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[명강리뷰] 뇌를 읽다, 그리고 마음을 읽다_뇌영상술과 정신질환 by 권준수ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 4강

인간의 뇌는 단단한 두개골 속에 보호받고 있어 살아있는 상태로 관찰하기가 매우 어렵습니다. 과거에는 사후 해부를 통해서만 뇌를 연구할 수 있었으나, 현대 과학은 뇌영상기술을 통해 살아있는 뇌의 구조와 기능을 실시간으로 들여다볼 수 있게 해주었습니다. 대표적으로 MRI는 뇌의 구조적 이상을 파악하는 데 쓰이며, fMRI는 혈류량 변화를 통해 특정 자극에 반응하는 뇌 부위를 찾아냅니다. 또한 PET은 포도당 대사를 측정하여 뇌가 에너지를 어떻게 사용하는지 시각적으로 보여줌으로써 뇌과학 발전에 결정적인 역할을 하고 있습니다. 우리의 뇌는 우리가 의식하지 못하는 순간에도 외부 자극을 끊임없이 처리합니다. 예를 들어, 33밀리초라는 아주 짧은 시간 동안 공포스러운 표정을 노출하면 사람은 이를 인지하지 못하지만, fMRI 촬영 결과 뇌의 편도체는 즉각적으로 활성화됩니다. 이는 인간의 감정 반응이 의식적인 판단보다 훨씬 빠르게 무의식 수준에서 일어날 수 있음을 시사합니다. 이러한 뇌영상기술은 인간의 무의식적인 심리 상태를 과학적으로 규명하는 데 큰 도움을 주며, 우리가 스스로 깨닫지 못하는 뇌의 복잡한 활동을 이해하는 열쇠가 됩니다. 뇌의 기능은 신경세포 사이의 간극인 시냅스를 통해 전달되는 신경전달물질에 의해 결정됩니다. 우리 뇌에는 200여 종의 물질이 존재하며, 각각 기억, 감정, 운동 등 다양한 역할을 수행합니다. 아세틸콜린은 인지 기능과 관련되어 치매 치료의 핵심이 되고, 도파민은 쾌락과 동기 부여를 담당하여 중독이나 파킨슨병과 밀접한 연관이 있습니다. 또한 '행복 호르몬'으로 알려진 세로토닌은 감정과 수면을 조절하며, 노르에피네프린은 응급 상황에서의 주의 집중력을 높여줍니다. 이러한 화학 물질들의 균형이 곧 우리의 정신 건강을 좌우합니다. 정신 질환은 특별한 사람만이 겪는 것이 아니라 누구나 경험할 수 있는 뇌의 생물학적 변화입니다. 역사적으로 반 고흐나 슈만 같은 위대한 예술가들도 양극성 장애나 우울증을 앓으며 창작 활동을 이어갔습니다. 특히 주요 우울 장애는 세로토닌이나 노르에피네프린 같은 신경전달물질의 양이 정상보다 감소했을 때 발생합니다. 뇌영상 촬영을 통해 우울증 환자의 뇌를 관찰하면 정상인에 비해 활성도가 현저히 낮아진 것을 확인할 수 있습니다. 다행히 약물 치료를 통해 이러한 뇌의 생물학적 환경을 개선하면 우울 증상을 효과적으로 완화할 수 있습니다. 조현병은 과거 정신분열병으로 불리던 질환으로, 환청이나 망상 같은 증상을 동반합니다. 이는 단순히 성격의 문제가 아니라 뇌 부위 간의 연결성에 문제가 생겨 발생하는 질환입니다. '조현'이라는 명칭은 현악기의 줄을 고르는 조율을 의미하는데, 이는 뇌의 신경망이 너무 느슨하거나 팽팽하지 않게 적절히 연결되어야 한다는 은유를 담고 있습니다. 뇌의 특정 부위가 과도하게 활성화되거나 해마의 구조적 변화가 생기는 등 생물학적 원인이 분명하므로, 사회적 편견을 버리고 적절한 치료와 조율을 통해 관리해 나가는 것이 무엇보다 중요합니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[석학인터뷰] 권준수 ─ 조현병, 뇌과학적 관점에서 본 A-Z까지.

fMRI는 현대 뇌과학 연구에서 가장 널리 활용되는 도구입니다. 하지만 뇌의 고위 인지 기능은 특정 부위의 활성화만으로 설명하기 어렵습니다. 여러 부위가 복잡하게 연결되어 정보를 교환하는 과정이 중요하기 때문입니다. 최근에는 백질 연결성을 확인하는 확산 텐서 영상술이나 뇌 속 신경전달물질의 상태를 측정하는 분자 영상술이 주목받고 있습니다. 이러한 기술을 통해 뇌의 화학적 성분을 실시간으로 스캐닝하고 부족한 부분을 파악하는 것이 미래 뇌 영상 기술의 핵심이 될 것입니다. 현재 정신질환의 진단은 환자가 겉으로 드러내는 증상에 의존하는 현상학적 진단 방식에 머물러 있습니다. 조현병의 경우 환청이나 망상 같은 증상을 기준으로 진단하지만, 이는 실제 원인인 생물학적 기제와 차이가 있을 수 있습니다. 따라서 전 세계적으로 생물학적 마커를 찾아내어 환자군을 새롭게 분류하려는 연구가 진행 중입니다. 도파민이나 세로토닌의 기능적 차이에 따라 정밀하게 진단 그룹을 나눈다면, 현상 중심의 진단보다 훨씬 효과적이고 개인화된 치료가 가능해질 것입니다. 조현병은 근본적으로 뇌 발달 과정의 이상에서 비롯되는 신경 발달 장애입니다. 어린 시절부터 미세한 문제가 잠재되어 있다가, 인지적 요구가 급증하고 호르몬 변화가 심한 사춘기에 스트레스를 견디지 못해 발병하는 경우가 많습니다. 특히 이 시기에는 뇌의 불필요한 연결을 정리하는 '시냅스 가지치기' 현상이 일어나는데, 이 과정에서의 문제가 뇌의 위축이나 시냅스 연결 약화로 이어질 수 있습니다. 따라서 발병 초기나 전구기에 적절한 개입과 예방 활동을 펼치는 것이 뇌의 퇴행을 막는 데 매우 중요합니다. 사회적 낙인을 해소하기 위해 '정신분열병'이라는 명칭을 '조현병'으로 개정했지만, 여전히 많은 오해와 편견이 존재합니다. 대중 매체에서 다뤄지는 자극적인 사건들과 달리, 대다수의 조현병 환자들은 타인과의 관계를 두려워하고 내성적인 성향을 보입니다. 안타까운 사건들은 대개 적절한 약물 치료가 중단되어 증상이 재발했을 때 발생합니다. 환자들이 꾸준히 상담과 치료를 이어갈 수 있는 환경을 조성하고, 질환에 대한 올바른 정보를 공유함으로써 사회적 낙인을 지워나가는 노력이 절실합니다. 건강한 뇌를 유지하기 위해서는 끊임없는 자극이 필요합니다. 운동은 신체 근육뿐만 아니라 뇌 부위를 자극하여 뇌의 힘을 길러주는 가장 좋은 방법입니다. 또한 뜨개질이나 게임, 마음챙김 명상과 같은 활동도 인지 기능 유지에 큰 도움이 됩니다. 특히 긍정적인 사고와 기부 활동은 뇌를 활성화하고 즐거움을 주는 것으로 밝혀졌습니다. 최근에는 마음챙김 명상이나 108배 같은 활동의 과학적 근거도 뇌 영상을 통해 증명되고 있습니다. 이러한 일상 속의 노력이 뇌의 노화와 퇴행을 막는 가장 강력한 방어 기제가 될 것입니다.

권준수

카오스재단석학인터뷰

뇌인지과학

[강연] 시냅스 생쥐 그리고 정신질환 (4) 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 8강 | 8강 ④

뇌는 수많은 신경세포가 복잡하게 얽혀 정보를 주고받는 경이로운 기관입니다. 그 중심에는 신경세포 사이의 연결 고리인 시냅스가 존재하며, 이곳에서 일어나는 미세한 변화가 우리의 인지와 행동, 그리고 정신 건강을 결정짓는 핵심적인 역할을 합니다. 최근 뇌과학 연구는 자폐증이나 조현병과 같은 정신 질환의 원인을 시냅스 수준에서 규명하려는 노력을 지속하고 있습니다. 특히 시냅스를 구성하는 단백질의 변이나 신경 전달 과정의 이상이 다양한 뇌 질환과 밀접한 관련이 있다는 사실이 밝혀지면서, 이를 이해하기 위한 다각도의 학문적 접근이 활발하게 이루어지고 있습니다. 인간의 복잡한 뇌 질환을 연구하기 위해 과학자들은 생쥐와 같은 모델 동물을 주요하게 활용합니다. 생쥐는 인간과 유전자의 종류와 수가 매우 비슷할 뿐만 아니라, 시냅스 수준에서의 신경 전달 메커니즘이 놀라울 정도로 유사하기 때문입니다. 물론 생쥐의 뇌는 인간에 비해 구조가 단순하고 주름이 없다는 차이점이 존재하지만, 특정 유전자를 조작하여 질환의 인과관계를 증명하는 데 있어 필수적인 역할을 수행합니다. 이러한 연구를 통해 발견된 신경 회로의 변화는 향후 새로운 치료제 개발을 위한 중요한 과학적 근거가 되며, 복잡한 인간의 뇌를 이해하는 소중한 징검다리가 됩니다. 동물 실험이 고도화됨에 따라 연구 윤리의 중요성도 함께 강조되고 있습니다. 현재는 실험 동물의 고통을 최소화하고 적절한 개체 수를 사용하도록 하는 엄격한 내부 규제와 심사 과정을 거쳐 연구가 진행됩니다. 한편, 생쥐 모델의 한계를 극복하기 위해 영장류를 이용한 연구도 전략적으로 추진되고 있습니다. 영장류는 사회성과 인지 능력이 인간과 더 유사하여 정신 질환의 기전을 더욱 정확하게 파악할 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 영장류 실험은 더 높은 수준의 윤리적 책임과 사회적 합의를 요구하므로, 연구자들은 생명의 가치를 존중하며 신중한 태도로 연구에 임하고 있습니다. 정신 질환의 원인은 단순히 유전적 요인에만 국한되지 않습니다. 유전적 소인이 있더라도 환경적 요인이 복합적으로 작용하여 질환의 발병 여부를 결정짓기 때문입니다. 임신 중 산모의 감염이나 특정 약물 노출과 같은 환경적 변수는 태아의 뇌 발달에 결정적인 영향을 미칠 수 있으며, 최근에는 장내 세균과 뇌의 상호작용인 '장-뇌 축'에 대한 연구도 주목받고 있습니다. 이는 유전적 요인을 완전히 통제할 수 없더라도, 환경적 요인을 조절함으로써 질환을 예방하거나 증상을 완화할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다는 점에서 현대 뇌과학 연구의 중요한 한 축을 담당하고 있습니다. 뇌 질환 치료를 위해 단백질의 기능을 직접 교정하는 것은 매우 어렵지만, 단백질이 최적의 활성을 유지할 수 있는 환경을 조성하는 방법이 대안으로 제시됩니다. 예를 들어 아연과 같은 미네랄이나 비타민은 시냅스 단백질의 결합을 도와 신경 회로의 안정성을 높이는 데 기여합니다. 더 나아가 광유전학 기술을 이용해 특정 신경 회로의 활성을 정교하게 조절하려는 시도도 이어지고 있습니다. 전 세계의 수많은 과학자가 협력하여 시냅스와 회로 수준의 비밀을 하나씩 풀어나간다면, 부작용을 최소화하면서도 효과적인 뇌 질환 치료의 길을 열 수 있을 것으로 기대됩니다.