우리나라는 2003년부터 경제협력개발기구(OECD) 국가 중 가장 자살률이 높은 나라라는 오명을 안고 있다. 높은 자살률의 이면에는 ‘우울증’이라는 질병이 도사리고 있다. 하지만 놀랍게도 우리나라의 우울증 치료율은 매우 낮다. 2015년 항우울제 사용량을 국가별로 비교한 자료에서 우리나라는 28개 조사국 가운데 두 번째로 낮았다. ‘정신력으로 버텨야지’라는 잘못된 인식으로 치료를 기피하다 돌이킬 수 없는 깊은 우울증에 이르는 사례가 적지 않다. 우울증이 일어나는 뇌과학적 이유와 치료 원리를 이해하면 병원을 찾는 발걸음이 한결 가벼워질 수 있다. 먼저 우울증이 무엇인지 알아보자. 우울한 기분이 들거나 매사에 재미가 없어지는 것은 우울증에서 가장 흔하지만 과소평가되기 쉬운 증상이다. 소화불량, 두통, 과호흡, 가슴 답답함, 피로 등과 같은 신체 증상이 흔히 발생하는데 이런 증상을 보고 우울증을 떠올리는 건 쉽지 않다. 그러다 보니 정신건강의학과 대신 내과나 가정의학과를 먼저 방문해 먼 길을 돌아오는 우울증 환자들을 종종 본다. 어떻게 하면 우울증을 빨리 알아챌 수 있을까. 가장 중요한 단서 중 하나는 ‘기간’이다. 우울한 감정이 2주 이상 지속된다면 우울증을 의심해 봐야 한다. 두 번째 단서는 증상의 ‘심각도’이다. 우울한 기분을 넘어 먹고 자는 기본적 삶의 기능에 이상이 온다면 치료가 필요한 우울증을 의심해야 한다. 우리는 사별, 실직, 힘든 대인관계, 업무 스트레스 등 다양한 심리적 스트레스 속에서 살아간다. 이때 스트레스 호르몬인 ‘코르티솔’이 급상승한다. 코르티솔은 뇌활동을 조절함으로써 스트레스 극복에 도움을 준다. 그러나 코르티솔이 장기간 높은 농도로 유지되면 ‘세로토닌 뉴런’의 활성이 저하돼 우울증을 유발한다. 우울증에 걸린 뇌는 정상적 뇌와 다른 상태를 보인다. 특히 신경전달물질의 불균형이 발생한다. 세로토닌은 수면, 식욕, 기분을 조절하고 통증을 줄여 주는 역할을 하며 농도가 낮아지면 우울증과 자살 위험을 높인다. 불안감을 높이는 ‘노르에피네프린’이나 의욕을 갖는 데 필요한 ‘도파민’도 우울증과 관련돼 있다. 약물치료는 이런 화학적 불균형을 바로잡아 정상적 뇌기능을 되찾는 데 도움을 준다. 우울증과 관련한 주요 뇌 부위를 꼽는다면 편도체, 시상, 해마가 있다. 편도체는 감정과 관계가 많은 부위로 분노, 쾌락, 슬픔, 공포, 성욕 등을 관장한다. 우울증에서는 부정적 자극에 특히 편도체 활성이 크게 증가한다. 시상은 감각정보를 대뇌피질로 전달하는 정거장 역할을 하는데 이는 양극성장애와 관련이 높다는 보고가 있다. 해마는 장기기억, 회상에 중요한 뇌 부위인데 우울증 환자의 해마 크기는 10%가량 작다. 스트레스에 의해 새 신경세포 생성이 억제되기 때문이다. 항우울제 효과가 바로 나타나지 않고 2~3주가 필요한 이유도 이와 관련이 있다. 항우울제를 복용한 뒤 기분이 좋아지려면 새 신경세포가 만들어지고 신경망 연결성이 강화돼야 한다. 항우울제 치료 초기에는 이런 특성을 이해하고 꾸준히 치료하는 것이 중요하다. 어쩌면 우울증 치료에 있어 가장 중요한 단계는 우울증을 병으로 인지하는 것인지도 모르겠다. 우울증 치료법은 발전하고 있지만 정작 환자가 치료를 위해 문을 두드릴 수 없다면 그 혜택을 누릴 수 없다. 조기 진단, 조기 치료로 우울증을 빨리 극복하고 다시 행복한 일상을 찾게 되는 사례가 많아지기를 기대한다.

인간과 가장 밀접한 반려동물인 개와 고양이 중 어느 쪽이 더 똑똑할까? 미국 테네시주 밴더빌트대학 연구진에 따르면 동물의 대뇌피질(대뇌반구의 표면에 있는 얇은 회백질 층)에 있는 뉴런(신경세포)의 개수가 지능을 결정짓는데 중대한 역할을 한다. 특히 사고능력과 계획 능력, 복잡한 행동 능력 등이 이 대뇌피질의 뉴런 개수와 연관이 있다. 연구 결과 개는 5억 3000만개의 대뇌피질 뉴런이 있는 반면, 고양이는 2억 5000만개인 것으로 나타났다. 개가 고양이에 비해 2배 더 똑똑할 확률이 높다는 뜻이다. 참고로 인간의 대뇌피질 뉴런 개수는 160억 개에 이른다. 연구진은 “인간을 포함한 동물이 가지고 있는 신경세포의 개수가 이 동물의 지적 정신 상태와 행동 능력 등을 결정하며, 과거의 경험을 바탕으로 앞으로의 일을 예측하는 수준의 사고능력의 수준이 달라진다”면서 “다만 뇌가 크다고 해서 대뇌피질의 신경세포 개수가 많다고는 볼 수 없다”고 설명했다. 연구진에 따르면 골든리트리버는 자신보다 몸집이 3배에 달하는 불곰보다 더 많은 대뇌피질 신경세포를 가지고 있다. 또 뇌의 크기와 대뇌피질 신경세포 개수의 비율로 봤을 때 가장 똑똑한 포유류 중 하나는 라쿤인 것으로 조사됐다. 식육목 미국너구리과의 포유류인 라쿤은 뇌 크기가 고양이 정도에 불과하지만, 대뇌피질 신경세포 개수는 개와 거의 유사한 것으로 나타났다. 연구진은 “개가 고양이에 비해 더 많은 대뇌피질 신경세포를 가지고 있는 것은 사실이지만, 우리 연구는 결정적으로 개가 고양이보다 더 많이 똑똑하다는 것을 의미하는 것은 아니다. 지능이라는 것은 매우 미묘하고 주관적인 측정일 수 있기 때문”이라고 전했다. 이어 “하지만 우리는 생물학적으로 누가 더 똑똑한지를 이야기 할 때 고려할 만한 요소(대뇌피질 신경세포 개수)가 있다는 사실을 알게 됐다”고 덧붙였다. 사진=포토리아 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

정보통신기술(ICT)을 활용한 각종 보조기기들이 최근 장애인들의 삶의 질을 높이고 있다. 굳이 장애인이 아니더라도 나이가 들어 시력이나 청력에 이상이 생긴 노인에게 도움을 주는 착한 첨단 보조기기로 속속 등장하고 있다. ‘착한’ 스마트 기기 개발에는 미국 실리콘밸리와 주요 정보기술(IT) 세계적 기업들도 속속 뛰어드는 추세다. 시장 전망도 밝다. 노년층 및 장애인 보조기기 시장이 평균 7.8%씩 성장해 오는 2024년 267억 달러(약 29조원)에 달할 전망이다. 덤으로 사회적기업이라는 이미지도 쌓을 수 있으니 일석이조다.●토종 재활 로봇 ‘뉴렉스’ 내년 상용화 국산 재활 로봇 중 대표적인 것은 한국기계연구원이 지난해 11월에 공개한 하지 재활 로봇 ‘뉴렉스’다. 뉴렉스는 사람이 로봇의 힘에 의지해 수동적으로 걷는 ‘패시브 워킹’과 입는 로봇 형태로 착용하고 걷는 ‘액티브 워킹’ 2가지 형태로 이용이 가능하다. 한국 기계연구원 관계자는 “재활 초기에는 로봇의 힘에 70% 정도 의지해 걷는 패시브 워킹으로 훈련을 한 뒤 점점 자신의 다리에 힘을 더 싣게 액티브 워킹으로 바꿔 가며 재활 치료가 가능하다”고 말했다. 내년부터는 상용화될 전망이다. 식사 보조 로봇은 중증장애인도 원할 때 먹고 싶은 음식을 먹을 수 있도록 도와준다. 찰기가 강한 한국식 밥도 먹을 수 있게끔 설계된 것이 특징이다. 로봇이 음식을 날라 숟가락에 올려놓으면 장애인이 직접 입까지 조정한다. 뉴질랜드에서 2011년 개발된 로봇다리 ‘렉스’는 당시 “하반신 장애인도 일으켜 세울 수 있다”는 점에서 이목을 끌었다. 하지만 가격이 15만 달러(약 1억 6250만원) 수준이어서 여전히 개인이 구매하기는 벅차다. ●전동 휠체어에도 자율주행 적용 4차 산업혁명 기술의 핵심로 꼽히는 자율주행은 전동 휠체어에도 적용되고 있다. 자율주행 전동휠체어는 목적지만 입력하면 휠체어가 편하게 이동할 수 있게 해준다. 현재 일본 파나소닉 등이 정부 지원을 받아 개발 중으로 도쿄 하네다 공항에서 테스트를 시작했다. 구글이 인수한 리프트웨어에서 개발한 ‘손 떨림 방지 숟가락’은 가벼운 수전증부터 뇌질환으로 인해 심한 손떨림을 겪는 환자들을 도와주는 기술이다. 입을 통해 마우스를 조작할 수 있는 ‘인테그라마우스’는 손을 쓰지 못하거나 본인의 의지와 관계없이 근육이 움직이는 사람들을 위해 만들어졌다.●스마트폰과 연결된 VR기기 속속 개발 장애인의 품격 있는 생활을 돕는 IT 기기들도 상용화되고 있다. 일본 앱슨에서 개발한 청각 장애인용 스마트 안경은 현재 영국 런던 브로드웨이의 극장가에서 시범 서비스 중이다. 연극이나 영화, 뮤지컬 등을 볼 때 안경을 통해 자막을 볼 수 있도록 도와준다. 증강현실(AR) 기능을 이용해 자막을 제공하고, 자막 위치부터 크기, 색상 등을 마음대로 바꿀수 있다. 미국 그래픽업체 엔비디아와 호루스는 시각 장애인용 웨어러블 기기를 제작 중이다. 눈앞의 글자를 소리로 읽어주거나, 장애물 등 이미지 정보를 소리로 바꿔 전달해준다. 이 기기를 이용하면 점자가 아닌 일반 책도 쉽게 읽을 수 있고, 눈으로 확인해야 했던 다양한 시각 정보도 음성으로 확인할 수 있다. 비슷한 시각장애인용 국산 기기로는 삼성전자 사내 벤처회사 ‘C랩’이 만든 시각 보조 모바일 애플리케이션 ‘릴루미노’가 있다. 스마트폰과 연결된 VR 기기를 착용하면 기존에 왜곡되거나 뿌옇게 보이던 사물을 또렷이 보여준다. VR 기기 후면 카메라를 통해 보이는 영상을 변환해 시각장애인이 인식하기 쉬운 형태로 바꿔주는 방식이다. 색 밝기, 대비 조정, 윤곽선 강조, 색 반전, 화면색상 필터 기능으로 백내장, 각막혼탁 질환자까지 이용할 수 있다. 홍경순 한국정보화진흥원 박사는 “그동안 장애인 보조기기는 구식이거나 초고가, 초대형이어서 활용도가 낮은 제품들이 많았지만 신기술로 이런 한계들을 극복 중”이라고 말했다. 이재연 기자 oscal@seoul.co.kr

SF를 좋아하는 마니아들은 세계 3대 SF 작가로 꼽히는 아이작 아시모프가 쓴 ‘환상 여행’(Fantastic Voyage)이란 작품을 영화로 보거나 책으로 접해 봤을 것입니다. 1966년에 영화로 만들어져 국내에서는 ‘바디 캡슐’이란 이름으로 소개됐고 ‘마이크로 결사대’, ‘두뇌로의 여행’ 등 다양한 제목의 책으로 번역되기도 했습니다.뇌출혈로 인해 혼수상태에 빠진 과학자를 살려내기 위해 주인공들이 초미니 잠수함을 타고 환자의 몸속으로 들어갑니다. 혈관을 타고 뇌로 들어가 레이저를 비롯한 각종 첨단 장비로 뇌를 치료한 다음 환자가 흘리는 눈물을 타고 밖으로 나온다는 내용입니다. 머리카락 굵기의 10만분의1 정도에 불과한 나노미터(㎚) 크기의 물질을 조작하고 제어하는 나노공학이 등장하기 전인 1960년대에는 정말 상상 속에서나 가능했던 얘기들일 것입니다. 그렇지만 1990년대 말부터 몸속에서 자유자재로 움직이며 상처 난 혈관을 고치거나 혈관벽에 달라붙은 콜레스테롤을 제거하고 아시모프의 SF에서처럼 박테리아를 잡아내고 사람의 손이 닿기 어려운 미세 부위를 수술할 수 있는 마이크로 로봇 기술들이 꾸준히 연구되고 있습니다. 최근에는 중국 연구진이 조류(藻類·algae)를 이용한 ‘바이오 마이크로 로봇’을 만드는 데 성공했다고 합니다. 이 로봇은 약물을 원하는 신체 부위에 정확하게 전달할 수도 있고 암세포도 제거할 수 있다고 합니다. 홍콩 중문대 기계공학부, 바이오의공학과, 산부인과, 영상진단학과와 영국 에든버러대 공학부 공동연구진이 개발한 바이오 하이브리드 로봇 기술은 로봇 분야 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’ 최신호에 실렸습니다. 이번에 로봇을 만드는 데 활용된 조류는 최근 건강보조식품으로 주목받고 있는 ‘스피룰리나’(Spirulina)입니다. 라틴어로 ‘나선’이라는 뜻을 가진 스피룰리나는 지구에서 가장 오래된 조류이면서 세포벽이 얇은 다세포 생물입니다. 단백질과 탄수화물, 식이섬유는 물론 항산화 효소, 각종 비타민, 칼슘, 마그네슘, 아연 같은 다양한 무기질 성분이 포함돼 있어 최근에는 건강기능성 식품 원료로 많이 활용되고 있지요. 연구팀도 기존의 마이크로 로봇들처럼 복잡한 방법으로 합성하려고 했으나 자연에 있는 물질 그대로 사용하는 것이 생체 적합성도 좋고 저렴한 비용으로 손쉽게 제작할 수 있을 것이라고 생각해 방향을 바꿨다고 합니다. 더군다나 조류는 내부에 스스로 형광물질을 갖추고 있기 때문에 바깥 부분에 자성물질만 입히면 몸 밖에서도 원하는 위치로 손쉽게 이동시킬 수 있습니다. 연구팀은 스피룰리나에 자성박막을 입혀 생쥐에게 주입한 뒤 핵자기공명(NMR) 기술을 활용해 원하는 부위로 이동시키는 것뿐만 아니라 이동경로를 추적하는 데도 성공했다고 합니다. 재미있는 것은 바이오 하이브리드 로봇의 암세포 제거 능력입니다. 마치 페니실린을 발견했을 때처럼 예상치 못했던 결과라고나 할까요. 연구팀은 별 생각없이 종양세포를 키우던 실험접시에 바이오 하이브리드 로봇을 투입했는데 48시간이 지난 뒤 암세포 90%가 파괴된 것을 확인할 수 있었다고 합니다. 물론 동물이나 사람을 대상으로 한 약물 실험이 아니라 세포 수준의 실험이었기 때문에 실제 임상에서 활용되려면 추가적인 연구기간을 포함해 10년 이상 걸릴 것으로 예상하고 있다고 합니다. 마이크로 로봇을 활용해 건강관리까지 가능해진다면 그만큼 평균 수명은 늘어날 것입니다. 나노공학을 비롯한 각종 의과학기술의 발전으로 평균 수명은 점점 늘어날 것으로 보입니다. 살 수 있는 기간이 늘어나면 ‘어떻게 살 것인가’라는 문제는 더 중요해질 것입니다. 고령화 사회에서 사회와 개인이 함께 고민해야 할 가장 중요한 문제가 아닐까요. edmondy@seoul.co.kr

SF를 좋아하는 마니아들은 세계 3대 SF작가로 꼽히는 아이작 아시모프가 쓴 ‘환상 여행’(Fantastic Voyage)이란 작품을 영화로 보거나 책으로 접해봤을 것입니다. 1966년에 영화로 만들어져 국내에서는 ‘바디 캡슐’이란 이름으로 소개됐고 ‘마이크로 결사대’ ‘두뇌로의 여행’ 등 다양한 제목의 책으로 번역되기도 했습니다.뇌 출혈로 인해 혼수상태에 빠진 과학자를 살려내기 위해 주인공들이 초미니 잠수함을 타고 환자의 몸 속으로 들어갑니다. 혈관을 타고 뇌로 들어가 레이저를 비롯한 각종 첨단 장비로 뇌를 치료한 다음 환자가 흘리는 눈물을 타고 밖으로 나온다는 내용입니다. 머리카락 굵기의 10만분의 1 정도에 불과한 나노미터(㎚) 크기의 물질을 조작하고 제어하는 나노공학이 등장하기 전인 1960년대에는 정말 상상 속에서나 가능했던 얘기들일 것입니다. 그렇지만 1990년대 말부터 몸 속에서 자유자재로 움직이며 상처난 혈관을 고치거나 혈관벽에 달라붙은 콜레스테롤을 제거하고 아시모프의 SF에서처럼 박테리아를 잡아내고 사람의 손이 닿기 어려운 미세 부위를 수술할 수 있는 마이크로 로봇 기술들이 꾸준히 연구되고 있습니다. 최근에는 중국 연구진이 조류(藻類·algae)를 이용한 ‘바이오 마이크로 로봇’이 만드는데 성공했다고 합니다. 이 로봇은 약물을 원하는 신체 부위에 정확하게 전달할 수도 있고 암세포도 제거할 수 있다고 합니다. 홍콩 중문대 기계공학부, 바이오의공학과, 산부인과, 영상진단학과와 영국 에딘버러대 공학부 공동연구진이 개발한 바이오 하이브리드 로봇 기술은 로봇 분야 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’ 최신호에 실렸습니다. 이번에 로봇을 만드는데 활용된 조류는 최근 건강보조식품으로 주목받고 있는 ‘스피룰리나’(Spirulina)입니다. 라틴어로 ‘나선’이라는 뜻을 가진 스피룰리나는 지구에서 가장 오래된 조류이면서 세포벽이 얇은 다세포 생물입니다. 단백질과 탄수화물, 식이섬유는 물론 항산화 효소, 각종 비타민, 칼슘, 마그네슘, 아연 같은 다양한 무기질 성분이 포함돼 있어 최근에는 건강기능성 식품 원료로 많이 활용되고 있지요. 연구팀도 기존의 마이크로 로봇들처럼 복잡한 방법으로 합성하려고 했으나 자연에 있는 물질 그대로 사용하는 것이 생체 적합성도 좋고 저렴한 비용으로 손쉽게 제작할 수 있을 것이라고 생각해 방향을 바꿨다고 합니다. 더군다나 조류는 내부에 스스로 형광물질을 갖추고 있기 때문에 바깥 부분에 자성물질만 입히면 몸 밖에서도 원하는 위치로 손쉽게 이동시킬 수 있습니다. 연구팀은 스피룰리나에 자성박막을 입힌 뒤 생쥐에게 주입한 뒤 핵자기공명(NMR) 기술을 활용해 원하는 부위로 이동시키는 것 뿐만 아니라 이동경로를 추적하는데도 성공했다고 합니다. 재미있는 것은 바이오 하이브리드 로봇의 암세포 제거 능력입니다. 마치 페니실린을 발견했을 때처럼 예상치 못했던 결과라고나 할까요. 연구팀은 별 생각없이 종양세포를 키우던 실험접시에 바이오 하이브리드 로봇을 투입했는데 48시간이 지난 뒤 암세포 90%가 파괴된 것을 확인할 수 있었다고 합니다. 물론 동물이나 사람을 대상으로 한 약물시험이 아니라 세포 수준의 실험이었기 때문에 실제 임상에서 활용되려면 추가적인 연구기간을 포함해 10년 이상 걸릴 것으로 예상하고 있다고 합니다. 마이크로 로봇을 활용한 건강관리까지 가능해진다면 그만큼 평균 수명은 늘어날 것입니다. 나노공학을 비롯한 각종 의과학기술의 발전으로 평균수명은 점점 늘어날 것으로 보입니다. 살 수 있는 기간이 늘어나면 ‘어떻게 살 것인가’라는 문제는 더 중요해질 것입니다. 고령화 사회에서 사회와 개인이 함께 고민해야 할 가장 중요한 문제가 아닐까요. edmondy@seoul.co.kr

순서 지켜야 쾌감 느끼는 실험 쥐들 차례 대기 규칙 설정·수행예수나 부처처럼 성인이 아니고 공자나 맹자처럼 드높은 이상을 가진 사상가도 아닌 보통 사람들은 코앞의 이익 때문에 멀리까지 못 보는 경우가 많습니다. 흔히 ‘나만 아니면 돼’ 또는 ‘나만이어야 해’라는 마음속 깊은 곳에 자리잡은 이기심 때문에 단기적 이익에 매달리는 경우가 많습니다. 영화나 소설에서도 눈앞의 이익을 쫓다가 목숨을 잃거나 다치는 장면이 자주 등장합니다. 관객들은 그런 장면을 접할 때마다 안타까워하면서도 대놓고 비난하지 못합니다. 바로 누구나 내면에 그런 본성이 잠자고 있기 때문이 아닌가 싶습니다. 사실 인간을 비롯한 많은 생물체들이 지구라는 공간에서 북적거리며 살다 보니 한정된 자원을 놓고 다른 개체들과 갈등 상황에 놓이는 것은 당연한 일입니다. 개인 간 분쟁뿐만 아니라 국가나 민족 간 전쟁도 쌓여 있던 갈등이 폭발하면서 발생하는 것입니다. 다양한 분야의 학자들은 한정된 자원을 놓고 서로 이득이 되고 갈등을 피할 수 있는 방법을 이야기하고 있습니다. 그중 진화생물학에서는 갈등 상황에서는 상호 간 타협 가능한 규칙을 만들어 질서를 지키도록 한다면 서로의 이익을 늘릴 수 있다고 설명하고 있습니다. 영국의 진화생물학자이자 수리생물학자인 존 메이너드 스미스가 ‘부르주아 전략’이라고 부른 이 개념은 자원 독점을 위해 무조건 싸우거나 회피하는 것보다는 두 전략을 적절히 혼합한 전략이 생존에 도움이 된다는 어찌 보면 ‘뻔한’ 소리입니다. 그렇지만 놀랍게도 생물학자들은 나비나 실잠자리, 거미류 등이 실제로 부르주아 전략을 활용한다는 사실을 발견했습니다. 최근 국내 연구진은 대표적인 실험동물인 생쥐들도 이런 전략적 행동을 한다는 사실을 처음으로 확인했다고 합니다. 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성연구단 신희섭 단장팀은 생쥐들이 눈앞에 놓인 당장의 이익을 참고 규칙을 지킴으로써 장기적 이익을 얻으려는 전략적 행동을 구사한다는 것을 관찰하고 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 8일자로 발표했습니다. 연구팀은 한 쌍의 생쥐에게 뇌의 쾌락중추를 자극하는 헤드셋을 씌운 뒤 3칸으로 나누어진 상자에 넣었습니다. 실험을 시작할 때 생쥐들은 상자의 가운데 구역에 있다가 좌우 양쪽구역(보상구역) 중 불이 켜진 곳으로 들어가면 쾌감을 느끼도록 했습니다. 조명이 켜진 쪽으로 들어가면 쾌감을 느끼도록 했지만 한 번에 두 마리가 동시에 들어가면 자극이 꺼지도록 장치를 했습니다. 연구팀은 생쥐들이 반복 학습을 통해 쾌감을 얻기 위해서는 보상구역에 들어가야 하고 동시에 들어가면 안 된다는 것을 인식하도록 만들었습니다. 그 결과 동료 생쥐가 보상구역에서 쾌감을 느끼고 있을 때 다른 생쥐는 같은 구역으로 진입하지 않는다는 사실을 확인했습니다. 다른 쪽 보상구역에서 불이 켜지기를 기다렸다가 들어가는 것이었습니다. 같은 보상구역에 들어가 상대의 보상 기회를 방해하지 않고 기다리다가 자신의 차례를 기다리는 일종의 사회적 행동규칙을 만들어 수행한 것입니다. 더군다나 연구팀은 생쥐가 규칙을 지키는 것은 몸무게나 크기 같은 외형이나 생쥐 간 친밀도, 학습능력, 습관적인 방향 선호도 같은 개인적 성향과도 무관하다는 것도 확인했습니다. 눈앞의 이익 때문에 ‘나 하나쯤이야’ 하는 생각으로 규칙을 무시하는 사람들이 점점 늘고 있습니다. 이런 상황에서 개체의 단기적 이익을 포기하고 규칙을 지키며 집단의 이익을 도모하는 생쥐의 행동은 ‘각자도생’이라는 구호를 앞세우고 노골적인 경쟁을 부추겨 ‘헬조선’이라는 말이 일상화된 한국 사회에 시사하는 바가 큰 것 같습니다. edmondy@seoul.co.kr

우리는 매일 ‘안녕하세요’라고 안부를 묻는 인사를 한다. ‘안녕’이란 말은 ‘특별한 일이 없이 편안하다’라는 뜻으로 사기 등 중국 고서에도 등장하는 말이라고 한다. 우리나라 사람들은 누군가 만날 때 늘 상대방이 편안한지 서로 묻고 있는 셈이다. 어쩌면 우리는 안녕의 대척점에 있는 ‘불안’을 늘 생각하고 사는 것인지도 모르겠다. 불안은 ‘편안하지 않음’이라는 부정어 형태의 단어인 반면 영어권에서는 ‘anxiety’라는 직접적인 의미의 단어가 있다. 이는 ‘angh’라는 그리스어 어근을 기원으로 하는데, 물리적으로 꽉 조여서 아픈 상태를 의미하는 것으로 보아 불안의 개념이 좀더 물리적이고 구체적인 것 같다. 그럼 뇌과학은 이런 불안을 어떻게 바라보고 있을까. 불안은 감지된 위험이 있을 때 울리는 경보시스템으로서 고등동물에 발달돼 있다. 하지만 불안이 과도하게 활성화되면 경보장치가 지나치게 자주 작동하고 안전한 상황에서조차 경보장치를 끌 수 없게 되기도 한다. 이런 상태를 일컫는 진단이 ‘불안장애’다. 불안장애에서 공통적으로 보이는 특징 중 하나는 강한 자율신경계 반응이다. 위험을 감지하면 우리 뇌는 긴장신호를 만들어 내고 비상 상태에 대응할 수 있도록 몸 상태를 준비시킨다. 이런 상태를 소위 ‘투쟁 도주 반응’으로 부르기도 한다. 즉, 맞서 싸우거나 사력을 다해 도망을 갈 수 있도록 준비하는 것이다. 심장이 빨리 뛰고 호흡이 빨라지며 식은땀이 나고 침이 마르게 된다. 특히 공황장애 환자는 금방이라도 죽을지 모르겠다고 느끼며 병원 응급실로 오는 경우도 드물지 않다. 불안이 없다면 좀더 편하게 살 수 있지 않을까. 그러나 적절한 불안이 생존에 유리하다는 것을 보여주는 좋은 예가 있다. ‘톡소플라스마’라는 기생충은 고양이를 최종 숙주로 삼고 중간 숙주는 쥐다. 신기하게도 톡소플라스마에 감염된 쥐는 고양이를 두려워하지 않게 된다. 결과적으로 최종 숙주인 고양이에게 잡혀 먹히기 쉬운 상태가 되는 것이다. 로버트 새폴스키 미국 스탠퍼드대 교수는 이런 점에 주목해 톡소플라스마에 감염된 쥐의 뇌구조를 살펴봤고 편도체에서 많은 수의 톡소플라스마가 발견됐다. 불안을 유발하는 뇌구조를 좀더 살펴보자. 앞서 거론한 편도체와 더불어 전전두엽, 해마 등이 불안과 관련된다. 이들 기관은 현재, 미래, 과거의 정보를 처리하는 뇌 부위다. 즉각적인 위험을 감지하는 것은 현재의 일이다. 이 정보의 처리는 편도체가 담당한다. 생존을 위협하는 위험이 나타나면 시상에서는 즉시 위험신호를 편도체로 보낸다. 다만 편도체에는 제동장치가 필요하다. 내측 전전두엽이 그 기능을 한다. 감지된 위험을 인지적으로 해석하고 미래를 예측해 편도체를 진정시키는 기능이다. 과거 기억은 해마에 저장돼 있다. 해마는 편도체와 긴밀하게 신호를 주고받으며 과거 위험을 상기시켜 준다. 위험한 일이 반복될 때 강한 불안 반응을 일으켜 즉각적으로 위험을 피할 수 있게 하는 안전장치다. 마크 길버트슨 미국 하버드의대 박사는 해마 크기가 작은 사람이 전투를 경험하면 ‘외상후 스트레스 장애’ 발생 가능성이 높아진다는 사실을 밝혀냈다. 불안은 양날의 칼과 같다. 적절하면 생존에 도움이 되지만 지나치게 약하거나 강하면 오히려 생존에 방해가 되기도 한다. 우리는 예측할 수 없는 삶이 불안하고 일자리가 없어 불안하다. 추석 연휴 기간 서로의 마음을 보듬어 주면서 조금이나마 불안을 줄이고, 더 건강한 마음으로 삶의 자리에 돌아올 수 있기를 기원한다.

꿀벌이 선보이는 오차 없는 비행을 가능하게 한 ‘뇌의 비밀’이 밝혀졌다. 영국 인디펜던트 5일(현지시간) 보도에 따르면 에딘버러대학과 스웨덴 룬드대학 공동연구팀은 꿀벌의 두뇌에 정보를 전달하는 뉴런이 방향과 거리의 변화를 기억하고 꿀벌이 가장 빠르고 정확하게 벌집으로 돌아올 수 있음을 발견했다. 꿀벌들은 그들의 시야를 사용하여 비행하지만, 다시 벌집으로 돌아올 때, 쌀알보다 작은 크기의 벌들의 두뇌에 실제로 어떤 일이 일어나는지는 거의 알려지지 않았다. 공동연구팀은 연구저널 ‘커런트 바이올로지’(Current Biology) 최신호에 이번 연구 결과를 발표했다. 공동연구팀은 야행성 열대우림 벌의 뇌를 연구 관찰했다. 그들은 꿀벌의 머리에 작은 전극을 부착하여 신경 기능을 모니터링했다. 곤충들이 앞으로 날아갈 때 또는 회전할 때 보이는 가상 현실 시뮬레이션을 관찰했다. 그 결과 연구팀은 곤충의 뇌에서 ‘중심복합체’라고 불리는 속도와 방향을 감지하는 뉴런을 발견했다. 이 중심복합체는 개미, 꿀벌 등의 비행 시스템을 제어한다. 이와 함께 꿀벌 뇌에 대한 현미경 관찰 연구를 진행한 연구팀의 연구 결과는 꿀벌 뇌의 신경 세포가 어떻게 연결되어 있는지 확인했으며, 꿀벌의 두뇌에 대한 상세한 컴퓨터 모델을 개발하는 데 사용됐다. 에딘버러대학 정보학부 바바라 웹 교수는 “이 연구에서 가장 흥미로운 부분은 신경 세포들 사이를 연결하는 ‘스파게티’와 같은 컴퓨터 모델링이 꿀벌의 위치를 ​​추적하고 집으로 돌아간다는 사실을 밝혀낸 점”이라면서 “단일 뉴런 수준에서의 이러한 복잡한 행동을 이해하는 것은 뇌 기능 과학에 중요한 단계”라고 말했다. 과학자들은 이 연구를 토대로 GPS나 값비싼 컴퓨터 시스템을 필요로하지 않는 자율 로봇에서의 새로운 탐색 알고리즘 개발을 이끌어낼 수 있기를 기대하고 있다. 박록삼 기자 youngtan@seoul.co.kr

더위 혹은 추위를 못 견디는 사람 모두에게 안성맞춤인 ‘체온 조절용’ 손목시계가 나왔다.최근 영국 데일리메일은 최근 미국의 대표적 크라우드펀딩 서비스인 킥스타터에서 인기몰이 중인 손목 시계 ‘에어컨 워치’를 소개했다. 홍콩 회사 에어컨워치가 디자인한 이 시계는 사용자들의 손목을 따뜻하게 혹은 차갑게 해 몸 전체의 온도가 올라가거나 내려간 듯한 느낌을 준다. 이는 신체 한 부분에서의 작은 온도 변화가 몸 전체의 온도를 바꾼다는 전제에 근거를 두고 있다. 실리콘 소재의 시계 끈에는 추울 때와 더울 때의 맥박을 전달하는 장치가 있는데, 이 맥박들이 체온을 조절하는 뇌의 신호와 충돌해 신경계에 혼란을 줌으로써 시계는 신체 온도에 변화를 일으킨다. 회사 측은 “비밀은 끈에 있다”며 “끈에는 클리마콘 기술이 포함된 소형 장치가 달려 있는데, 인체의 온도를 최대한 잘 전달하기 위해 감각 신경과 가까운 손목 안쪽에 두었다. 시계는 온도나 계절, 시간대에 상관없이 사용할 수 있다”고 설명했다. 이어 “제품을 개발한 이유 중 하나가 홍조가 자주 발생하는 폐경기 여성을 돕기 위해”라면서 “폐경기를 겪는 여성을 비롯해 직장인, 운동선수 등 다양한 사람들이 사용할 수 있을 것”이라고 전했다. 시계는 유기발광다이오드(OLED) 화면을 특징으로 하며, 배터리 크기가 400mAh에 달해 8시간 동안의 난방 효과와 7시간의 냉각 효과를 제공한다. 에어컨 워치는 킥스타터 모금 캠페인을 통해 1000명이 넘는 후원자로부터 이미 8만 4000달러(약 9500만원)를 모았다. 구매 가능한 시기가 분명치 않지만 제품 하나당 판매가는 75달러(약 8만 4800원) 정도 될 것으로 예상된다. 안정은 기자 netineri@seoul.co.kr

더위 혹은 추위를 못 견디는 사람 모두에게 안성맞춤인 ‘체온 조절용’ 손목시계가 나왔다. 18일(현지시간)영국 데일리메일은 최근 미국의 대표적 크라우드 펀딩 서비스인 킥스타터에서 인기몰이 중인 손목 시계 ‘에어컨 워치’(Aircon Watch)를 소개했다. 홍콩 회사 에어컨 워치가 디자인한 이 시계는 사용자들의 손목을 따뜻하게 혹은 차갑게 해 몸 전체의 온도가 올라가거나 내려간 듯한 느낌을 준다. 이는 신체 한 부분에서의 작은 온도 변화가 몸 전체의 온도를 바꾼다는 전제에 근거를 두고 있다. 실리콘 소재의 시계 끈에는 추울때와 더울때의 맥박을 전달하는 장치가 있는데, 이 맥박들이 체온을 조절하는 뇌의 신호와 충돌해 신경계에 혼란을 줌으로써 시계는 신체 온도에 변화를 일으킨다. 회사 측은 “비밀은 끈에 있다”며 “끈에는 클리마콘(ClimaCon) 기술이 포함된 소형 장치가 달려있는데, 인체의 온도를 최대한 잘 전달하기 위해 감각 신경과 가까운 손목 안쪽에 두었다. 시계는 온도나 계절, 시간대에 상관없이 사용할 수 있다”고 설명했다. 이어 “제품을 개발한 이유 중 하나가 홍조가 자주 발생하는 폐경기 여성을 돕기 위해서”라며 “폐경기를 겪는 여성을 비롯해 직장인, 운동선수 등 다양한 사람들이 사용할 수 있을 것”이라고 전했다. 시계는 유기 발광 다이오드(OLED)화면을 특징으로 하며, 배터리 크기가 400mAh에 달해 8시간 동안의 난방 효과와 7시간의 냉각 효과를 제공한다. 에어컨 워치는 킥스타터 모금 캠페인을 통해 1000명이 넘는 후원자로부터 이미 8만4000달러(약 9500만원)을 모았다. 구매가능한 시기가 분명치 않지만 구매비용은 75달러(약 8만4800원)정도가 들 것으로 예상된다. 안정은 기자 netineri@seoul.co.kr

인도의 유명 TV 진행자였던 여성이 야자수에 깔려 숨지는 사고가 발생했다. 22일(현지시간) 영국 데일리메일은 지난 20일 인도 뭄바이 외곽 샹뷔르에서 요가 수업을 마치고 귀가 중이던 유명 TV 진행자였던 칸찬 나트(Kanchan Nath·58)가 야자수 나무에 맞아 사망했다고 보도했다. 지난 목요일 오전 8시. 인도 국영방송인 도어다산(Doordarshan) 채널의 전직 진행자 칸찬은 파란색 운동복 차림으로 요가 수업을 마치고 귀가하던 중 약 8m 크기의 코코넛 야자수가 갑자기 쓰러지며 그녀를 덮쳤다. 나무에 깔려 꼼짝 못한 칸찬을 발견한 주변 상인들과 행인들은 급히 뛰어와 야자수를 들어 올려 그녀를 구조했다. 치명적인 내상과 골절을 입은 칸찬은 사고 직후 병원으로 이송됐지만 22일 아침 결국 뇌손상으로 사망했다. 사고 당시 구조에 참여한 아르준 싱(Arjun Singh)은 “사람들이 여기저기서 소리를 지르며 도움을 요청하는 사이 땅바닥에 쓰러진 여인을 보았다”며 “주변에서 누군가가 쓰러진 여인이 ‘칸찬’이라고 말하기 전까지 그녀인 줄 몰랐으며 알게 된 이후 큰 충격을 받았다”고 전했다. 칸찬의 남편 라자트(Rajat)는 쓰러질 위험이 있는 야자수를 자를 수 있는 허가를 거부해 온 브리한뭄바이 지방자치단체(Brihanmumbai Municipal Corporation)를 비난했다. 하지만 브리한뭄바이 지방자치단체장 아샤 마라테(Asha Marathe)는 “해당 공무원의 조사 결과 야자수의 상태가 양호했기 때문에 허가를 내주지 않았다”고 반박했다. 칸찬의 비보를 들은 동료 앵커 렉카 라오(Rekha Rao)는 “우리 음악계의 유명한 진행자를 잃었으며 항상 당신을 그리워할 것”이라고 애도를 표했다. 이달 말 개최될 예정이었던 랑만치 음악 시상식 주최측은 “스태프들과 다른 모든 회원들이 칸찬의 비극적인 소식에 충격을 받았으며 랑만치 음악 시상식을 잠시 연기하기로 결정했다”고 전했다. 사진·영상= DD News youtube 영상팀 seoultv@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

●언어학습 돕는 별모양 유전자 발견 한국과학기술연구원(KIST·원장 이병권) 이창준 박사와 이화여대 류인균·김지은 뇌인지과학과 교수 공동연구팀은 뇌와 척수에 있는 별모양 세포의 유전자가 언어 학습 능력에 중요한 역할을 한다는 사실을 처음 규명했다. 별세포에서만 나타나는 ‘아쿠아포린4’ 유전자가 뇌 크기 변화를 조절하고 뇌 기능에 필수적 역할을 하는데 이 유전자가 활발하게 나타나는 사람들은 언어 학습 능력, 언어 유창성이 더 뛰어나다고 설명했다. 이번 연구는 신경과학 및 정신의학 분야 국제학술지 ‘분자 정신의학’ 27일자에 실렸다. ●눈으로 세균 냄새 보는 기술 개발 한국생명공학연구원(원장 장규태) 류충민 박사와 미국·프랑스·이집트 국제공동연구진은 음식이 상했을 때 나는 세균 냄새를 눈으로 관찰하는 기술을 개발했다. 이 연구는 과학기술 방법론 분야 국제학술지 ‘네이처 프로토콜스’ 7월호 표지논문으로 실렸다. 연구팀은 세균 냄새가 세균 간 상호작용에서 중요한 신호전달물질이라는 사실을 밝혀내고 이를 분석하는 연구방법을 체계화해 편하고 정확하게 실험할 수 있는 방법을 제시했다. 세균 냄새를 활용한 ‘보이지 않는 기체 비료’ 제작도 가능할 것으로 기대된다. ●IBS, 새달 3일부터 물리교육프로그램 기초과학연구원(IBS·원장 김두철) 액시온 및 극한상호작용연구단은 다음달 3일부터 5주간 교육·연구 프로그램인 ‘KUSP’를 실시한다. 2015년부터 시작한 KUSP는 미래 물리학자를 꿈꾸는 전 세계 고등학생과 대학생, 대학원생을 대상으로 물리학 강연과 현장학습, 다양한 문화활동을 진행한다. 올해는 11개국 26명의 학생이 참여할 예정이다.

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.

‘맥주 한 잔 정도는 괜찮겠지’라는 안일한 생각으로 매일 밤 음주를 즐기는 사람이라면 다음 연구 결과를 주목해야겠다. 영국 옥스퍼드대학과 유니버시티 칼리지 런던 공동 연구진은 지난 30년 간 평균 연령 43세의 남녀 550명을 대상으로, 가벼운 음주가 뇌에 미치는 영향을 알아보기 위한 실험을 실시했다. 연구진은 1985~2015년까지 30년간 이들의 음주 습관을 추적 관찰하는 동시에 일정한 간격을 두고 뇌 스캐닝과 인지능력 테스트를 실시했다. 그 결과 알코올을 섭취한 사람에게서 공통적으로 뇌에 있는 해마의 크기가 작아진 것을 확인했다. 해마는 학습과 기억 및 새로운 것을 인식할 때 주로 활성화 되는 영역이며, 해마의 크기가 작아질 경우 알츠하이머(치매)를 앓을 위험이 높아진다. 특히 이러한 현상은 주당 14~21유닛을 마시는 경우에도 동일하게 나타났다. 유닛은 영국에서 알코올의 양(量)을 측정하는 단위로, 1유닛(8g)은 소주 한 잔에 들어있는 알코올(9.8g)과 비슷한 양이다. 14유닛은 소주 2병 혹은 맥주 500cc 6잔 정도를 의미한다. 즉 하루 평균 소주 2잔 혹은 맥주 420cc 정도만 마셔도 뇌 손상이 올 수 있다는 것. 연구진은 평소 과음하지 않고 ‘적정 음주’를 하는 사람들의 언어능력이 나이가 들수록 빠르게 떨어지는 것을 확인했다. 1분간 특정 철자로 시작하는 단어를 더 많이 말하는 테스트를 진행했을 때, 과하지 않더라도 음주를 한 사람은 술을 전혀 마시지 않은 사람에 비해 테스트 점수가 17% 더 떨어진 것을 확인했다. MRI 스캐닝 기법으로 뇌를 촬영한 결과, 주당 30유닛 이상을 마시는 사람은 그 이하로 마시는 사람에 비해 뇌백질의 손상이 눈에 띄게 심각했다. 뇌백질은 척추동물의 중추신경계가 모여 있는 곳으로, 전두엽과 시상 등을 연결하는 일종의 배관 역할을 한다. 이 부위가 손상될 경우 인지능력이 떨어지고 치매의 위험이 높아진다. 연구진은 “미국의 경우 남성에 대해 주당 24.5유닛까지의 음주는 안전하다고 제시하고 있지만, 실제로 주당 14~21유닛만으로도 뇌 구조가 변화될 수 있다는 사실이 확인됐다”면서 “이번 연구결과는 적은 음주량으로도 해마의 크기가 작아지면서 치매의 위험이 높아질 수 있다는 것을 보여준다”고 설명했다. 자세한 연구결과는 영국 의학 저널(British Medical Journal) 최신호에 실렸다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

살아있는 잠자리에 초소형 센서와 태양열 패널, 내비게이션 등을 탑재시킨 ‘사이보그 잠자리’가 첫 비행에 성공했다. ‘드래곤플라이 프로젝트’라는 이름으로 개발된 이 사이보그 잠자리는 미국 하워드휴즈의학연구소와 연구개발 전문업체인 ‘드레이퍼’가 공동으로 제작했다. 이번 프로젝트는 작은 곤충에 사이버그 기술을 접목한 것으로, 뇌에서 잠자리의 감각기관 및 근육과 연결돼 있는 특정 뉴런을 빛에 반응하는 광섬유와 연결하는 기술을 현실화 했다. 이를 통해 마치 드론을 조종하듯 잠자리를 조종하거나 혹은 스스로 비행하게 하는 것 모두 가능하다. 여기에 사용된 광섬유는 매우 얇고 유연한 신소재로 제작한 것이며, 뇌신경 세포에 세밀하게 빛 자극을 줄 수 있다. 또 연구진은 센서와 내비게이션 등이 들어 있는 ‘백팩’의 무게를 줄이기 위해 배터리가 아닌, 태양광 패널을 탑재했다. 곤충에 첨단 기술을 접목시킨 사례는 이번이 처음은 아니지만, 이번 사이보그 잠자리는 지금까지 공개된 곤충 사이보그 중 가장 크기가 작고 가볍다는 특징이 있다. 뿐만 아니라 사이보그 잠자리는 자연에서 스스로 먹거리를 찾고 에너지를 보충하기 때문에, 살아있는 동안에는 특별한 ‘충전’ 없이도 움직일 수 있다는 장점도 있다. 태양열 패널과 센서, 그리고 네비게이션 등 백팩에 탑재된 다양한 부품이 초소형으로 구현됐으며, 몸집이 작은 곤충의 미세한 뉴런과 광섬유가 원활하게 연결됐다는 점에서, 연구진은 이번 드래곤플라이 프로젝트가 성공적이라고 판단했다. 첨단 기술이 접목된 사이보그 잠자리는 드론처럼 식물과 식물을 오가며 수분을 돕거나, 사람이 갈 수 없는 지역의 답사를 돕는 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

생선은 물론 견과류와 건강한 기름 등을 먹으면 나이 들어 기억력과 문제 해결 능력을 유지하는데 도움이 될 수 있다는 것이 새로운 연구를 통해 밝혀졌다. 미국 일리노이주립대 연구진은 65~75세 노년층의 혈액 표본을 채취해 그 속에 있는 다가불포화지방산의 수치를 분석했다. 이런 지방산은 기본적으로 오메가3와 오메가6로 분류된다. 연어와 같은 생선이나 호두와 같은 견과류, 그리고 올리브유에는 오메가3 지방산이 많으며, 야자유와 콩기름, 그리고 해바라기씨유와 같은 식품에는 오메가6 지방산이 많다. 또한 연구진은 이들 참가자를 대상으로 여러 인지 능력 검사를 진행하고 뇌 스캔 검사를 통해 뇌 구조를 분석했다. 그 결과, 혈중 다가불포화지방산 수치가 높은 사람들은 그렇지 못한 이들보다 문제 해결 능력이 더 뛰어난 것으로 나타났다. 또한 다가불포화지방산 수치가 높은 참가자들은 문제 해결과 관련한 뇌 영역인 좌측 전두두정 피질이 더 크게 보존된 경향이 있었다. 이에 대해 연구를 이끈 마르타 잼로지비츠 연구원은 “우리는 유동성 지능에 중요한 역할을 하며 건강하게 늙어도 조기에 약해지는 뇌의 주요 신경망인 전두두정 네트워크를 연구했다”고 말했다. 여기서 유동성 지능은 기존에 한 번도 접해본 적이 없는 문제를 해결해내는 능력을 뜻한다. 또 이 연구원은 “별도의 연구에서 우리는 기억에 중요한 역할을 하는 뇌 중심의 신경섬유 군집인 뇌궁의 백색질 구조를 조사했다”고 말했다. 뇌궁은 기존 연구에서 알츠하이머병 환자의 뇌에서 증상이 처음으로 나타나는 부위 중 하나로 밝혀져 기억력을 비롯해 알츠하이머병 발병과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려졌다. 그런데 두 번째 연구에서 연구진은 뇌궁의 크기가 혈중 다가불포화지방산의 수치가 높은 것과 관련이 있다는 것을 발견했다. 즉 이런 지방산은 뇌궁을 유지하는 도움이 된다는 것. 또한 뇌궁이 더 큰 참가자일수록 기억력 검사를 더 잘 수행하는 것도 확인됐다. 이에 대해 잼로지비츠 연구원은 “많은 연구는 사람들이 생선을 먹어 이런 특정 지방의 신경 보호 효과를 얻어야 한다고 말하지만, 이번 연구는 우리가 견과류와 씨앗, 그리고 좋은 기름에서 얻는 지방도 뇌를 좋은 쪽으로 변화할 수 있다는 것을 시사한다”고 말했다. 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

세계에서 가장 작은 아기의 심장수술이 성공적으로 이뤄졌다. 영국 데일리메일은 17일(이하 현지시간) 인도 라자스탄주 남부 우다이푸르의 한 국영병원에서 28주만에 450g 무게로 태어난 아기의 수술 소식을 전했다. 현지 언론에 따르면, 아직 이름조차 없는 이 사내아이는 손바닥만한 크기의 몸집에 눈, 폐와 피부의 발달이 아직 미숙한 상태였다. 또한 동맥관 개존증(Patent Ductus Arteriosus)을 겪고 있어 수술이 필요했다. 의사 선일 잔기드는 “태아 순환을 유지하기 위해서는 대동맥과 폐동맥 사이를 연결해주는 동맥관이라는 혈관이 출생 직후 정상적으로 닫혀야 하는데, 이 아기는 열려 있었다. 이는 호흡 문제로 이어질 수 있어 위험했다”고 당시 상황을 설명했다. 또한 “약물 치료를 선행했으나 차도를 보이지 않아, 마지막 선택지로 중환자실에서의 심장수술을 선택했다. 수술 당시 아기가 매우 연약하고 예민해서 접촉하기도 조심스러웠고, 쉽지 않은 도전이었다”고 언급했다. 함께 수술에 참여한 의사 산제이 간디 역시 “아기의 신체 일부가 지나치게 덜 발달돼서 호흡 장애 증후군, 뇌와 폐의 내부 출혈, 발육문제와 같은 높은 수위의 위험에 노출되어 있었다”며 “수술을 하더라도 언제든 예기치 못한 상황이 발생할 수 있었다”고 전했다. 그러나 아기의 생명을 우선시했던 의사들은 소형화된 크기의 특수 수술장비를 사용해 아기를 살려냈다. 아기의 아빠 자인은 “아들의 생존이 기적에 가깝다”면서 “저체중과 같은 악조건 속에서도 ‘살 수 없을 것’이라던 모두의 예상을 뒤엎고 용감하게 살아남았다”고 감격을 표했다. 사진=데일리메일 안정은 기자 netineri@seoul.co.kr

미국 코넬대 신경생물학과와 심리학과 공동연구진은 머리가 좋으면 뇌 활동이 활발해 결국 머리가 크다는 속설을 과학적으로 밝혀내고 영국왕립학회에서 발간하는 ‘영국왕립학회보B-생명과학’ 11일자에 발표했다. 연구팀은 노래하는 새(songbird) 58종을 대상으로 전체적인 뇌의 크기와 30개의 개별 영역의 크기, 신경네트워크의 복잡성 등을 분석했다. 조류의 뇌는 어류에 비해 발달돼 있지만 포유류처럼 복잡하지 않고 각종 뇌 기능에 대해 알려져 있는 부분이 많아서 연구하기 편하다는 장점이 있다. 연구팀의 분석 결과 머리가 더 큰 새들이 입과 부리, 혀를 제어할 수 있는 뇌 영역이 특별히 발달해 있고 신경 네트워크가 복잡하다는 사실을 파악했다. 유인원들과 비교해 사람의 머리가 큰 것도 언어와 같은 특정 능력을 통제, 관리할 수 있는 뇌 영역을 강화시켰기 때문이라고 연구팀은 추정했다. 티모스 드부짓 교수는 “모두에게 적용할 수 있다고 단정 지을 수는 없다”면서도 “생존에 필요한 요건을 생각하고 다른 개체들과 소통하는 과정에서 두뇌가 발달하면서 머리가 커진다는 것은 진화의 당연한 한 과정”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지난 수십년 동안 인간 사회 발전에 컴퓨터가 기여한 바는 지대하다. 커다란 방 크기의 컴퓨터가 지니고 있던 능력을 뛰어넘는 스마트폰이 이제 거의 모든 사람의 삶의 중심에 있다 해도 과언이 아니다. 나아가 여러 장치가 서로 연결된 4차 산업혁명, 빅데이터에 의한 인공지능 등 하루가 다르게 새로운 발전이 있을 것 같다.그런데 컴퓨터의 하드웨어적 한계는 예정돼 있다. 비트라 불리는 0과 1을 다루는 매우 간단한 연산자들의 집적으로 이루어져 있는 하드웨어 소자는 이제 거의 원자 크기에 근접할 정도로 작아졌다. 원자의 세계를 지배하는 양자역학에 따르면 이런 고전적 튜링 방식의 연산은 더이상 발전할 수 없다.기존 컴퓨터에 대한 대안은 무엇이 있을까. 물리학자들은 오래전부터 양자컴퓨터라는 완전히 새로운 방식의 컴퓨터를 꿈꿔 왔다. 양자물리학의 세계에서는 0과 1의 분명한 구분이 없고 0과 1의 값을 가질 확률만이 의미가 있는 것이다. 이런 확률적 최소 단위를 큐비트라 부른다. 작은 자석처럼 행동하는 원자를 활용하면 큐비트를 구현할 수 있다. 큐비트가 2개 있으면 2의 제곱만큼 많은 정보가 있게 되고 큐비트의 수가 커짐에 따라 정보량이 기하급수적으로 많아지게 된다. 원자 20개만 있어도 20배가 아닌 백만배로 커진다. 따라서 50큐비트만 있더라도 기존 컴퓨터의 능력을 이미 상회하고 300큐비트만 있으면 우주 전체의 원자수보다도 큰 정보를 다룰 수 있게 된다는 말이다. 양자컴퓨터는 대규모 데이터 검색이나 나노물질의 디자인 등에 탁월한 능력을 보일 것으로 예측되고 있다. 소인수분해는 자릿수가 커지면 기하급수적으로 하기 어려워진다. 232자리를 가진 수를 소인수분해 하려면 현재로선 기존 컴퓨터 수백대를 2년 동안 돌려야 한다. 그렇기 때문에 소인수분해는 컴퓨터의 암호화에 활용되고 있다. 그러면 현재 실제 작동하는 양자컴퓨터는 어디까지 발전했을까. 2012년 4개의 큐비트를 가진 양자컴퓨터는 15를 3과 5로 소인수분해 했다. 5년이 지난 지금은 이보다 낫지만 기존의 컴퓨터를 뛰어넘는 계산 능력은 아직 발휘하지 못하고 있다. 또 외부 온도가 높아지면 에러가 나기 때문에 섭씨 영하 270도 이하의 극저온에 장치를 넣어야 하는 문제도 안고 있다. 기본적으로 원자나 광자 하나를 제어할 정도로 정밀함이 필요하기 때문에 장치의 크기도 훨씬 크고 복잡하다. 상업적으로 나와 있는 것들은 아직 본격적 양자컴퓨터라 부르기엔 이르다. 이런 문제를 곰곰이 생각하고 있는 나의 뇌를 떠올려 보면 훨씬 작고 다양한 기능을 수행하는 컴퓨터는 얼마든지 가능해 보인다. 물론 단순하게 빠른 계산에서는 컴퓨터보다 느릴지 모르나 서번트 증후군이 있는 레인맨 같은 사례를 보면 인간의 뇌에는 아직 활용되지 않는 부분이 있을 것이다. 뇌가 과연 양자컴퓨터일까. ‘황제의 새 마음’이란 책을 낸 천재 수리물리학자 로저 펜로즈는 ‘마이크로 튜블’이라는 새로운 단백질 구조가 뇌를 양자컴퓨터로 만들고 인간의 자의식을 만들어 낸다고 주장한 바 있다. 물론 그의 주장은 잘 받아들여지지 않았다. 양자컴퓨터란 외부의 잡음이 차폐돼야 하는데 인간의 체온은 양자컴퓨터를 유지하기에는 너무 높다는 지적도 있다. 그럼에도 불구하고 최근 매우 재미있는 연구 결과를 매슈 피셔라는 이론물리학자가 발표했다. 그는 안정제로 사용되는 리튬이 화학적으로는 동일한 동위원소에 따라 결과가 전혀 다르게 나온 1986년의 쥐에 대한 실험 결과를 유심히 살펴본 뒤 리튬 핵의 자성이 뇌에 영향을 미칠 수 있는 가능성에 착안, 뇌 속 인(P)에 의한 양자컴퓨터의 가능성을 제안하게 됐다. 정신과에서 사용하는 약이 어떤 메커니즘으로 작용하는지 전혀 모르면서 사용되고 있는 현실에 새로운 빛을 던지고 궁극적으로 뇌에 대해 이해하게 하는 한편 인간의 뇌를 닮은 컴퓨터를 상상하게 만드는 재미있는 연구 결과다. 과학은 항상 경이로움을 준다.