아줌마들의 "아줌마들의 과학수다"

이공계 출신의 아줌마들이 어느 날 우연한 계기로 모여 과학기술에 관해 친절한 수다를 풀어내기 시작했다. 여성과학기술인지원센터(WIST)와 사이언스온 공동기획

[연재] "아, 나의 기억력이 위험하다!" 신경세포에선..

아줌마들의 과학 수다

마흔여덟 번째 이야기- 신경과학


‘나는 누구인가’, ‘인간에게 생물학적 설계도(유전정보)를 뛰어넘는 자유의지가 존재할까?’, ‘나도 인식하지 못하는 사이에 많은 영향을 미친다는 무의식의 정체는 무엇일까?’와 같은 정신에 관한 추상적이고 철학적인 질문을 물질과 메커니즘으로 좀 더 분명하게 설명하는 것이 가능해지고 있다. 신경의 기본 세포인 뉴런과 뉴런들 사이, 즉 뇌를 연구하는 신경과학 덕분이다. 신경과학이 인간의 정신작용에 관한 애매한 문제들을 통쾌하게 풀어줄 과학계의 ‘애정남’으로 등극하게 될 날이 멀지 않아 보인다.

/ 수다꾼: 박문영, 신지원, 이인숙, 최동수 (정리: 박문영)






00brain11확산 스펙트럼 영상이라는 기법을 이용해 재구성한 원숭이(왼쪽)와 사람(오른쪽) ‘뇌량’의 신경경로들. 뇌량은 양쪽의 대뇌반구를 연결하는 신경다발을 말한다. 출처: <대뇌피질(Cerebral Cortex)>에 실린 호퍼(Hofer) 등의 공저 논문(2008).





기억과 기억력에 대해 얘기해봅시다



동수 : 기억력이 나쁜 것 같진 않은데, 지나간 일을 잘 기억하지 못하는 편이에요. 어렸을 때의 기억은 거의 없어요. 현재에 충실하자는 주의여서 그런지는 잘 모르겠네요. 추억에도 별 관심이 없어요. 기억력과 어릴 때의 추억을 많이 생각해 낼 수 있느냐 없느냐는 다른 문제인 것 같아요. 기억력은 확실히 나이 먹을수록 나빠지는 것 같아요. 머릿속에 알고 있는 것도 입에서 다른 소리가 나와서 말하고도 웃긴 경우가 있더라고요. 한번은 플라시보 효과라고 말하려고 했는데 나도 모르게 피그말리온 효과라고 했던 적도 있어요. 상대방은 날 참 무식한 아줌마라고 생각했겠지만 저는 그 상황이 그저 개그 프로그램 본 것 마냥 웃겨서 돌아오는 길에 한참을 웃었어요. 시간이 지나면서 생각해보니 좀 억울하기도 하더라고요. 그런데 이런 일이 잊을 만하면 한 번씩 반복되니 일로 만나는 사람은 만나기가 두려워지기도 해요.

 

SO_MY문영 : 학교 다닐 적 시험 볼 때 복사기처럼 기억을 잘하면 좋겠다는 생각을 해 본 적이 있어요. 암기 잘하는 친구들이 많이 부러웠어요. 기억력이 좋으면 시험공부를 덜해도 될 거라고 생각했거든요. 전미 기억력 대회에서 포커 카드 한 벌의 순서를 1분40초 만에 외워 신기록을 세운 사람의 인터뷰를 본 적이 있어요. 훈련만 꾸준히 하면 누구나 할 수 있는 능력이라고 말하더라고요. 그 분은 기억할 내용을 쇼킹한 이미지로 바꿔 저장해 놓고 떠올린대요. 그런데 그런 사람도 기념일을 까먹고, 차를 어디다 두었는지 헷갈린다고 하더군요.

 

인숙 : 잊을 수 있다는 것은 선물이 아닐까요? 잊고 싶은 게 많거든요. 40년을 넘게 살다보니 잡다한 경험과 오지랖 넓은 생각들로 머릿속이 복잡하거든요. 잊혀지고 무뎌져야 정리가 되잖아요. 기억이란 잊고 살다가 퍼뜩 떠오를 때 삶의 활력이고 선물인 것 같아요. 아! 그래도 치매라는 지우개는 일상생활이 위험하니 선물이라 할 수 없겠어요.

 

지원 : 사람에 따라서 어떤 장면이나 상황을 사진 찍듯이 기억하는 경우가 있다고 하더라고요. 훗날 기억이 희미해졌을 때 다시 그 장면을 떠올리면 마치 사진을 꺼내 다시 보는 듯한 느낌이 든다는데 그런 능력 참 부럽단 생각을 한 적이 있어요. 나이가 들면서 기억력이 줄어든다는 말을 너무도 실감해요. 그리고 텔레비전의 치매 검사 같은 기사를 보면서 나도 해당하는지 어떤지 관심 있게 보게 돼요. 사실 오랜 노년을 준비해야 하는 우리 세대에는, 만약 굳이 한 가지를 잃어야한다면 기억력, 사고하는 능력을 잃는 것보다는 신체의 하나를 잃는 것이 더 낫지 않을까 하는 말도 안 되는 상상도 해봐요. 어쨌든 메모를 열심히 한다거나 책읽기, 이야기하기 같은 사고훈련을 열심히 하는 것이 치매에 걸리지 않는 데 고스톱보다 많이 도움이 된다고 하니 노력하고 있어요.

 

 

기억력은 떨어지기만 하는 걸까?



00memory » 건망증. 출처/ <씨네21>

지원 : 예전에는 모든 세포는 다시 생길 수 있어도 뇌세포는 다시 생기지 않고 줄어든다는 생각이 지배적이었잖아요. 그 말을 들으며 나이 들어 기억력이 나빠지는 것은 당연하다는 생각을 했고요. 그런데 요즘의 연구들은 모든 것이 변화할 수 있다고 말하고 있어요. 1990년대 이루어진 미국 캘리포니아대학의 마이클 머제니치는 각각의 원숭이마다 원숭이 뇌의 피질 지도 모양과 영역이 다르다는 것을 발견했어요. 손을 많이 쓰는 원숭이는 다른 원숭이들보다 뇌의 손 영역에 해당하는 부분이 넓었거든요. 머제니치는 자신의 연구를 확인하기 위해 원숭이들에게 가운데 손가락을 사용해 회전하는 원반을 건드려 먹이를 먹도록 훈련시켰고 여러 달 뒤에 이들 손가락에 할당된 피질영역이 대폭 확장되었다는 것을 알아냈어요.

 

인숙 : 비슷한 예로 독일의 에베르트는 현악기 연주자들과 일반인의 뇌 사진을 비교했어요. 그는 오른손 영역의 뇌 사진은 일반인이나 연주자나 별 차이 없지만 왼손에 해당하는 영역은 연주자들이 일반인보다 5배 넓다는 것을 발견했어요. 더 나아가 13살 이전에 시작한 음악가들이 그 이후에 시작한 음악가들보다 왼손 할당 영역이 넓다는 것을 발견했고요. 즉 뇌의 구조가 훈련이나 학습에 의해 변할 수 있고, 이런 뇌의 구조변화는 어릴수록 더 쉽게 일어난다는 사실을 알아낸 것이죠.

 

문영 : 뇌의 신경세포 자체가 다시 생성되었다는 연구들도 있어요. 노화된 흰 쥐에게 NMD (N-메틸-D-아스파트산염) 수용체 저해 물질을 주사했더니 해마의 치상회(dentate gyrus)에서 신경 생성이 증가했다는 논문이 있거든요. NMDA 수용체는 도파민 수용체와 직접 상호작용하면서 세포의 사멸을 조절해요. NMDA 수용체가 활동을 못하니 세포가 죽지 않고 오히려 늘어났다는 거예요. 약물이든, 전기 자극이든 NMDA 수용체를 확실히 제어할 수 있게 되면 NMDA 수용체의 활성 정도가 비정상적인 정신분열증 환자를 비롯해 여러 정신병적 증상을 치료할 수 있을 거라고 하더군요.

 

SO_DS동수 : 생쥐에게 리튬을 적정량의 치료 수준으로 4주간 투여했더니 치상회에서 새로 생겨나는 신경세포 수가 증가한 것이 관찰되었다는 연구도 있던 걸요. 그런데 이렇게 뭔가를 투여한 경우 외에 다양한 학습 환경에 노출하고, 운동을 많이 한 생쥐에게서 신경세포가 증가했다는 연구도 있어요. 학습과 운동이 어른이든 아이든 신경세포를 만드는 일에 영향을 끼친다는 것이 생물학적으로 증명된 셈이에요.

 

인숙 : 비록 생쥐 실험이긴 하지만 다 큰 성체의 뇌에 신경줄기세포가 있다는 것은 놀랄만한 일이에요. 우리가 알던 거랑 많이 다르기도 하고요. 세포가 만들어지는 것 뿐 아니라 뉴런과 뉴런 사이 시냅스의 신호전달 강도와 빈도, 시냅스 말단 연결부위 개수도 변한대요. 1940년대 도널드 헵(Donald Hebb)은 학습된 정보가 시냅스로 연결되는 뉴런들 간의 회로망에 저장된다는 가설을 내놓았어요. 20세기 중반 신경과학자들은 이 아이디어를 생물학적으로 증명하기 위해 예쁜 꼬마선충이나 군소라는 바다 민달팽이의 신경을 가지고 실험을 했고요.

 

 

기억을 물질과 메커니즘으로 설명하면



SO_JW지원 : 1970년대 크레이그 베일리와 메리 첸은 단일 감각뉴런이 약 1300개의 시냅스 전 말단을 가지고 있고, 이 말단이 운동뉴런, 연합뉴런, 감각뉴런 등 25개의 표적세포와 접촉해 있다는 사실을 발견했어요. 1300여 개중 40%만 신경전달물질을 방출한다는 사실도요. 그런데 장기적으로 같은 자극을 주면 시냅스 전 말단이 2배 이상인 2700여 개로 증가하고 활동하는 시냅스들은 60%로 증가했어요. 운동뉴런들도 추가로 돌기를 뻗어 새로 연결을 만들었고요. 시간이 지나 기억이 퇴색되면서 2700여개였던 말단은 처음보다 약간 많은 1500여개가 되었어요. 단기 기억에 대한 생물학적인 설명을 할 수 있는 실험이지요. 이 결과는 우리가 두 번째 배울 때 좀 더 쉽게 배울 수 있는 까닭을 설명할 수 있게 해줘요.

 

문영 : 이제는 단기기억의 형성과정을 분자 수준으로 설명하는 단계에 왔어요. 해로운 자극일 경우에 반사기능이 향상되는 민감화의 경우를 예로 들어볼게요. 자극이 오면 촉진성 연합뉴런말단은 감각뉴런으로 세로토닌을 방출해요. 감각뉴런의 세포막에 있던 세로토닌 수용체는 세로토닌과 결합한 뒤에 그 구조를 바꾸고요. 변화한 수용체는 GTB 결합단백질을 자극해서 αβγ(알파 베타 감마)복합체를 α와 βγ로 분리하고, 분리된 α소단위체는 아데닐사이클라제라는 효소를 활성화해요. 이 효소는 ATP에서 cAMP라는 2차 전령자를 생산하고, cAMP는 단백질인산화 효소 A의 조절 소단위와 결합해 촉매소단위를 분리하지요. 자유로워진 촉매 소단위는 확산에 의해 세포 안을 돌아다니다가 목표단백질을 인산화하고, 목표물 중 하나인 세포막의 칼륨이온(K+)이 인산화하면 기능을 잃게 되고, 감각뉴런의 흥분성이 증가하게 돼요. 흥분성이 증가하면서 신경전달자의 분비가 많아지고요. 하지만 세포 안에 존재하는 탈인산화효소는 단백질을 원래 상태로 되돌려 이런 변형이 길지 않다네요. 휴...용어도 정말 어렵고 단계도 너무 복잡하지요. 그런데 신경과학자들이 이런 단계 하나하나를 알아내고, 또 이렇게 알아낸 사실을 바탕으로 우리 정신활동을 설명하려고 하니 대단해요.

 

지원 : 장기기억은 단기기억과 달리 새로운 단백질 합성을 필요로 해요. 단백질을 형성해야 하니 유전자가 작동해야 하고요. 요즘은 주로 어떤 전사인자가 기억 관련 유전자를 발현하는지, 발현 과정에서 어떤 인자가 영향을 미치는지 연구한다는 느낌을 받았어요. 결과적으로 학습내용이 장기적으로 기억될 때 두뇌구조가 변화하고 뉴런의 가지 수가 증가하게 된다고 하네요.

 

문영 : 어떻게 수 년 심지어 수십 년 간의 기억을 유지할 수 있는가 설명하는 데에는 광우병으로도 유명한 프리온단백질과 어찌보면 비슷한 특징을 지녔다는 단백질인 CPEB(세포질 폴리아데닐화 요소 결합 단백질)가 주목받고 있어요. 프리온은 자기영속적이면서 다른 열성의 프리온을 우성으로 바꾸어 버리지요. 이런 특성을 가진 CPEB는 신경계에만 있고, 뉴런의 모든 시냅스들에 있으면서 세로토닌에 의해 활성화되고, 시냅스 말단을 성장시키고 유지하는 성분이에요. 뇌를 파괴하는 공포의 단백질이 되어 버린 프리온을 ‘나를 나로 유지하는’ 장기기억의 연구 주제에서 만나다니 참 아이러니하다는 생각도 들어요.

 

동수 : 신경과학자들은 단순한 신경계를 가진 생물들을 연구했는데, 신경계를 통해 일어나는 신호 전달 분자들이 수백만 년의 진화 기간 동안 보존되고, 계속 사용되었다고 결론을 내게 되었어요. 그 말은 기억저장의 핵심 메커니즘이 종의 차이를 넘어 보존되었다고 의미에요. 고등하다고 생각되는 인간의 정신작용도 단순한 생물들의 신호전달 체계와 같다는 것이지요. 위대한 인간과는 전혀 닮지 않은 하등하다고 생각한 오징어나 지렁이가 나와 똑같은 방법으로 신호를 주고받고 저장한다니 그 녀석들이 왠지 다르게 보이네요. 신경세포의 진화는 다른 신체 부위의 진화랑은 다른 느낌으로 다가와요.

 

00brain13국내에 번역 출간된 <가장 뛰어난 중년의 뇌>(바버라 스트로치 지음)의 표지 삽화 부분.

 

 

여러 철학적 문제에 분명한 답을 제시할 날을 기다린다



지원 : 13세기에 성 토마스 아퀴나스는 영혼과 신체는 구별되며 영혼은 신으로부터 왔다고 주장했어요. 17세기 데카르트는 인간은 물질적 실체인 신체와 영혼의 본성인 정신을 가졌다고 말했고요. 그 이후 정신은 신성하며 따라서 과학이 다룰 만한 적절한 대상이 아니라는 생각이 일반적이었어요. 아직도 많은 사람들이 영혼은 불멸하고 뇌로부터 독립적이라고 생각하는 것 같아요. 어떻게 생각하세요?

 

SO_LIS인숙 : 정신과 신체를 분리해 정신의 가치를 높이 산 것은 다른 동물과 비교해 신체적인 부족함을 뛰어넘을 무언가가 필요한 사람들의 궁여지책은 아니었을까요? 존재하는 모든 것이 원자들의 구성이라면, 신체는 물론이고 정신이라고 표현하는 그 무엇인가도 결국은 자연에 존재하는 92종의 원소들의 다양한 결합과 구조에 의해 만들어진 결합물 특히 탄소화합물일 수 있다는 생각을 해봐요. 지구에 탄소 흔적을 남기며 순환하는 부분적인 존재 말이에요. 지금은 뭔가 다르다고 생각하는 정신이 앞으로 손끝의 터치도 필요 없는, 뇌파로 세상의 물건을 움직이는 시대가 되면 오히려 그 행동방식이 비슷하다는 것이 밝혀질지 모른다는 생각이 들어요.

 

문영 : 어릴 때 받은 확실한 종교교육 때문에 제가 죽더라도 제 영혼은 없어지지 않을 거란 생각이 기본적으로 있어요. 하지만 요즘은 영혼과 육체가 별개가 아닐 수 있다는 생각도 해봐요. 그 둘이 합쳐져야 어떤 것을 인식 할 수 있을 테니까요. 신경과학자 안토니오 다마지오는 정서란 본질적으로 신체 반응에 대한 더욱 고차원적인 표상이며, 이 표상은 안정적이고 영속적일 수 있다고 주장했다지요. 그 말의 많은 부분이 현재 과학으로 밝혀지고 있다고 생각해요.

 

동수 : 정신은 뇌의 활동으로 나온다고 생각해요. 사랑의 감정도 대상에 따라 다른 양상을 보이니 복잡한 정서나 영혼에 관해서 사람들이 다양한 의견을 가지는 것은 당연하겠지만, 죽음 이후 영혼이 남아있을 거라고 생각하지는 않아요. 종교가 사회생활에 좋은 커뮤니티일 수 있다고 생각하지만 사후에 대한 의견은 동의하기 힘들어요. 저를 유물론자라고 해야 하는지는 잘  모르겠네요.

 

인숙 : 병원에서 하는 신경과 검사를 보면 머리에 전극을 잔뜩 꽂고 하더라고요. 냄새를 맡은 뇌파의 형태를 분석해 좋고 싫음을 나타내는 실험을 본 적이 있어요. 실험으로 매번 같은 결과가 나온다면 의미 있는 데이터이겠지만 한편으론 생각이나 기억을 전자기파의 형태나 화학반응만으로 분석하는 것은 부족함이 있어 보이기도 해요. 어쨌든 기억에 관한 기작을 풀어내는 것만으로도 정신병적 증상을 완화시키는 약, 기억력이 좋아지는 약을 만들 수 있대요. 또 ‘나는 누구인가?’ 라는 철학적이면서 지극히 과학적인 질문에 시원한 답을 줄 수도 있고요.

 

동수 : 기억력이 좋아지는 약이요? 전 그 약 만드는 것에 반대하고 싶네요. 그렇지 않아도 개천에서 용 난다는 말은 옛말이고 부모의 경제력과 아이의 학업성적이 비례한다고 난리인데 약 사먹을 경제력이 있는 아이들만 그 혜택을 보게 된다면 사회 곳곳에서 격차가 더 심해질 수 있는 것 아닌가요? 안 그래도 삶이 점점 더 팍팍해지는데, 아이들 교육비에 기억력 높이는 약값까지 책임져야 한다면 참 우울해질 것 같아요. 이번 수능에서 사교육을 받지 않고도 만점을 받은 학생이 있더라고요. 어떤 약보다, 어떤 사교육보다 결국은 열심하고 성실한 학생이 승리(?)한다는 연구결과가 많이 나오면 좋겠다는 바람이 생기네요.

 

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과학수다팀
머릿속 과학을 쉽게, 편안하게, 재밌게 생활에서 끌어안다.” 못생긴 평 발의 등번호 21번 수다꾼(박문영), 뾰족코에 둥근 안경 수다꾼(신지원), 살포 시 웃음 짓는 빼빼 수다꾼(최동수), 볶음밥 위의 노른자 수다꾼(이인숙)이 수 다 팀을 꾸렸다.
이메일 : scienceon@hani.co.kr      

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