 못하거나 그 기능을 제대로 활용하지 못하고 있다. 뇌는 외부자극이나 환경에 적절히 반응해 인간이 사회와 환경에 적응하며 살아갈 수 있게 한다. 시장경제 질서가 지배하는 사회에서는 개인이 보유한 물질과 재화의 크기를 성공의 척도로 보고, 듣고, 배우면서 느끼기 때문에 그와 같은 성취를 이루는 게 좋은 것이라고 각 개인의 뇌에 기억되고, 같은 생각을 가진 다수의 사람들로 인해 사회적 신념으로 형성되다 보면 그렇지 않은 많은 사람들도 그 가치를 좇아 행동하게 된다. ‘물질과 재화를 더 많이 쟁취하는 것이 좋다는 자극’이 뇌를 세뇌시킨 것처럼 말이다. 인간의 뇌는 끊임없이 창조적인 생각을 하고 이를 실현함으로써 물질적으로 삶을 풍요롭게 했지만, 상대적으로 우리가 추구해야 할 숭고하고 의로운 정신이나 이웃과 더불어 사는 행복과 같은 가치는 조금씩 잃어 가고 있다는 사실을 부인할 수 없다. 물질이나 재화를 좇는 마음이 의로운 마음과 공존할 수 있다면 이상적이겠으나 현실은 그렇지 못하다. 의로움을 추구하면서 사는 것은 큰 고충이 따르면서도 우리에게 행복감을 주는 경제적 측면에서 도움이 되지 않는다는 것을 우리의 뇌가 현재의 삶에서 경험적으로 터득했기 때문이다.의로운 행동을 하려고 하는 사람들(이타적인 행동)과 그렇지 않은 사람들(이기적인 행동)의 뇌 작용 방식이 어떻게 다른가를 알아보기 위해 다국적 공동연구팀(미국 하버드대, 이탈리아 볼로냐대, 스웨덴 린셰핑대, 오스트리아 빈대)이 함께 연구를 진행했다②. 연구진은 피실험자들이 생명을 위협받는 화재 상황을 가상현실(VR)로 체험하게 하면서 안전하게 빠져나갈 수 있는 출구와 함께 무거운 물건에 깔려 탈출하지 못하고 있는 사람을 보여 줬다. 피실험자들이 위험에 처한 이들을 구할 것인지, 아니면 자신만 출구를 통해 빠져나갈 것인지를 자유롭게 선택하도록 한 다음 자기공명영상(MRI)법을 통해 위험에 처한 이들을 구하고자 한 참가자(이타적인·의로운 행동을 택한 자)들과 그렇지 않은 참가자(이기적인·안전한 도피를 택한 자)들의 뇌 안에서 일어나는 부위별 활성도 차이를 촬영해 비교했다. 실험 결과 놀랍게도 위험에 처한 사람의 생명을 구하려고 시도한 참가자들 뇌의 특정 부위에서 활성 신호가 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.이것은 본인들만 피신하려 한 참가자들의 뇌와 비교했을 때 뚜렷하게 구분되는 특징이었다. 뇌 안에서 증가한 신호는 바로 대뇌피질의 앞쪽 가장자리인 전전두엽에 존재하는 섬엽(Insular)에서 확인됐다. 자신이 위험에 노출되는 상황에서도 타인의 생명을 구하는 의로운 행동을 선택했던 사람의 뇌와 그렇지 않은 사람의 뇌 작용이 서로 다를 수 있음을 과학적으로 증명한 것이다.뇌의 각 부위③는 저마다의 역할이 있는데, 섬엽은 주로 우리 마음에서 생겨나는 사회적 공감, 도덕적 감정, 직감 그리고 정서적 반응 등 다양한 감정과 반응을 인지하고 행동을 결정하도록 하는 부위다. 타인의 표정에 대한 반응을 일으키고 특정행동의 실행 여부 판단뿐만 아니라 의존, 고통, 유머 그리고 음식취향을 결정하는 등 폭넓은 분야에 관여한다. 과거에도 공감능력이 뛰어난 사람의 경우 섬엽이 발달하거나 활성화가 잘된다는 보고가 있었다. 하지만 아쉽게도 물질만능의 치열한 경쟁사회를 살아가는 현대인들의 섬엽은 활성도가 많이 감소한 것으로 관찰되고 있다. 현대사회는 과도한 경쟁과 성과 중심의 가치를 강조한다. 이로 인해 개인은 경쟁에서 뒤처지지 않기 위해 자기중심적인 사고와 행동에 주력하게 되며 물질적 성공과 과도한 소비가 미덕으로 여겨짐에 따라 그와 같은 가치에 주목하는 동안 타인의 감성과 정서가 미치는 영향은 축소돼 섬엽의 활성화를 저해한다. 특히 디지털 기술과 소셜미디어의 발달은 신속한 정보전달과 편리함을 제공하지만 오히려 사회적 고립을 증가시켜 인간의 감정적인 연결을 저해하고 있다. 다시 “의인, 영웅의 뇌는 일반인들의 뇌와 무엇이 다른가”라는 질문으로 돌아와 뇌과학자로서의 관점에서 대답해 본다면 “적어도 의인들의 뇌에서는 이타적인 공감(empathy) 능력이 활성화되는 부위가 일반인들의 뇌에서보다 더 잘 작용하고 있다”고 할 수 있다. 그 때문에 의인들은 이웃의 아픔, 사회의 부조리, 국가의 위기와 같은 공익적 가치를 더 깊이 받아들이고, 이러한 가치를 지키기 위해 자신의 희생을 두려워하지 않고 정의로운 행동을 실천할 수 있다고 설명할 수 있다. 이러한 측면에서 현대사회의 영웅은 좀더 크고 거창한 가치를 추구했던 전통적인 영웅의 모습이 아닌, 이웃의 어려움을 깊이 공감하고 일상생활에서 작은 도움을 주는 모습에서도 찾을 수 있지 않을까 생각한다. 뇌과학적 이론인 ‘신경가소성(Neuroplasticity) 또는 뇌가소성(Brain Plasticity)’ 원리에 따르면 오감으로 얻어진 경험들은 우리 뇌 안의 신경세포를 통해 활성패턴으로 변환된다. 이러한 신경활성의 패턴들은 보고, 듣고, 느끼는 자극의 크기와 반복성에 따라 신경세포 시냅스의 분자구조를 변화시켜 기억으로 저장한다. 따라서 좋은 배움과 경험을 통해 우리는 뇌 안의 신경세포 내 분자구조를 바꿔 좋은 기억을 만들어 나갈 수 있다. 중요한 것은 어린아이뿐 아니라 청소년과 성인의 뇌에서도 이 같은 변화 과정이 지속될 수 있다는 사실이다. 뇌과학적 관점에서 현대사회에서 다수의 의인을 육성하는 가장 효과적인 방법은 인성교육이다. 그 내용이 감성적 지능과 도덕적 판단능력을 증진하는 데 중점을 둬야 하기 때문에 뇌가 감정과 도덕적 판단에 어떻게 반응하는지를 이해하고, 향상시키기 위한 환경을 조성하는 것이 중요하다. 이를 위해서는 우선 교육과정에서 감성적 지능을 함양하는 게 중요하다. 도덕적 가치를 강조하고 팀 프로젝트와 봉사활동을 통해 협력과 공동체 의식을 강조해야 한다. 뇌의 신경가소성 원리에 따라 다양한 경험을 통해 신경세포 간 연결을 강화하고 긍정적인 경험을 쌓아가도록 유도해야 한다. 우리에게는 물질만능의 시대에 더욱 빛을 발하는 유구한 정신문화가 있다. 사라져 가는 아름다운 정신과 지혜를 우리의 뇌에 다시금 새기고 이를 바탕으로 삶을 살아가는 사람들이 많아진다면 우리 사회는 좀더 나은 곳이 될 수 있지 않을까. 가장 작은 사회인 가정에서 부모는 자녀들에게 공감과 배려의 가치를 심어 주고, 학교는 협력과 공존의 가치를 체득하게 하는 교육과정을 개발해 나가며, 국가는 다양성을 포용하고 공정한 기회를 제공함으로써 구성원 모두가 자신의 능력을 최대한 발휘할 수 있는 환경을 만들어야 한다. 비록 모두가 영웅 또는 의인이 될 수는 없을지라도 많은 사람이 의로움을 바탕으로 이웃의 삶을 존중하는 가운데 더불어 살아가며 더욱 행복한 사회와 국가를 이룰 것을 기대해 본다. ■ 류훈 책임연구원은 25년 전 뇌 연구를 시작하면서부터 줄곧 퇴행성 뇌 질환의 병리기전을 연구해 왔다. 스트레스와 환경적인 요인이 실제 퇴행성 뇌 질환을 일으키는 데 관여할 뿐만 아니라 병리학적으로 비신경교세포가 신경세포를 손상할 수 있음을 세계 최초로 밝혔다. 미국 보스턴대 의과대학 신경과 교수로 근무하면서 인지기능장애(치매)를 비롯한 만성 외상성 뇌손상에 대한 170편 이상의 논문을 꾸준히 발표했다. 초고령화 사회에 진입한 우리나라 노인들의 뇌 건강에 기여하기 위해 2019년부터 KIST 뇌과학연구소에 합류했으며 인재 양성에도 많은 노력을 쏟고 있다. 류훈 KIST 뇌질환극복연구단 책임연구원

“지엔티파마의 신약 물질인 ‘넬로넴다즈’가 세계 최초로 심정지 환자 치료제가 될 가능성이 커졌습니다.” 넬로넴다즈 임상 2상을 주도한 전병조 전남대병원 응급의학과 교수는 31일 서울신문과의 인터뷰에서 “5년 동안 심정지 환자 105명을 대상으로 한 임상시험에서 뇌 손상과 심장기능 부전 등 심정지 후 증후군 발생률이 위약(가짜 약) 투여군보다 약 50% 낮아졌고 부작용은 거의 없었다”며 이같이 말했다. 전 교수는 “식품의약품안전처로부터 ‘품목 조건부 허가’를 받고 시판된다면 세계적으로 심정지 환자 치료에 획기적인 일이 될 것”이라고 강조했다. 이에 따라 제약업계에서는 이미 식약처 ‘희귀 의약품’으로 지정된 넬로넴다즈가 블록버스터급 신약이 될 것으로 기대한다. 업계 관계자는 “신약 물질이 많지만 넬로넴다즈처럼 임상 2상에서 좋은 결과를 보인 물질은 거의 없다”면서 “식약처의 조건부 허가를 받는다면 세계 처음으로 심정지 환자 치료제가 국내 기술로 탄생하게 된다”고 말했다. 가장 많은 환자로 임상 2상을 성공적으로 마무리한 전 교수에게 넬로넴다즈의 임상 결과와 의미 등을 들었다.-심정지는 어떤 질환인가. “여러 원인에 의해 심장박동이 멈춰 환자가 사망했다는 것을 의미한다. 원인은 심장성과 비심장성이 있는데 심장성은 심실성 부정맥, 심부전, 급성심근경색 등 심장 질환이 직접적 원인이고 비심장성은 중증 외상과 폐, 간, 신장 등 주요 장기의 기능 부전이 원인이다. 최근 심정지 환자의 치료 방향과 목표는 심폐 기능을 회복시킨 후 손상당한 뇌 기능을 심정지 이전의 상태로 회복시키는 데 중점을 둔다.” -심정지 환자가 늘었고 사망률도 높다던데. “국내에서 심정지 환자는 해마다 증가하지만 병원 이송 환자의 생존율은 7.8%에 불과하다. 일상생활이 가능할 정도로 뇌 기능을 회복해 퇴원한 환자는 4.6%로 극히 적다. 현재 심정지 환자의 치료는 기본 및 전문 심폐소생술과 과거 저체온치료(TH)로 알려진 목표체온유지치료(TTM), 소생술 후 증후군의 증상에 따라 처치하는 대증요법 등인데 효과가 제한적이어서 적절한 치료제 개발이 시급한 상황이다.” -넬로넴다즈는 어떤 물질인가. “지엔티파마가 개발한 넬로넴다즈는 다중 경로로 신경세포 보호 작용을 나타내는 국내외 최초의 신약 물질이다. 심정지로 손상된 뇌 기능 회복에 효과적이다. 심정지 환자에게서 재관류로 나타나는 활성산소 증가에 기인한 세포사와 NMDA 수용체(신경세포 시냅스 후막에 존재하는 이온성 글루탐산 수용체의 일종) 활성화에 의한 글루타메이트 독성 유발에 의한 세포사를 막아 주는 역할을 한다.”5년간 환자 105명 대상 임상시험뇌 손상·심부전 등 증후군 발생률위약 투여군보다 약 50% 낮아져임상 1상 이어 부작용·위험 없어상반기 다국적 임상 3상 준비 중희귀 의약품 ‘넬로넴다즈’세계 최초 심정지 후유증 치료약다중 경로로 신경세포 보호작용식약처 ‘조건부 허가’ 시판된다면첫 국내기술 심정지 치료제 탄생-임상 2상은 어떻게 진행했나. “삼성서울병원, 전남대병원, 부산대병원 등 전국 5개 대학병원 응급의학과에서 2018년 환자 모집을 시작해 5년간 105명을 대상으로 진행했다. 넬로넴다즈 고용량과 저용량, 위약 투여군 등 세 그룹으로 나눠 약효를 평가했다. 뇌 기능 장애 개선 효과는 90일 후 신경학적 뇌 기능 수행 분류 척도(CPC)와 수정랭킨척도(mRS)로 평가했다. 또 뇌 MRI 촬영을 통해 영역별 비등방도(FA) 평균을 산출해 비교했다.” -약효는 확인됐나. “임상 2상 결과에서 넬로넴다즈 투여군은 위약 투여군보다 뇌 기능 회복 정도를 보여 주는 CPC와 mRS 값이 개선된 것으로 나타났다. 위약군 대비 각 투여군의 CPC가 개선될 가능성은 고용량군에서 1.9배, 저용량군에서 1.8배로 증가했다. 또 mRS는 고용량군에서 2.1배, 저용량군에서 1.5배로 증가했다. 뇌 MRI 영상을 분석한 결과 위약군보다 고용량군에서 뇌 손상 정도가 낮은 것으로 분석됐다. 치료 중 사망 환자 수도 위약 투여군에 비해 적은 숫자로 조사됐다.” -부작용이나 위험성은 없었나. “임상 2상에 참여한 105명 모두에게서 보고된 부작용이나 위험성은 없었다. 이미 미국과 중국에서 진행됐던 임상 1상에서도 안전성이 확인된 것으로 안다.” -전남대병원에서만 85명 환자의 임상을 완료했다. 이례적인 성과로 평가받는다. “일반 질환보다 심정지 환자를 대상으로 임상시험을 진행하기는 매우 어렵고 규제도 많다. 특히 코로나19 영향으로 환자 모집도 쉽지 않았다. 그러나 임상 2상에 참여한 대학병원 모두가 열심히 노력했다. 특히 전남대병원에서 가장 많은 환자를 모집할 수 있었던 것은 기존에 구성된 임상연구팀의 열의와 체계적인 임상시험 시스템 구축, 지역 거점 병원으로서 중증 환자의 최종 치료 수행 등이 큰 역할을 했을 것으로 보인다. 함께 수고해 준 모든 연구원에게 감사한 마음을 전한다.” -현재 심정지 치료제가 없어서 출시되면 세계적으로 반향이 클 텐데. “맞다. 국내는 물론 해외에도 심정지 후유증 치료에 사용되는 약물은 없는 것으로 안다. 이번 임상 2상 결과를 바탕으로 품목 조건부 허가를 받게 된다면 심정지 환자 치료에 사용할 수 있을 것이다. 상반기 개시 예정인 다국적 임상 3상에서도 좋은 결과를 얻을 경우 세계 최초로 심정지 환자의 치료제 개발에 한 획을 그을 수 있는 약물이 된다.”

“이제 엄마가 쓴 손글씨를 읽을 수 있게 됐어요.” 미 캘리포니아주 풀러턴에 있는 오렌지소프초등학교 4학년 소피 가디아(9)는 “글자를 쓰는 방법이 더 멋지고 새로운 글자를 배우는 것이 재미있어서 좋다”고 로이터 통신에 말했다. 다른 학생들의 반응도 “재미있다”, “예쁘다”, “비밀을 지킬 수 있게 됐다” 등 긍정적인 이야기로 가득하다. 27일(현지시간) 로이터 통신에 따르면 캘리포니아주에서 올해 1월 1일부터 ‘법안 446’이 시행되면서 초등학교를 중심으로 손글씨 교육이 확산하고 있다. 법안 446엔 260만 초등학생에게 필기 교육을 의무화하는 내용이 담겼다. 컴퓨터 키보드와 태블릿이 보편적으로 쓰이고 2010년 이후 미국 대학 진학을 돕는 표준 교육에서도 필기체가 제외되면서 손글씨 교육은 학교에서 사라졌다. 그러다 주별로 필기 교육이 부활하면서 캘리포니아가 14번째로 필기 교육을 주법으로 제정했다. 법안 시행 전부터 아이들에게 필기체를 가르쳐 온 4~6학년 교사 파멜라 켈러는 “필기를 하는 게 어렵다는 아이들도 있지만 ‘손글씨를 쓰면 더 똑똑해지고 다음 단계로 넘어가는 데 도움을 준다’고 하면 아이들이 흥미를 느낀다”고 말했다. 그는 “아이들이 ‘Z’를 쓰는 걸 어려워하지만 그래도 매우 즐기고 있다”고 덧붙였다. 청소년기에 필기체를 배우면 인지 발달, 독해력, 소근육 운동 능력을 향상시키는 등 여러 가지 이점이 있다. 로스앤젤레스교육청에서 읽기·언어·예술 프로젝트를 진행했던 레슬리 조로야는 필기체를 학습하면 신경세포(뉴런) 간 연결을 늘려 기억력과 사고력 등 아동의 뇌 발달을 촉진한다고 발표했다.

1.4㎏에 불과한 뇌는 광대한 우주와 깊은 심해와 함께 여전히 미지의 영역으로 남아있다. 인간의 뇌에는 약 860억 개 신경세포와 신경세포 간 신호를 주고받아 인지, 감정, 기억 등 다양한 뇌 기능을 조절하는 600조 개에 이르는 시냅스가 있다. 알츠하이머 치매 같은 퇴행성 뇌 질환이 발생하거나 노화가 진행되면 시냅스는 감소하는 것으로 알려졌지만 어떤 방식으로 줄어들고 만들어지는지 관찰하기가 쉽지 않았다. 이런 상황에서 카이스트 생명과학과, 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단, 미국 존스홉킨스 의대 공동 연구팀은 기억과 인지에 관여하는 시냅스의 형성과 소멸, 변화를 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 이 연구 결과는 과학기술 연구 방법론 분야 국제 학술지 ‘네이처 메소드’(Nature Methods) 1월 8일자에 실렸다. 연구팀은 형광단백질을 시냅스와 결합해 신경세포 간 연결 과정을 실시간으로 관찰할 수 있는 ‘시냅샷’(시냅스+스냅샷) 기술을 개발했다. 시냅샷 기술은 시냅스의 형성과 소멸, 변화 과정을 실시간으로 추적 관찰할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 이와 함께 초록과 빨강 형광을 띠는 시냅샷 기술을 개발해 두 개의 서로 다른 신경세포와 연결된 시냅스도 쉽게 구별해 관찰할 수 있게 했다. 또 빛으로 분자 기능을 조절할 수 있는 광유전학 기술과 결합해 신경세포 특정 기능을 빛으로 조절하면서 시냅스 변화를 관찰하는 데도 성공했다. 이번 기술을 살아있는 생쥐에게 적용해 시각적 구별 훈련, 운동, 마취 등 여러 상황에서 시냅스 변화를 실시간 관찰하는 것도 성공했다. 연구를 이끈 허원도 카이스트 교수는 “이번에 개발한 시냅샷 기술은 시냅스의 빠르고 역동적인 형성과 변화를 직접 관찰할 수 있게 한 뇌과학 연구 방법론의 혁신”이라면서 “뇌 발달 장애나 퇴행성 뇌 질환을 연구하고 치료법을 개발하는 데도 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.

신약 개발 벤처기업 지엔티파마는 ‘넬로넴다즈와 저체온 치료의 병용요법’에 대해 국내 우선권 특허를 출원했다고 3일 밝혔다. 다중표적 신약 넬로넴다즈가 응급조치로 자가순환이 재개된 후 저체온 치료를 받은 중증 심정지 환자에서 뇌세포 보호 및 뇌신경기능 개선 효과, 안전성이 확인돼 특허를 출원한 것이다. 심장이 일시적으로 정지하면 뇌에서 글루타메이트와 활성산소가 축적되기 시작해 분당 약 200만 개의 뇌신경세포가 사멸한다. 골든타임을 놓칠 경우 환자는 장애와 사망에 이르게 된다. 심정지 환자 치료는 심폐소생술과 환자의 체온을 32~34도 낮추는 저체온 치료법이 유일한데 효과가 미약하고 제한적이어서 적절한 치료제 개발이 시급한 상황이다. 지엔티파마가 과학기술정보통신부와 경기도, 아주대학교 등의 지원을 받아 개발한 ‘넬로넴다즈’는 뇌세포 손상의 주원인인 글루타메이트 신경독성과 활성산소 독성을 동시에 제어하는 최초의 다중표적 뇌세포 보호 약물이다. 지엔티파마는 삼성서울병원, 전남대학교병원 등 5개 대학병원에서 심정지 환자 105명을 대상으로 완료한 임상 2상에서 넬로넴다즈와 저체온 치료의 병용이 안전하게 환자의 뇌신경기능을 개선하고 뇌사를 줄인다는 것을 확인했다. 특히 심폐소생으로 자가순환이 재개돼 4시간 이내에 고용량(5,250mg) 넬로넴다즈를 투여받은 중증, 코마(혼수) 상태 심정지 환자에서 90일 후에 장애 없이 독립적으로 활동할 수 있는 환자의 비율은 63%로 위약 투여군 40.7%에 비해 22.3% 증가했다. 또한 확산텐서자기공명영상(DTI) 검사에서 고용량 넬로넴다즈 투여군은 뇌량, 뇌궁 등 주요 뇌백질(뇌 신경망) 영역의 손상이 유의적으로 크게 감소했다. 이에 따라 지엔티파마는 저체온 치료를 받는 심정지 환자는 물론 저체온 치료를 받는 뇌졸중, 뇌척수손상, 신생아 저산소성 허혈성 뇌병증 환자에서 뇌세포를 보호하고 뇌신경기능을 개선하는 용도로 넬로넴다즈 특허를 출원했다. 넬로넴다즈는 2019년 식품의약품안전처로부터 심정지 후 뇌 손상을 막는 개발단계 희귀의약품으로 지정됐다. 희귀의약품으로 지정되면 임상 2상 이후 품목 조건부 허가와 우선심사제도 적용 등 혜택을 받을 수 있어 빠른 상용화가 가능하다. 식약처에서는 임상적 효과와 안전성을 합리적으로 예측할 수 있는 임상시험자료 등을 근거로 일정 기간 내에 임상 3상 자료를 제출하는 조건으로 신속하게 심사해 허가를 내주고 있다. 지엔티파마는 이번 심정지 임상 2상에서 넬로넴다즈의 약효와 안전성이 확인됨에 따라 조만간 상품명 ‘잔티넬’로 품목 조건부 허가를 신청할 예정이다. 곽병주 지엔티파마 사장은 “심정지는 환자의 생존율이 극히 낮은 데다 세계적으로 치료제가 없는 질환이어서 잔티넬이 품목 조건부 허가를 받게 되면 세계 최초의 심정지 치료제로 반향이 클 것으로 전망하고 있다”면서 “넬로넴다즈의 안전성과 약효가 확인된 만큼 신속하게 심정지 환자를 위한 희귀의약품으로 품목 조건부 허가를 신청하고 글로벌 시장 진출을 위한 임상 3상을 진행할 것”이라고 말했다.

매년 연말이 되면 각 분야는 ‘올해의 10대 뉴스’나 ‘내년 주목해야 할 일’을 꼽곤 합니다. 과학계도 마찬가지입니다. 의학 분야 국제학술지 ‘네이처 의학’은 ‘2024년에 주목할 11개 임상시험’이라는 제목의 특집 분석 보고서를 12월 8일자로 실었습니다. 인공지능(AI) 기술 발전은 의료 분야에서도 다양한 가능성을 열어 줄 것으로 기대되고 있지만 아직 실제 환자 치료에 사용되는 것은 극히 제한적입니다. 내년에는 AI의 의료 분야 적용과 관련한 임상시험이 특히 눈길을 끈다고 네이처는 분석했습니다. 네덜란드 마스트리흐트 대학병원에서 수행하는 ‘MARS-ED 임상시험’은 응급실에서 치료받은 환자의 한 달 내 사망 위험을 예측하는 AI 모델을 평가하는 것입니다. 영국의 6개 병원에서는 환자 15만명을 대상으로 AI가 흉부엑스선 사진만으로 폐암 조기 진단을 위해 추가로 컴퓨터단층촬영(CT)을 해야 할 사람을 식별할 수 있는지에 관한 임상시험을 합니다. 이 기술이 실제 적용된다면 비싼 영상 진단이 필요한 환자인지를 사전에 파악해 환자의 비용 부담도 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다. 암 치료와 관련해 주목받는 임상시험도 줄줄이 진행됩니다. 네덜란드 에라스무스 대학병원은 폐암 사망률을 낮추기 위해 폐암 검사를 매년 하는 것이 효과적일지, 격년으로 하는 것이 좋을지 약 2만 6000명을 대상으로 비교하는 임상시험도 진행합니다. 또 글로벌 제약사 아스트라제네카가 암세포 성장을 촉진하는 HER2 단백질을 가진 유방암 환자에 대해 ‘트라스투주맙 데룩스테칸’이라는 항암제의 효능과 안전성에 대한 임상시험을 진행 중입니다. HER2 양성 유방암은 재발 위험이 매우 큰 암으로 알려져 있습니다. 네덜란드 암 연구소 주도로 피부암인 흑색종을 치료하는 면역 항암제와 병용 사용할 수 있는 보조 치료제 효능을 비교하기 위한 임상시험을 내년에 진행합니다. 연구팀은 ‘니볼루맙’ 단일 사용과 ‘이필리무맙’과 ‘니볼루맙’을 병행 사용할 때의 암 치료와 재발 억제 효과를 비교하는 것입니다. 정신 건강 분야에서도 2024년에 주목할 만한 임상시험이 진행될 예정입니다. 우선 파키스탄의 인간개발연구재단(HDRF)은 의료진이 많지 않은 지역에 거주하는 임산부가 우울증을 앓을 때 도움을 줄 수 있는 애플리케이션(앱)을 개발해 대면 진료와 효과를 비교하는 임상시험을 진행할 예정입니다. 또 영국 글래스고대학은 위탁 보호를 받는 0~5세 아동을 위한 정신 건강 개입 모델을 개발해 기존 사회 복지 서비스와 효과, 비용 효율성을 조사할 예정입니다. 이 밖에도 인간 배아 줄기세포에서 유래한 도파민 신경세포를 중증 파킨슨병을 앓고 있는 50~75세 환자 뇌에 이식하는 ‘STEM-PD’ 임상시험도 눈길을 끕니다. 또 가족력을 가진 유전적 고콜레스테롤혈증 환자의 콜레스테롤을 낮춰 주기 위한 DNA 염기 편집에 관한 연구도 내년에 진행될 계획입니다. 갖가지 우울한 뉴스들로 가득한 요즘이지만 과학계는 내년에도 인류의 건강과 발전을 위한 발걸음을 멈추지 않을 것으로 보입니다.

우주, 심해, 뇌는 현대 과학이 아직 정복하지 못한 3대 연구 분야다. 뇌는 우리와 가장 가까이 있고 크기도 가장 작지만 여전히 모르는 것투성이다. 뇌는 생명과학이나 의학같이 특정 분야 연구만으로는 그 실체를 파악하기 힘들어 융합 연구가 가장 활발한 분야이기도 하다. 이런 상황에서 뇌 과학 연구에 또 하나의 큰 걸음을 내딛는 연구 결과가 발표됐다. 미국 하버드대, 소크연구소, 브로드연구소, 캘리포니아 샌디에이고대(UCSD), 캘리포니아 버클리대(UC 버클리) 등을 중심으로 한 공동 연구팀은 생쥐 뇌 전체 세포 유형에 대한 가장 포괄적이고 상세한 특성을 분석하고 분류하는 데 성공했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 12월 14일자에 9편의 논문으로 실렸다. 이 연구는 미국 국립보건원(NIH)에서 지원하는 ‘뇌 이니셔티브 셀 센서스 네트워크’(BICCN)가 수행했다. 2027년까지 뇌 지도 완성을 목표로 하는 BICCN은 지난 10월에도 45개 연구기관, 258명의 과학자가 참여해 3000개 이상의 인간 뇌세포 유형을 분류하고, 뇌세포 수준에서 인간과 영장류의 뇌를 구별하는 특징을 규명해 과학 저널 ‘사이언스’, ‘사이언스 어드밴시스’, ‘사이언스 중개 의학’ 등에 21편의 논문으로 발표했다. 포유류의 뇌가 수행하는 복잡한 활동은 다양한 기능적 특성을 가진 수많은 유형의 세포들이 이리저리 모이고 신경 회로에 의해 제어되면서 가능해진다. 뇌의 구조와 작동 원리를 밝히기 위해서 가장 기본적인 단위인 뇌세포 유형을 구분하는 것이 필요한 이유다. 이를 통해 사람의 뇌는 다른 종들과 어떤 차별점을 갖는지 이해할 수 있게 되고, 궁극적으로는 특정 뇌·신경질환이 어떻게 발생하는지 파악해 정복할 수 있게 된다.연구팀은 약 400만개의 뇌세포에 대한 ‘단일 세포 염기서열 분석’과 약 430만개의 세포에 대한 ‘공간 전사체 분석’ 데이터를 조합해 고해상도 지도를 만들었다. 고해상도 뇌 지도에 따르면 뇌세포는 34개 종, 338개 아종, 1201개의 슈퍼 타입, 5322개의 클러스터로 분류됐으며, 뇌 영역에 따라 세포 유형 구성의 특징이 발견됐다. 뇌 뒷부분에 해당하는 등 쪽(dorsal part) 세포들은 다양한 종류가 분포돼 있었으며, 앞부분인 배 쪽(ventral part)은 서로 밀접한 관련이 있는 신경세포 유형들이 더 많이 모여 있는 것으로 확인됐다. 다른 논문에서는 인간, 원숭이, 마모셋, 생쥐의 일차 운동 피질 세포에서 유전자 조절을 비교했다. 놀랍게도 다발성 경화증, 신경성 식욕부진증, 담배 중독과 관련된 유전자 변이가 이들 모두에게서 공통으로 발견됐다. 이는 진화적으로 포유류 전반에 보존된 특징으로 신경학적 질병과 형질에 영향을 주는 유전적 변이를 식별하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다. 또 다른 논문들에서는 개별 뇌세포와 신경 회로의 기능, 망막 신경세포의 종류와 진화, 뇌의 구조와 조직에 대한 분석 결과를 발표했다. 다양한 세포 유형과 조직이 신경 장애에 어떤 영향을 미치는지와 포유류 뇌 발달과 진화에 대한 답을 제시했다. 마리아 안토니에타 토스체스 컬럼비아대 교수(진화생물학)는 “이번에 발표된 고해상도 포유류 세포 유형 지도는 세포 단위의 뇌 구조 이해와 뇌 진화 연구에 큰 획을 그었다”고 평가했다. 에드워드 캘러웨이 소크연구소 교수(분자 신경생물학)도 “이번 연구 논문 결과는 특정 세포가 어떤 방식으로 연결되고 제어되는지를 거의 완벽하게 이해할 수 있게 해 줄 것”이라고 말했다.

요즘은 대중의 관심이 많이 줄어들었지만, 요즘도 유튜브 동영상에서 주목받는 콘텐츠 중 하나는 ‘먹는 방송’, 소위 ‘먹방’이다. 먹방은 ‘Mukbang’이란 단어로 전 세계에 알려질 정도다. 요즘은 소식 먹방도 인기를 끌지만, 여전히 먹방하면 어마어마한 양의 음식을 먹는 모습이다. 먹방의 인기는 ‘먹는다’라는 인간의 기본적 욕망을 자극하기 때문이라는 분석도 있지만, 많은 사람은 ‘어떻게 저 많은 음식을 먹을 수 있을까’라는 궁금증을 갖는다. 뱃속이 큰 것일까, 아니면 섭식과 관련된 뇌 회로가 다른 것일까. 뇌신경과학자들이 섭식을 중단하는 데 관여하는 뇌 영역과 세포까지 찾아내 주목받고 있다. 미국 캘리포니아 샌프란시스코대(UCSF) 생리학과, 기초신경과학 연구소, 하워드 휴스 의학연구소 공동 연구팀은 ‘고립로 꼬리핵’(cNTS)이라는 뇌 영역의 특정 신경세포가 섭식의 속도를 조절하고 종료한다고 10일 밝혔다. 이 연구 결과는 과학저널 ‘네이처’ 11월 22일자에 실렸다. 기존에는 동물이 섭식을 중단하는 원인이 cNTS에 있는 프로락틴 방출 호르몬(PRLH)과 식욕 억제 호르몬인 ‘글루카곤 유사 펩타이드-1’를 생성하는 GCG 뉴런에 기인하는 것으로 알려졌다. 그러나 이 결과들은 모두 실험동물이 마취되거나 잠든 상태에서 나온 것이다. 연구팀은 생쥐가 깨어 있는 동안 cNTS에 있는 단일 뉴런의 신호를 기록하는 방법을 활용해 다양한 고형식, 유동식을 먹이면서 뉴런의 반응을 살폈다. 연구 결과, 생쥐는 먹이를 먹기 시작한 몇 분 내에 GCG 뉴런의 활동이 증가했다. 공기를 위에 주입해도 같은 효과가 관찰돼, GCG 뉴런은 위의 팽창 정도로 섭취량을 파악하고 추적한다는 것을 알게 됐다. 또 레이저로 뉴런을 자극했을 때 생쥐들은 배가 부르다고 인식하는 것으로 관찰됐다. PRLH 뉴런은 위에 음식이 있을 때와 상관없이 입에 음식이 있는지에 반응한다고 연구팀은 밝혔다. 연구팀은 무엇이 PRLH 뉴런을 활성화하는지 알아보기 위해 지방, 설탕, 제로칼로리 감미료, 물을 생쥐에게 먹였다. 그 결과, 물을 제외하고 모든 물질이 PRLH 세포 활동을 촉발하는 것으로 나타났다. 즉 미각이 음식을 먹는 동안 섭식 뉴런을 활성화하는 중요한 요소라는 말이다. 미각이 둔화된 생쥐는 섭식 조절이 제대로 되지 않는 것으로 조사되기도 했다. PRLH 뉴런이 자극되면 생쥐는 먹이 섭취 속도가 느려지는 것이 관찰됐다. 즉, GCG뉴런은 먹는 양, PRLH 뉴런은 먹는 속도를 조절한다는 것이다. 이번 연구 결과는 이런 과정을 통해 인간의 섭식 행동과 장애가 어떻게 발생하는지 설명할 수 있으며 관련 질환을 치료하는 새로운 방법 개발에 도움을 줄 것으로 기대된다. 연구팀은 섭식 행위는 두 가지 경로로 진행된다고 추측했다. 한 가지 경로는 맛있으니 더 먹어야겠다는 신호이며, 다른 경로는 칼로리가 높으니 조금 천천히 먹으라고 명령한다는 것이다. 연구를 이끈 재커리 나이트 UCSF 교수(화학생물학)는 “과식이나 폭식할 때는 섭식 행위를 조절하는 시스템에 장애가 발생한 것으로 볼 수 있다”라면서 “cNTS에는 약 20종의 뉴런이 있으며 뉴런 대부분의 기능을 명확히 알지 못하고 있는 상황”이라고 말했다.

정신 장애 연관된 외상성 뇌 손상시상하부에 전극 심어 심부 자극주의·문제해결·판단력 향상 가능 광선 요법, 치매 환자 수면 질 높여머리에 전류 흘리면 인지 기능 개선 뇌과학은 21세기 들어 가장 빠르게 발전하고 있는 연구 분야 중 하나다. 덕분에 난치병으로 알려진 각종 뇌신경 질환의 예방과 진단 기술도 속속 등장하고 있다. 미국 코넬대 의대, 하버드대 의대, 유타대, 플로리다대, 스탠퍼드대, 밴더빌트대, 시애틀 워싱턴대 공동 연구팀은 외상성 뇌 손상(TBI)으로 장기 인지기능 결손 진단을 받은 환자들의 시상하부 부위를 ‘심부 뇌 자극’하면 인지 기능 개선 효과가 있다고 6일 밝혔다. 이 연구 결과는 의학 분야 국제학술지 ‘네이처 의학’ 12월 5일자에 실렸다. TBI는 머리에 외부의 강한 물리적 힘이 가해지면서 뇌에 손상이 발생하는 것을 말한다. 손상 부위나 정도의 차이가 있지만 신체 기능, 언어나 의사소통, 기억 등 인지 기능, 성격, 심리상태 등 정신 기능에 종합적으로 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 시상하부의 주요 뇌 회로 활동 손실이 인지 기능 장애와 관련이 있다는 기존 연구 결과들을 주목했다. 이에 연구팀은 중증 외상성 뇌손상을 앓는 22~60세 남녀 6명을 대상으로 실험했다. 우선 신경 영상기술로 손상된 신경 회로의 정확한 위치를 찾고, 인지능력 테스트를 했다. 그다음 외과 수술을 통해 시상하부 특정 부위에 전극을 이식하고 정기적으로 심부 뇌 자극을 했다. 실험 결과 심부 뇌 자극을 받은 사람들은 주의력이나 문제해결 능력, 공간 인식능력, 기억력, 판단력 등이 최대 52% 향상된 것이 관찰됐다. 그런가 하면 중국 웨이팡 의과대학 간호학과 연구팀은 빛을 이용해 뇌의 시교차상핵(SCN)을 자극해 인체 일주기 리듬을 조절해 알츠하이머 환자의 수면과 정신 기능 개선이 가능하다고 미국공공과학도서관에서 발행하는 국제학술지 ‘플로스 원’ 12월 7일자에 발표했다. 알츠하이머는 초기에 기억력에 문제를 보이다가 언어기능, 판단력 등 여러 인지기능 이상이 나타난다. 또 수면 장애와 성격 변화, 우울증, 망상, 환각, 공격성 증가 등 이상 증상이 동반되기도 한다. 빛을 이용해 수면 조절에 관여하는 시교차상핵을 자극하는 광(光)생체조절은 알츠하이머 증상 완화에 도움을 줄 것이라 주목받고 있지만 효능과 안전성에 대한 체계적 평가는 없었다. 이에 연구팀은 2005년부터 2022년까지 7개국에서 알츠하이머와 치매 환자를 대상으로 광생체조절 임상시험을 한 연구 15개를 정밀 메타분석 했다. 분석 결과 광선 요법이 환자들의 일주기 리듬을 안정적으로 유지해 수면 효율을 높인다는 것을 확인했다. 또 환자의 우울증, 강박증 같은 정신장애 증상을 완화한다는 사실도 밝혀냈다. 한편 중국 닝보대 의대 연구팀도 ‘경두개 직류 자극’(tDCS)을 실시하면 알츠하이머 환자의 인지기능 개선이 가능하다는 연구 결과를 영국의학회에서 발행하는 국제학술지 ‘일반 정신과학’ 12월 6일자에 발표했다. tDCS는 뇌에 전극을 심지 않고 머리에 전극을 붙여 약한 전류로 뇌 신경세포를 자극하는 기술이다. 연구팀은 65세 이상 남녀 알츠하이머 환자 140명을 무작위로 선정해 최대 6주간 주 5일, 하루에 2번씩 tDCS를 실시해 의사 결정, 작업 기억 등에 관여하는 전전두엽 피질을 자극했다. 그 결과 tCDS를 받은 사람들은 언어 기능과 단어 인식, 기억 능력이 눈에 띄게 향상됐다.

표면에 난 상처를 스스로 치료할 수 있는 ‘능력’을 가진 인간 유래 다세포 로봇이 개발돼 학계의 관심이 쏠렸다. 미국 터프츠대와 하버드대 비스 연구소 공동 연구진이 성인의 인간 세포를 활용해 개발한 다세포 로봇 ‘앤트로봇’(Anthroboys)은 30~500㎛(마이크로미터, 100만분의 1m) 의 작은 크기로, 유전자의 변형 없이 인간의 단일 세포를 키워 만들어졌다. 앤트로봇은 실험실에서 자란 인간 뉴런(신경세포)의 표면을 따라 직선 또는 원을 그리며 다양한 방식으로 움직일 수 있다. 특히 앤트로봇의 집합체는 세포층의 일부가 긁힌 것(상처)을 인식하고, 세포 성장을 촉진해 긁힌 틈을 메우기도 했다.연구진은 이러한 기능이 상처를 치료하는 치유 효과와 같으며, 상처를 치유하는 효과를 보이는 앤트로봇의 집합체는 ‘슈퍼봇’이라고 명명했다. 슈퍼봇의 발견은 환자의 재생과 치유, 질병 치료에 상당한 도움을 줄 것으로 기대를 모은다. 특히 환자 본인에게서 채취한 뉴런을 이용해 다세포 로봇과 슈퍼봇을 제작해 치료에 도입한다면, 면역 반응을 유발하지 않아 별도의 면역 억제제가 필요하지 않다. 또 생체 내에서 분해되는데 45~60일 정도밖에 걸리지 않아 몸에 빠르게 재흡수 되고, 실험실 외부로 유출되더라도 번식이 어려워 타인에게 해를 끼칠 위험도 적다. 연구진은 “실험실에서 구축한 세포 집합체(슈퍼봇)가 손상 부위를 가로지르며 뉴런 성장을 촉진할 수 있다는 사실은 전혀 예상하지 못한 부분”이라면서 “앞으로 치유 메커니즘의 작동 과정을 살펴보면서 또 무엇을 할 수 있을지 확인할 것”이라고 밝혔다.앞서 연구에 참여한 마이클 레빈 터프츠대 생물학과 교수 연구진은 미국 버몬트대 컴퓨터과학과 교수 연구진과 공동 연구를 통해 개구리의 배아 세포를 이용한 다세포 로봇인 ‘제노봇’(Xenobots)을 개발한 바 있다. 당시 제노봇은 스스로 통로를 탐색하고 자료를 수집하거나, 복제와 치유 등의 능력을 선보였는데, 이번 연구를 통해 공개된 앤트로봇은 양서류 배아가 아닌 성인 인간의 세포를 활용해 한층 더 고차원적인 결과를 이끌어 냈다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스’(Advanced Science) 최신호에 실렸다.

인피니트 남우현이 암 투병 사실을 고백했다. 지난 23일 정규 1집 공개를 앞두고 인터뷰를 진행한 남우현은 “올 초에 몸이 안 좋아서 큰 수술을 했다”고 밝혔다. 남우현은 지난 4월 희소 암인 기스트암 수술받았고, 15㎝가량 복부를 절개하는 큰 수술을 치렀다. 남우현이 투병 중인 기스트암은 위장관 기질 종양으로, 위장관의 근육층에 생기는 암이다. 식도, 위, 소장, 결장, 직장 등 위장관의 어디든 발생할 수 있는 암으로, 위장관 벽의 중간에 있는 근육이나 신경세포 등 기질세포가 암세포로 변이를 일으켜 발생하는 병으로 알려져 있다. 남우현은 투병 후에도 지난 7월 31일 인피니트 완전체 앨범 ‘비긴’을 발표하며 활동에 나섰다. 몸이 완전히 회복되기도 전이었지만 빨리 팬들을 만나고 싶은 마음 때문에 더 이상 미룰 수 없었다고 한다. 남우현은 “활동을 못 할 거라 생각해서 마음고생이 심했다. 제 인생에 있어서 올해가 제일 힘들었던 시기였다. 인피니트 활동도 저 때문에 미룰 뻔했는데 회복을 빨리했다”며 “현재는 많이 회복한 상태다. 추적검사를 진행 중”이라고 전했다. 한편 남우현은 첫 솔로 정규 음반 ‘화이트리’(Whitree)를 발매하고 2년 만에 솔로로 돌아온다.

인체 항상성을 유지하는 시상하부를 조절해 체중을 조절할 수 있는 방법을 국내 연구진이 개발했다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌과학과 연구팀은 뇌의 시상하부 기능을 조절해 살을 빼는 새로운 비만 치료 후보물질을 찾았다고 27일 밝혔다. 이번 연구 결과는 의학 분야 국제학술지 ‘EMBO 분자의학’에 실렸다. 뇌의 시상하부 내 궁상핵은 식욕 조절, 에너지 소비 등에 중요한 역할을 하는 것으로 알려졌다. 이에 연구팀은 시상하부 궁상핵의 신경세포 내 식욕을 촉진하고 억제하는 신경펩타이드 유전자 발현에 주목했다. 기존 비만 치료제는 식욕억제 원리를 기반으로 하고 있기 때문에 불안증, 구토증세와 함께 중추신경계를 교란하는 등 부작용이 크다. 또 혈당을 낮추면서 체중감소 효과를 보이는 치료제도 개발되고 있지만 주사라는 특성과 비싼 가격으로 접근성이 떨어진다. 연구팀은 시상하부 궁상핵에 존재하는 신경세포 내 식욕을 촉진하는 신경펩타이드와 식욕을 억제하는 신경펩타이드의 유전자 발현을 조절하는 방식을 새로운 비만 치료제 개발의 전략으로 삼았다. 연구팀은 약물 데이터베이스를 활용해 사람의 소장에서 만들어지는 올레산의 천연 대사산물로 식욕, 체중, 콜레스테롤의 자연 조절제인 ‘올레오일에탄올아미드’와 유사한 구조를 지난 2500여 개 저분자화합물 중 항비만 효과가 아직 알려지지 않았던 헥사메틸렌 비스아세타미드(HMBA)를 후보 물질로 선별했다. HMBA는 비정상 세포가 정상 세포로 바뀔 가능성을 보여준 세포분화제다. 연구팀은 고지방식을 계속 먹여 비만을 유발한 생쥐에게 HMBA를 정맥, 복강, 뇌 내실에 투여하는 실험을 했다. 그 결과 식욕을 촉진하는 신경펩타이드가 감소하고, 반대로 식욕을 억제하는 신경펩타이드는 증가하는 것이 관찰됐다. HMBA를 투여받은 비만 생쥐에서 식욕억제, 체내 지방량 감소, 갈색지방의 열 생산 증가, 에너지 소비 증가로 인한 체중감소, 당 대사와 인슐린 민감성 개선 효과를 확인했다. 연구를 이끈 김은경 교수는 “이번 연구는 기존에 알려지지 않은 HMBA의 효능과 신경세포 내에서 조절 메커니즘을 규명해 비만과 당뇨 등의 치료 전략에 새로운 단서를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.

치매 진단 후 실어증을 앓고 있는 할리우드 배우 브루스 윌리스가 추수감사절을 맞아 가족과 시간을 보내는 가운데 전부인 데미 무어도 함께해 눈길을 끈다. 24일 브루스 윌리스의 아내 엠마 헤밍은 자신의 소셜네트워크서비스에 가족 단체 사진과 함께 “이런 사랑을 알려줘 감사하다”라며 “모두 행복한 추수감사절 보내길 바란다”라는 글을 올렸다. 함께 공개된 사진 속 브루스 윌리스는 대가족에 둘러싸인 채 행복한 미소를 짓고 있다. 엠마 헤밍은 그의 뺨을 감싸 쥐며 사랑스러운 표정을 보이고 있다. 특히 모두의 눈길을 끈 것은 다름 아닌 브루스 윌리스의 전 부인 데미 무어의 모습이었다. 두 사람은 1987년 결혼 후 2000년 이혼했다. 브루스 윌리스는 지난해 3월 실어증 증세로 은퇴를 알렸다. 당시 전 부인 데미 무어와 현 배우자 엠마 헤밍은 각자의 소셜네트워크서비스에 “사랑하는 윌리스가 건강상의 문제를 겪고, 최근 실어증을 진단받아 인지 능력에 영향을 받고 있음을 알린다”며 자신들의 이름과 딸들의 이름이 명시된 성명을 올렸다. 올해 초 브루스 윌리스는 전두측두엽 치매(FTD) 진단을 받았다. 전두측두엽 치매는 뇌 전두엽과 측두엽의 신경세포 손상으로 발생하며, 판단력과 언어 능력에 장애를 일으킨다. 브루스 윌리스는 영화 ‘다이 하드’ ‘식스 센스’ ‘아마겟돈’ 등 수많은 히트작을 탄생시키며 국내에서도 큰 사랑을 받은 할리우드 대표 배우다. 브루스 윌리스는 데미 무어와 이혼 후 2009년 23세 연하의 엠마 헤밍과 결혼했다.

동아제약이 간보호 건강기능식품 ‘모닝케어 간솔루션’을 출시했다고 23일 밝혔다. 모닝케어 간솔루션은 동아제약 숙취해소제 ‘모닝케어’ 연구진이 축적해 온 음주 건강 데이터를 기반으로 개발됐다. 주성분으로는 식약처에서 인정한 개별인정형 원료인 유산균발효다시마추출물을 함유했다. 유산균발효다시마추출물은 기억력 개선 도움과 알코올성 손상으로부터 간을 보호하는 기능을 지닌 복합 기능성 소재다. 이외에 비타민B군, 밀크씨슬, 타우린, 아르지닌 4종 등 간 건강에 도움을 줄 수 있는 부성분을 함유해 완성도를 높였다. 신경세포가 없는 간은 70~80%가 손상돼도 증상이 없어 질병의 조기 발견이 어려운 장기로 불린다. 특히, 과음으로 인한 알코올성 간 손상은 간암의 첫 관문인 만성 간질환(지방간·간경변·간부전 등)으로 이어질 가능성이 커 일상에서 꾸준한 관리가 필요하다. 모닝케어 간솔루션은 하루 한 포 복용 및 이지컷 액상 스틱 파우치 형태로 복용 편의성이 높아 평상시에도 부담 없이 섭취할 수 있다. 동아제약 공식 온라인몰인 디몰(:Dmall)과 동아제약 네이버 브랜드 스토어에서 만나볼 수 있다.

과학기술의 발달로 기대수명이 점점 늘고 있는 현재 사람들을 가장 위협하는 질환은 다름 아닌 ‘존엄한 노년’을 방해하는 퇴행성 뇌신경질환이다. 가장 위협적인 질환은 알츠하이머 치매다. 치매의 50~70% 원인을 차지하는 알츠하이머는 정확한 발병 원인을 밝혀내지 못하고 있어 치료나 예방도 어렵다. 이런 가운데 국내 연구진이 알츠하이머 치매를 가속하는 단백질을 발견했다. 카이스트 화학과, 의과학 대학원, 한국기초과학지원연구원 바이오 융합연구부, 한국생명공학연구원 희귀 난치질환 연구센터 공동 연구팀은 알츠하이머 유발인자의 독성을 촉진하는 세포 내 단백질을 새로 발견했다고 20일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 11월 20일자에 실렸다. 알츠하이머 환자들의 뇌에서 가장 특징적으로 나타나는 현상은 아밀로이드 베타나 타우 단백질의 응집이다. 이들 응집체가 뇌세포 사멸을 가져온다고 알려져 있지만, 직접적인 상호 관계는 여전히 베일에 가려져 있다. 이 때문에 아밀로이드 베타 단백질 응집을 표적으로 삼는 치료제가 개발되고 있지만 기대만큼 효과는 거두지 못하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 생쥐를 이용한 실험을 통해 알츠하이머에서 과발현되며 원인 미상의 신경세포 사멸을 유발하는 ‘아밀로이드 전구체 C 말단 절단체’라는 단백질이 아밀로이드 베타 단백질의 응집을 촉진한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀에 따르면 아밀로이드 전구체 C 말단 절단체 자체는 물론 이들이 아밀로이드 베타 단백질과 결합한 복합체가 알츠하이머 증상을 심화시키는 것으로 해석한다. 특히 생쥐의 뇌에서 아밀로이드 베타 단백질 응집체가 신경세포 사멸을 유도하고 뉴런 손상, 염증 반응을 일으키는 것이 아밀로이드 전구체 C 말단 절단체에 의해 더 증가하는 현상을 관찰했다. 연구를 이끈 임미희 카이스트 화학과 교수는 “이번 연구는 알츠하이머에서 기존에 알려지지 않은 생체 내 아밀로이드 베타 단백질 응집과 독성 촉진제를 발굴했다는 점에서 의미가 크다”라며 “알츠하이머 진단과 치료에 새로운 표적으로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

만성 스트레스·기분장애 등 원인대뇌 피질 비정상적으로 얇아져전두엽·감정 영역 연결성 떨어져뇌 덜 성장해 내외부 자극에 취약인지 능력·주의력 저하까지 발생 ‘뇌’는 무게 약 1.4㎏, 신경세포 약 1000억개, 이들을 연결해 주는 시냅스 약 100조개가 모여 있는 신체 기관으로 ‘작은 우주’라고 불린다. 우주, 심해와 함께 뇌는 과학계 마지막 탐구 영역으로 남아 있다. 실제로 이들 세 영역에 관한 관심은 고대부터 지금까지 이어지고 있다. 최근에는 뇌의 비밀을 풀기 위해 의학과 생물학뿐만 아니라 수학, 물리학, 화학 등 다양한 영역이 협력하고 있어 수수께끼로 남아 있던 부분이 하나둘씩 풀리고 있다. 11~15일 미국 워싱턴DC에서 열린 미국 신경과학회 주관 ‘신경과학 2023 콘퍼런스’에서는 뇌와 관련한 새로운 연구 결과들이 쏟아져 나왔다. 뇌과학에 따르면 청소년기는 사회적, 생물학적, 정서적 변화에 더불어 뇌가 폭발적으로 발달하는 시기다. 특히 아동기를 거쳐 청소년기에는 뇌 시냅스 연결의 15% 이상이 형성되는 것으로 알려져 있다. 미국 질병통제예방센터(CDC)는 코로나19 팬데믹 이전부터 청소년 정신 건강이 악화되는 경향을 보이기 시작했는데 팬데믹으로 인해 어린이와 청소년에게는 새로운 스트레스 요인이 추가됐다는 조사 결과를 내놓기도 했다. 이에 과학자들은 첨단 뇌 영상 기술을 통해 만성 스트레스, 기분 장애 같은 요인이 청소년의 뇌에 어떤 영향을 미치는지 분석했다. 미국 시애틀 워싱턴대 연구팀은 기능성 자기공명영상(fMRI)을 이용해 코로나19 팬데믹 전후 청소년의 뇌 구조와 기능을 분석했다. 그 결과 팬데믹 이후 청소년들의 뇌는 이전에 비해 대뇌피질 표면이 양쪽 뇌 반구 모두에서 비정상적으로 얇아진 것으로 확인됐다. 이렇게 피질이 얇아지는 현상은 남자 청소년보다 여자 청소년에게 더 두드러지게 나타났다. 연구를 주도한 퍼트리샤 쿨 교수(언어 신경학)는 “보통 대뇌피질의 두께는 노화로 점차 얇아지지만 젊은 시기에 대뇌피질이 얇아지는 증상은 만성 스트레스나 외상이 원인인 경우가 많다”고 말했다. 쿨 교수는 “이번 연구 결과로 코로나19 팬데믹이 청소년들에게 상당한 스트레스를 준 것으로 추정할 수 있다”고 덧붙였다. 하버드대 의대 계산신경과학 연구실, 보스턴 아동병원 소아청소년과 공동 연구팀도 fMRI를 이용해 비슷한 연구를 했다. 분석 결과 팬데믹 이후 청소년의 뇌에서 전두엽과 감정 처리를 지원하는 뇌 영역 간 연결이 약해지고 형태학적으로도 비정상적인 경우가 많은 것으로 확인됐다. 이는 팬데믹 동안 청소년들의 스트레스가 더 심고 우울함을 비롯한 부정적 감정이 더 늘었다는 설문 조사 결과와도 일치한다고 연구팀은 밝혔다. 카테리나 스타물리스 교수(청소년 뇌신경학)는 “완전히 성장하지 못한 청소년의 뇌는 내외부 자극에 취약하기 때문에 스트레스는 뇌의 구조와 조직 방식에 중대한 영향을 미칠 수 있으며 결국 정신 건강에도 심각한 위협 요소가 된다”고 지적했다. 또 우울증은 청소년에게 흔한 신경정신질환이며 어른과는 다른 방식으로 발생한다고 알려져 있다. 이에 캘리포니아 샌디에이고대(USCD) 연구팀은 인공지능 딥러닝 기술을 적용해 ‘청소년 뇌 인지 발달(ABCD) 연구’에 참여한 청소년들의 데이터를 정밀 분석했다. ABCD 연구는 미국 국립보건원(NIH)이 아동, 청소년기의 뇌 인지 발달 과정을 정확히 파악하기 위해 진행 중인 장기 연구다. 분석 결과 우울증이 있는 청소년은 그렇지 않은 청소년에 비해 뇌의 기능적 연결 패턴이 끊어진 부분이 많은 것으로 나타났다. 이런 뇌의 변화는 인지능력과 주의력 저하를 가져오고 자아 및 타인에 대한 판단과 의사 결정 기능을 약화시키는 것으로 확인됐다.

기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 소속 학습 및 기억 연구그룹 강봉균 단장이 이끄는 연구팀은 특정 뇌 영역에 있는 신경 회로의 시냅스를 색깔별로 구분해 표시할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 이 기술을 활용해 기억 저장 세포와 주변의 억제성 신경세포가 공포 기억을 조절한다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구 결과는 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 11월 9일자에 실렸다. 연구팀은 기저 외측 편도체의 억제성 신경세포 중 하나인 소마토스타틴 인터 뉴런 일부가 공포 기억을 형성할 때 특이하게 활성화되는 것을 확인했다. 강 단장은 “외상 후 스트레스 장애(PTSD) 같은 질환의 새로운 치료법 개발에 도움이 될 것”이라고 말했다.