지난 달엔 서울 홍릉에 있는 KIST(한국과학기술연구원)신경과학센터에서 제 2차 뇌 산업화 포럼이 있었습니다. 참석자로는 KIST 신경과학센터장이신
발표 내용과 토론 내용이 회원 여러분의 학습에 도움이 될 것 같아 정리해 올려 봅니다.
<포럼 참석자>
황농문 서울대학교 재료공학과
주제 발표 1
발표자 :
KIST 신경과학센터는 쥐의 knock-out을 만들고 있다. 즉 유전자 배아의 생쥐를 만들고 있다. 유전자에 돌연변이가 생기면 단백질에 이상이 생긴다. 단백질에 이상이 생기면 신경세포에 문제가 생긴다. 신경세포에 이상이 생기면 신경회로 및 뇌기능에 변화가 온다. 뇌 기능의 변화에 따라서 행동에도 이상징후가 나타난다.
유전자를 변이시켜서 행동이 나오게 된다. 유전자에서 행위까지의 전체 매커니즘에 대한 이해를 바탕으로, 특정 유전자를 도입했을 때 통증이 감소시키는 효과들을 규명해서 신약개발에 사용하게 된다. 유전자 중에서 신경세포에 칼슘농도를 조절하는 유전자를 주 타깃으로 연구하고 있다.
시상은 관문역할을 한다. 의식이 있을 때는 정보가 시상을 통해서 뇌로 올라간다. 이런 작용들에 있어 칼슘이 중요한 역할을 한다. 전압에 따라 칼슘 채널이 다른 반응을 보인다. 즉 전압의 변이에 따라 칼슘채널이 열리고 닫힌다. 이런 것들이 신경세포의 기능에 중요한 역할을 한다.
정상 뇌 인지 기능 및 뇌 질환에서 시상의 역할에 대한 규명을 하고 있다(시상-대뇌피질 신경망의 이상이 생긴 돌연 변이 생쥐들에서 다양한 뇌 인지 기능 및 질환 증상을 분석하고, 관련 질병들의 발병 원리를 규명한다).
황농문
아이디어가 나오는 것을 추적해 보니 잠이 들 때 많이 나오는 것 같다. 낮에는 경험을 하고 밤에 학습을 한다고 생각해 봤다. 수면상태에서 뇌가 활성화 된다는 말은 근거가 있는 것인가?
낮에 들어 온 정보가 기억으로 보관되기 위해서 수면 중에 낮에 학습 시 작동했던 뇌 세포들의 활성패턴에 램-수면 시 다시 활성화 된다는 연구를 수행하기도 한다. 잠잘 때 활성화 된다는 말은 잘못 된 말이다. 뇌는 낮에도 활성화 되 있다.
황농문
체면을 걸면 기억을 잘 해낸다. 이 것이 수면상태에 가까운 것이 아닌지?
수면 때에 기억이 잘 된다는 말은 사람마다 다르다. 잠을 깨면 대부분 잊어 버린다. 정신을 집중한다는 것이 결국은 잡음을 줄이는 것으로 볼 수 있다. 뇌 속에 들어있는 정보 중에서 어느 한 순간에 의식 속에 들어와 있는 것은 극히 일부분이다.
동국대 교수
주의집중과 뇌파 사이에는 어떤 관련성이 있는가?
어떤 유전자가 돌연변이가 됐더니 집중할 때 필요한 세타파만 사라졌다. 세타파는 길을 찾는 것과 움직임을 감지하는 것으로 나눌 수 있다. 세타파 중에 Type-2가 없어지면 미로 찾기는 전혀 할 수 없다. 뇌파의 매커니즘을 연구한다. 사람에게는 뇌파연구를 많이 한다. 세포레벨에서는 사람에게 실험할 수 없어 생쥐를 이용한다. 생쥐뇌파와 사람뇌파가 비슷한 부분이 있다.
인간의 의식상태를 각성상태, 꿈꾸는 상태, 상상상태로 구분했을 때 각각 기억매체에 접근하는 형태들이 다르다. 예를 들어 낮 동안의 각성상태에서는 대뇌피질의 기억영역에 접근하는 것이 대부분 입력을 바탕으로 해서 기억매체에 접근한다고 볼 수 있다. 꿈꾸는 상태에서는 감각입력이 봉쇄되어 기억매체에 접근하는 것이 상대적으로 자유롭다. 상상상태의 경우도 각성상태 중에 있는 의식상태 이므로 입력이 상대적으로 덜 제한적이다. 기억매체에 접근하는 자유도는 꿈꾸는 상태가 가장 크다. 따라서 상대적으로 창의적 연결이 일어날 확률이 높다고 볼 수 있다.
학습을 하기 위해서 꿈이 진화했다는 느낌이 든다. 학습은 의지가 수반 되야 하는 행동인데 잠자면서 한다는 것은 이해하기 힘들다. 외부로부터 입력이 거의 없는 상태기 때문에 이미 들어와 있는 것들의 정리가 수월하다는 것은 이해가 되지만 수면 시 학습한다는 것은 잘 이해되지 않는다.
램-수면과 학습과의 관계는 오랫동안 논란이 있었던 분야이다. 최근에 연구결과를 보면 램-수면이 학습에 상당히 영향을 미친다고 보고 되고 있다.
황농문
경험을 이야기하면 몰입상태에서 아이디어가 많이 나온다. 깨면서 아이디어와 함께 깬다. 종합해 보면 수면상태의 뇌가 많이 활성화 된다고 본다. 수면상태의 뇌를 활용하면 좋을 것 같다.
학습이 잠잘 때만 일어나는 것은 아니다. 입력된 정보가 기억으로 바뀌는 것이 학습이라면 잠잘 때 효과적이라고 볼 수 있다
진화론까지 함께 이야기 하면, 깨어있을 때 수 많은 기억이 존재한다. 진화는 기억만 하는 것이 아니라 불필요 한 것은 제거한다. 최초기억은 해마로 들어와 장기기억으로 간다. 그 과정이 수면 과정에서 생긴다고 한다. 잠이 아니라 수면과정에서 사이클을 돌기 때문에 중간중간 외면하는 것이다. 그 과정이 가장 기억이 느슨해 지면서 연결이 생긴다.
주제 발표 2
발표자 :
동물 행동을 연구하고 있다. 그 중에서도 동물들의 성행위와 사회행동에 대해서 연구하고 있다. 동물 행동을 연구하면서, 구체적으로 동물들의 의사결정과정을 연구하고 있다, 행동에서 출발해서 제어되는 뇌의 기능이 무엇인지 찾아가는 연구를 진행하고 있다. 진화 생물학을 하다 보니 복잡하다는 이유로 유전자에서부터 행동까지 이어지는 단계로 선뜻 다가가지 못하는 약점도 갖고 있기도 하다. 이 자리를 빌어 현재 생각하고 연구하는 이슈들과 더불어 도움을 청하고 싶다. 새로운 방향으로 연구하기 위해 해결할 수 있는 것들이 뇌 연구에 많이 있는 것 같다고 생각한다.
얼마 전까지만 해도 동물들이 생각한다는 것을 학계에서 인정하지 않았다. 하지만 일부 선각자들의 발언을 기반으로 언제부턴가 동물들도 생각한다는 주장들이 언급되기 시작했다. 하지만 여전히 어려운 것은 어떻게 동물이 사고하는지 알 수 있는가를 규명하는 일이다. 동물의 어떤 행동을 보고 생각을 감지 할 수 있을까?