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중성미자💫란?!(기초과학연구원 김영덕 단장)ㅣ국립과천과학관 브랜드 기획전 '보이지 않는 우주'

중성미자는 물질을 구성하는 가장 작은 단위인 기본 입자 중 하나로, 전기적으로 중성을 띠며 질량이 매우 작다는 특징이 있습니다. 이들은 빛에 가까운 속도로 우주를 가로지르지만, 다른 물질과 거의 반응하지 않아 우리 몸을 포함한 모든 물체를 그대로 통과해 버립니다. 이러한 독특한 성질 때문에 과학자들은 중성미자를 '유령 입자'라는 별명으로 부르기도 합니다. 우리 주변에 엄청난 양이 존재함에도 불구하고 그 존재를 알아차리기 어려운 신비로운 존재입니다. 이 입자가 물리학과 천문학에서 중요한 이유는 우주의 비밀을 풀 열쇠를 쥐고 있기 때문입니다. 물리학적으로는 핵붕괴 과정에서 방출되는 중성미자를 통해 기본 입자 간의 상호작용을 깊이 있게 연구할 수 있습니다. 천문학에서는 별의 내부에서 생성된 중성미자가 별을 즉시 빠져나와 지구에 도달하므로, 별의 중심부에서 일어나는 핵융합 반응을 직접 관측하는 유일한 수단이 됩니다. 또한 초신성 폭발이나 블랙홀 형성 같은 거대 천체 현상을 이해하는 데 필수적인 정보를 제공합니다. 중성미자를 검출하기 위해서는 반응 확률이 극히 낮다는 점을 극복해야 하므로 거대한 규모의 장치가 필요합니다. 가장 일반적인 방법은 거대한 물탱크에 물을 가득 채우고 벽면에 정밀한 광센서를 설치하는 것입니다. 중성미자가 물속의 원자핵이나 전자와 충돌하면 전하를 가진 입자가 튀어나오는데, 이 입자가 물속을 이동하며 미세한 빛을 내게 됩니다. 과학자들은 이 찰나의 빛을 포착하여 중성미자의 존재와 에너지를 계산해 내며, 물 대신 기름을 사용해 더 많은 빛을 얻기도 합니다. 세계 각국은 중성미자 연구를 위해 지하 깊은 곳이나 남극의 얼음 속에 거대 검출기를 건설하고 있습니다. 일본의 고시바 교수는 지하 광산에 설치한 검출기로 초신성 중성미자를 최초로 관측하여 노벨상을 받았으며, 이후 중성미자에 질량이 있다는 사실이 밝혀지며 현대 물리학의 지평을 넓혔습니다. 현재는 미국의 듄(DUNE)이나 중국의 주노(JUNO) 같은 차세대 프로젝트가 진행 중이며, 남극의 얼음 속에 수천 개의 센서를 심어 우주에서 오는 고에너지 중성미자를 추적하는 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 우리나라도 중성미자 연구 분야에서 눈부신 성과를 거두고 있습니다. 영광 원자력 발전소 인근의 '리노(RENO)' 실험을 통해 중성미자 변환 현상을 성공적으로 측정하며 본격적인 연구의 막을 올렸습니다. 최근에는 강원도 정선의 지하 1km 깊이에 '예미랩'이라는 세계적인 수준의 지하 실험실을 구축하여 중성미자의 근본적인 성질을 규명하기 위한 정밀한 실험을 준비하고 있습니다. 이러한 노력은 앞으로 중성미자를 활용한 천체 관측 기술의 발전과 우주의 기원을 밝히는 데 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

국립과천과학관👉기획·특별전

물리학
천문학

[인터뷰] 김상규_식물이 사용한다는 언어는? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물학의 세계에서 야생 담배는 매우 흥미로운 연구 대상입니다. 산불이 난 뒤 연기 속의 특정 물질을 인식해 발아하는 이 식물은 밤이면 나방을 유인하기 위해 향기로운 꽃을 피웁니다. 이러한 식물의 독특한 형질을 연구하는 기초 과학자들은 유전체 교정 기술을 통해 특정 유전자의 기능을 밝혀내고자 노력합니다. 이는 단순히 작물의 생산성을 높이는 것을 넘어, 자연계에서 식물이 생존하고 상호작용하는 근본적인 원리를 이해하려는 학문적 열정에서 비롯됩니다. 식물은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 능동적으로 소통하며, 그 수단은 바로 화학 물질입니다. 식물은 이 화학적 언어를 통해 주변 식물이나 곤충에게 자신의 상태를 알리거나 특정 행동을 유도합니다. 과학자들은 특정 물질을 만들거나 만들지 못하게 조작한 식물을 자연에 내놓고 관찰함으로써 이 언어를 해독합니다. 이러한 연구는 식물이 단순히 제자리에 머무는 존재가 아니라, 화학 물질을 통해 복잡한 사회적 관계를 맺고 있음을 보여주는 중요한 지표가 됩니다. 지구상에 속씨식물이 번성하게 된 비결은 생존 파트너를 찾아낸 지혜에 있습니다. 과거의 식물들이 바람이나 물에 의존해 수동적으로 번식했다면, 속씨식물은 벌과 나비 같은 곤충을 유혹하는 법을 터득했습니다. 꽃향기와 색깔로 매개자를 불러들여 자신의 씨앗을 더 멀리, 더 효과적으로 퍼뜨린 것입니다. 이러한 상호작용은 생태계의 다양성을 풍성하게 만들었으며, 식물이 환경에 적응하기 위해 얼마나 정교한 전략을 진화시켜 왔는지를 잘 보여주는 사례입니다. 찰스 다윈은 일찍이 뿌리를 식물의 뇌라고 주장하며 그 중요성을 강조했습니다. 실제로 식물은 뿌리가 충분한 영양분과 물을 찾기 전까지 지상부의 성장을 억제하며 신중하게 판단을 내립니다. 최근 연구에 따르면 숲속의 나무들은 미생물을 매개로 뿌리끼리 연결되어 영양분과 정보를 주고받는다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 식물이 개별적인 존재를 넘어 거대한 네트워크를 형성하고 있음을 시사하며, 우리가 아직 알지 못하는 뿌리 중심의 의사소통 체계가 존재함을 암시합니다. 훌륭한 식물학자가 되기 위해 필요한 것은 지식이나 기술 이전에 식물의 입장에서 생각해보는 마음가짐입니다. 관심 있는 식물 곁에 가만히 앉아 그들이 어떻게 세상을 느끼고 살아가는지 관찰하는 시간은 식물의 본질을 이해하는 데 필수적입니다. 이러한 훈련은 식물이 가진 다양한 형질에 대한 깊은 호기심을 자극하고, 보이지 않는 생태계의 연결 고리를 발견하는 밑거름이 됩니다. 식물이 되어 보는 연습을 통해 우리는 자연을 대하는 새로운 시각을 얻게 될 것입니다.

김상규

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 어떻게 세계적인 연구를 할까? by 현택환 ㅣ기초과학연구원(IBS) x 카오스재단 기초과학 석학 강연 '새로운 발견을 위한 과학' | 2강

나노기술은 현대 과학의 한계를 극복하는 결정적인 '도우미' 역할을 수행합니다. 21세기의 핵심 기반 기술인 나노기술은 우리 일상에 이미 깊숙이 들어와 있습니다. 삼성전자의 퀀텀닷 TV는 반도체 나노입자인 양자점을 기초로 하며, 우리가 접한 mRNA 백신 역시 지질 나노입자 기술이 없었다면 불가능했을 결과물입니다. 이처럼 나노기술은 보이지 않는 작은 세계에서 시작되어 인류의 건강과 기술적 진보를 이끄는 거대한 변화를 만들어내고 있습니다. 나노입자 연구에서 가장 중요한 과제 중 하나는 입자의 크기를 균일하게 만드는 것입니다. 나노 크기에서는 입자의 크기가 작아짐에 따라 에너지 상태가 변하는 독특한 성질이 나타나기 때문입니다. 예를 들어 반도체 나노입자는 크기에 따라 방출하는 빛의 색깔이 달라지는데, 입자들이 제각각이면 선명한 색을 얻을 수 없습니다. 따라서 나노입자를 똑같은 크기로 정밀하게 합성하는 기술은 고성능 디스플레이나 정밀 의료 기기 구현을 위한 필수적인 토대가 됩니다. 과거에는 균일한 나노입자를 얻기 위해 뜨거운 용매에 반응물을 주입하는 방식을 사용했으나, 이는 대량 생산에 한계가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 개발된 '승온법(Heat-up process)'은 상온에서부터 서서히 온도를 올려 입자를 합성하는 혁신적인 방법입니다. 이 공정은 별도의 분리 과정 없이도 균일한 입자를 대량으로 찍어낼 수 있게 해주었습니다. 이러한 연구 성과는 전 세계 실험실의 표준 레시피가 되었으며, 대한민국 나노 연구가 세계 정상급 수준으로 도약하는 계기가 되었습니다. 세계적인 연구 성과를 내기 위해서는 기존 연구의 흐름을 파악하고 아직 해결되지 않은 핵심 이슈를 찾아내는 통찰력이 필요합니다. 새로운 아이디어는 무(無)에서 창조되는 것이 아니라, 최신 논문들을 깊이 있게 읽으며 타인의 기발한 생각을 자신의 연구에 적용해보는 과정에서 탄생합니다. 또한 떠오르는 영감을 즉시 기록하는 습관은 매우 중요합니다. 찰나의 아이디어를 놓치지 않고 메모하며 고민을 거듭하는 태도가 과학적 발견의 시작점이 되기 때문입니다. 과학자의 길은 항상 탄탄대로일 수 없으며, 때로는 수년간 결과가 나오지 않는 시련의 시기를 겪기도 합니다. 하지만 대나무가 마디를 만들며 튼튼하게 자라듯, 연구에서의 실패와 고통은 과학자를 더욱 단단하게 만드는 자양분이 됩니다. 극심한 슬럼프 속에서도 포기하지 않고 도서관에서 수많은 자료를 뒤적이며 해답을 찾으려 노력했던 시간은 결국 새로운 물질을 발견하는 밑거름이 되었습니다. 시련을 극복하는 끈기야말로 위대한 발견을 향한 필수적인 과정이라 할 수 있습니다. 현대 과학은 한 명의 천재가 이끄는 시대를 지나, 다양한 분야의 전문가들이 협력하는 융합의 시대로 접어들었습니다. 복잡한 난제들을 해결하기 위해서는 생물학자, 화학자, 공학자들이 서로의 지식을 나누고 부대끼며 연구해야 합니다. 따라서 연구자에게는 뛰어난 실력 못지않게 타인을 배려하고 소통하는 인성이 요구됩니다. 함께 일하는 즐거움을 알고 동료와 시너지를 낼 수 있는 태도가 뒷받침될 때, 비로소 세상을 감동시킬 수 있는 진정한 의미의 세계적인 연구가 완성됩니다. 기초과학연구원(IBS)과 같은 연구 기관들은 세계적인 수준의 연구 환경을 제공하며 대한민국 과학의 미래를 밝히고 있습니다. 지난 10년간의 집중적인 투자를 통해 우리나라는 나노입자 분야에서 명실상부한 세계 1위의 경쟁력을 확보하게 되었습니다. 앞으로도 젊은 과학자들이 실패를 두려워하지 않고 새로운 영역에 도전할 수 있는 토양이 지속적으로 마련되어야 합니다. 이러한 노력이 결실을 맺을 때, 우리 곁에서 노벨상 수상자에 버금가는 위대한 과학자들이 계속해서 배출될 것입니다.

현택환

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화학
융합

[인터뷰] 천진우_나노의학과 자기유전학(Feat.연구주제 선정방법)ㅣIBS X KAOS 2021 '기초과학 석학강연'

나노과학은 아주 작은 크기의 세계를 다루는 학문으로, 현대의학에서 혁신적인 변화를 이끌고 있습니다. 대표적인 사례가 바로 mRNA(메신저 RNA) 백신입니다. 불안정한 유전자 정보인 mRNA를 100나노미터 크기의 나노캡슐에 담아 인체에 안정적으로 전달함으로써, 우리 몸이 스스로 항체를 형성할 수 있게 돕습니다. 이는 단순히 질병을 치료하는 것을 넘어, 진단과 생체 현상 관찰, 그리고 정밀한 자극 기술까지 아우르는 융합과학의 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 과학 연구의 동력은 새로운 현상에 대한 호기심과 도전적인 문제를 해결하려는 의지에서 비롯됩니다. 남들이 시도하지 않은 영역에서 창의성을 발휘할 때 학문적 중요성이 커지기 때문입니다. 과거 1990년대 후반에는 나노입자 연구가 생소한 분야였으나, 수십 년간 지식이 축적되면서 이제는 더 정밀하고 고도화된 단계로 진화하고 있습니다. 과학자들은 기존의 지식에 안주하지 않고, 양자점이나 새로운 나노물질을 바이오 분야에 접합하는 등 끊임없이 새로운 연구 영역을 개척해 나갑니다. 뇌과학은 인류에게 여전히 미지의 영역이자 가장 정복하기 어려운 분야 중 하나로 꼽힙니다. 최근 주목받는 자기유전학은 자기장을 이용해 뇌신경세포인 뉴런의 신호를 제어하는 혁신적인 기술입니다. 이는 유전공학 기법과 나노과학이 결합한 융합과학의 결정체라고 할 수 있습니다. 기존의 전기적 자극이나 빛을 이용한 방식보다 훨씬 정교한 접근이 가능하며, 뇌의 깊은 곳까지 신호를 전달할 수 있다는 점에서 과학적 성과와 발전 가능성이 매우 큰 분야로 기대를 모으고 있습니다. 자기유전학이 광유전학보다 유리한 점은 뛰어난 생체 침투력에 있습니다. 빛은 인체 조직을 통과하는 힘이 약해 정밀한 관찰에는 용이하지만 깊은 곳까지 도달하기 어렵습니다. 반면 자기장은 몸속 깊숙한 곳까지 무선으로 전달될 수 있습니다. 자성나노입자를 뉴런의 이온채널에 접합하여 '자기수용체'를 만들면, 외부 자기장에 반응해 이온채널이 열리고 닫히며 뇌 신호를 원격으로 제어할 수 있게 됩니다. 이러한 무선 제어 방식은 뇌 질환 치료와 면역 시스템 활성화에 새로운 길을 열어줍니다. 하나의 가설을 실험적으로 증명하는 과정은 수많은 연구자의 인내와 협력이 필요한 긴 여정입니다. 자기유전학 연구 역시 나노물질 합성부터 유전공학, 뇌과학 실험에 이르기까지 방대한 단계를 거쳐야 하기에 융합과학으로서의 체계가 필수적입니다. 화학자, 생명과학자, 소재공학자, 그리고 의사가 함께하는 '팀 사이언스'는 개별 연구로는 도달하기 힘든 거대한 과학적 성취를 가능하게 합니다. 이러한 협력은 나노의학이 실질적으로 인류의 건강과 삶의 질을 향상시키는 데 기여하는 밑거름이 됩니다.

천진우

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생명과학
융합

[강연] 우주와 기본입자 by 최기운ㅣIBS X KAOS 2021 '기초과학 석학강연'

우주와 기본 입자는 존재의 양 극단에 위치한 대상입니다. 우주는 우리가 아는 가장 거대한 존재이며, 기본 입자는 만물을 구성하는 가장 작은 단위입니다. 고대 신화 속 자신의 꼬리를 삼키는 뱀 '우로보로스'처럼, 이 둘은 서로 멀리 떨어져 있는 듯 보이지만 사실은 그 어느 것보다도 긴밀하게 연결되어 있습니다. 현대 물리학은 우주의 기원을 이해하기 위해 가장 작은 입자의 세계를 탐구하며, 반대로 입자들의 상호작용을 통해 거대한 우주의 구조를 설명합니다. 이러한 연결 고리는 우리가 우주의 탄생과 자연의 궁극적인 법칙을 이해하는 데 핵심적인 열쇠가 됩니다. 현대 물리학의 큰 수수께끼 중 하나는 우주가 왜 원자에 비해 이토록 거대한가라는 '계층성 문제'입니다. 원자의 크기는 전자기력과 전자의 질량에 의해 결정되지만, 우주의 크기는 암흑 에너지와 중력의 세기에 의해 결정됩니다. 모든 존재는 양자역학적인 '양자 요동'을 피할 수 없으며, 이 에너지가 합쳐져 시공간을 휘게 만드는 암흑 에너지가 됩니다. 물리학적 관점에서 중력이 전자기력보다 극도로 약하고 암흑 에너지가 매우 작다는 사실은 기적에 가깝습니다. 이러한 미세한 균형 덕분에 지적 생명체가 존재할 수 있는 광활한 우주가 형성될 수 있었습니다. 우주가 팽창하고 있다는 사실은 과거의 우주가 현재보다 훨씬 작고 뜨거웠음을 시사합니다. 시간을 거꾸로 돌리면 모든 물질과 빛이 한 점에 모이는 고에너지 상태에 도달하게 되는데, 그 증거가 바로 '우주 배경 복사'입니다. 초기 우주가 식으면서 원자핵과 전자가 결합해 중성 원자를 형성하자, 빛이 방해받지 않고 직진할 수 있게 되며 우주는 투명해졌습니다. 이때 방출된 빛은 현재 영하 270도의 온도로 우주 전역에 퍼져 있으며, 이는 초기 우주의 뜨거웠던 상태를 증명하는 가장 강력한 화석과 같은 단서가 되어 우주 진화의 역사를 보여줍니다. 우주의 모든 방향에서 오는 우주 배경 복사의 온도가 거의 동일하다는 사실은 또 다른 신비를 던져줍니다. 서로 교신할 수 없을 만큼 멀리 떨어진 지역들이 같은 온도를 지녔다는 것은, 과거에 빛보다 빠른 속도로 팽창했던 '인플레이션' 시기가 있었음을 의미합니다. 이 인플레이션 과정에서 발생한 미세한 양자 요동은 우주 전체에 에너지 밀도의 차이를 만들었습니다. 이 작은 차이들이 씨앗이 되어 중력에 의해 물질이 뭉치기 시작했고, 결국 오늘날 우리가 보는 은하와 별, 그리고 거대 구조들이 탄생할 수 있는 토대가 마련되었습니다. 이는 관측 데이터와 이론이 기가 막히게 일치하는 지점이기도 합니다. 우리가 알고 있는 일반적인 원자는 우주 전체 에너지의 단 5%에 불과합니다. 나머지 95%는 정체를 알 수 없는 암흑 물질과 암흑 에너지로 채워져 있습니다. 암흑 물질은 빛을 내지 않지만 중력을 통해 은하 내 별들의 운동을 붙잡아두는 역할을 하며, 암흑 에너지는 척력으로 작용하여 우주의 팽창을 가속화합니다. 코페르니쿠스가 지구가 우주의 중심이 아님을 밝혀냈듯, 현대 과학은 인류를 구성하는 물질조차 우주의 주성분이 아니라는 사실을 보여줍니다. 우리는 이 거대한 우주의 변방에서 극히 일부의 구성 요소로 존재하며 우주를 관찰하고 있는 셈입니다. 자연의 근본 법칙을 설명하는 두 기둥은 표준 모형과 일반 상대성 이론입니다. 표준 모형은 쿼크와 렙톤 같은 기본 입자들과 이들 사이의 전자기력, 약력, 강력의 상호작용을 대칭성 원리로 우아하게 설명합니다. 반면 일반 상대성 이론은 중력을 시공간의 곡률로 이해하며 거시적인 우주의 움직임을 규명합니다. 이 이론들은 인류 지성이 도달한 위대한 성취이지만, 여전히 암흑 물질의 정체나 중력이 왜 다른 힘들에 비해 터무니없이 약한지에 대해서는 답을 주지 못합니다. 이를 통합하여 시공간의 궁극적인 구조를 밝혀내는 것은 현대 물리학이 마주한 가장 거대한 도전 과제입니다. 현재 기초과학연구원(IBS)을 비롯한 전 세계 과학자들은 암흑 물질의 실체를 밝히기 위해 치열한 연구를 이어가고 있습니다. 유력한 후보인 '윔프'를 찾기 위해 강원도 정선의 지하 1,000m 깊은 곳에서 미세한 신호를 추적하고 있으며, 또 다른 후보인 '액시온'을 탐색하기 위해 초강력 자석을 이용한 정밀 실험을 진행 중입니다. 비록 인류가 우주라는 거대한 캔버스에서 티끌 같은 존재일지라도, 사고의 힘을 통해 자연의 근본 법칙을 파헤치는 과정은 그 자체로 숭고한 가치를 지닙니다. 이러한 탐구는 언젠가 우주 탄생의 비밀과 우리가 발을 딛고 있는 세계의 근원을 밝혀낼 것입니다.

최기운

카오스재단카오스크로스

물리학
천문학

[그림으로 보는 과학뉴스] 대전과학벨트에 외국인투자지역

대전 유성구에 위치한 국제과학비즈니스벨트에 첫 단지형 외국인 투자지역이 조성된다는 소식은 국내 과학기술계에 큰 활력을 불어넣고 있습니다. 이번 지정은 산업통상자원부의 심의를 통과하며 공식화되었으며, 약 2,100억 원의 생산 유발 효과가 기대됩니다. 단지형 외국인 투자지역은 외국인 투자를 활성화하기 위해 임대료 감면 등 다양한 혜택을 제공하는 공간으로, 지난 2016년부터 과학기술정보통신부와 대전광역시가 긴밀히 협력해 온 결실입니다. 이는 단순한 공간 조성을 넘어 글로벌 과학 기술의 거점으로 도약하기 위한 중요한 발판이 될 것입니다. 국제과학비즈니스벨트 조성의 핵심 목적은 세계적 수준의 기초과학 연구 환경을 구축하고, 이를 비즈니스와 융합하여 새로운 성장 동력을 창출하는 데 있습니다. 단순히 연구 시설만 모아놓는 것이 아니라, 기초과학의 성과가 산업 현장으로 자연스럽게 흘러 들어갈 수 있는 생태계를 마련하는 것이 핵심입니다. 이를 통해 대한민국은 세계적인 기초과학 연구의 중심지로 거듭나고, 미래 산업을 선도할 수 있는 기반을 갖추게 됩니다. 기초과학과 비즈니스의 결합은 국가 경쟁력을 높이는 강력한 엔진이 되어 줄 것이며, 장기적인 관점에서 국가의 미래를 설계하는 중요한 사업입니다. 이 거대한 프로젝트의 중심에는 기초과학연구원(IBS)과 대형 연구 시설인 중이온 가속기가 자리 잡고 있습니다. 중이온 가속기는 이른바 '거대과학'의 상징으로, 우주의 근원과 물질의 구조를 탐구하는 데 필수적인 장비입니다. 물리, 화학, 생명과학 등 다양한 분야의 연구단이 이곳에서 세계적인 수준의 연구를 수행하며 지식의 지평을 넓혀가고 있습니다. 이러한 대규모 인프라는 국내외 우수한 인재들을 불러 모으는 강력한 유인책이 되며, 기초과학 분야에서 한국의 위상을 높이는 데 결정적인 역할을 합니다. 이는 곧 응용 연구와 개발 연구로 이어지는 튼튼한 뿌리가 됩니다. 국제과학비즈니스벨트는 연구자들만의 고립된 섬이 아니라, 주거와 교육, 의료, 문화가 어우러진 복합적인 정주 환경을 지향합니다. 연구원들이 안정적으로 연구에 몰입할 수 있도록 도시 기반 시설을 확충하고, 기업과 학계가 유기적으로 연계될 수 있는 네트워크를 구축하는 것이 사업의 주요 내용입니다. 이러한 환경은 국내외 기업들이 국제과학비즈니스벨트 내로 유입되는 동기를 부여하며, 연구 성과가 실제 비즈니스 모델로 전환되는 속도를 높여줍니다. 결국 국제과학비즈니스벨트는 과학 기술과 산업 역량이 결합하여 시너지를 내는 거대한 혁신 클러스터로서, 지역 경제 활성화와 국가 균형 발전에도 크게 기여할 것입니다. 과거 대한민국이 제조와 생산 중심의 경제 성장을 이루었다면, 이제는 기초과학을 바탕으로 한 기술 강국으로 진화해야 할 시점입니다. 정부의 꾸준한 지원과 국제과학비즈니스벨트와 같은 상징적인 인프라 구축은 기초과학에 대한 국가적 의지를 보여주는 중요한 지표입니다. 기초과학의 성과가 비즈니스로 연결되기까지는 오랜 시간이 걸릴 수 있지만, 그 과정에서 축적된 지식과 인재는 미래 세대에게 소중한 자산이 될 것입니다. 국제과학비즈니스벨트가 완성됨에 따라 청년 과학도들이 꿈을 펼칠 수 있는 무대가 넓어지고, 대한민국이 진정한 의미의 과학 기술 선진국으로 자리매김하기를 기대해 봅니다.

국립과천과학관

물리학
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생명과학
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[강연] 시냅스 생쥐 그리고 정신질환 (1) _ 김은준 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 8강 | 8강 ①

우리 뇌 속에는 약 천억 개의 신경세포가 존재하며, 이들은 시냅스라는 접합부를 통해 서로 끊임없이 소통합니다. 시냅스는 신경세포의 축삭 말단에서 분비된 신경전달물질이 다음 세포의 수용체에 결합하며 신호를 전달하는 물리적 장소입니다. 하나의 신경세포에는 수천 개의 시냅스가 마치 크리스마스트리의 전구처럼 촘촘하게 매달려 있습니다. 이러한 방대한 네트워크는 뇌가 정보를 처리하고 명령을 내리는 가장 기초적인 단위가 되며, 우리 몸의 모든 활동을 조율하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 시냅스는 크게 신호를 촉진하는 흥분성 시냅스와 이를 억제하는 억제성 시냅스로 나뉩니다. 건강한 뇌 기능을 유지하기 위해서는 이 두 시냅스 사이의 정교한 균형이 무엇보다 중요합니다. 만약 이 균형이 깨져 흥분이 과도해지면 뇌전증과 같은 질환이 발생할 수 있고, 반대로 억제가 지나치면 수면 장애나 우울감이 나타날 수 있습니다. 100조 개에 달하는 시냅스들이 실시간으로 만들어내는 이 역동적인 균형이 곧 우리의 정신적 건강을 결정짓는 핵심 요소라고 할 수 있습니다. 뇌 질환은 크게 신경과 질환과 정신과 질환으로 구분할 수 있습니다. 파킨슨병이나 알츠하이머와 같은 신경과 질환은 주로 신경세포 자체가 사멸하면서 발생하는 반면, 조현병이나 우울증 같은 정신과 질환은 세포의 죽음보다는 시냅스와 신경 회로의 미묘한 기능 변화에서 기인합니다. 즉, 뇌의 하드웨어적인 손상보다는 소프트웨어적인 신호 전달 체계의 이상이 정신 질환의 주요 원인이 되는 것입니다. 이러한 차이를 이해하는 것이 현대 뇌 과학 연구와 치료의 중요한 출발점이 됩니다. 최근 뇌 과학에서는 인지 과정의 중요성이 점차 강조되고 있습니다. 인지는 자기 자신과 주변 환경을 인식하는 능력으로, 이 과정에 문제가 생기면 다양한 정신 질환으로 이어집니다. 예를 들어 자신에 대한 인지가 왜곡되면 망상이나 조현병이 나타날 수 있고, 타인에 대한 인지 부족은 자폐 스펙트럼 장애의 원인이 되기도 합니다. 또한 주의 집중의 대상에 대한 인지 오류는 ADHD를 유발합니다. 결국 우리가 세상을 어떻게 받아들이느냐 하는 인지의 틀이 정신 건강을 지탱하는 중요한 척도가 되는 셈입니다. 신경 정신 질환은 환자 개인의 고통을 넘어 막대한 사회적, 경제적 비용을 발생시킵니다. 전 세계적으로 관련 시장 규모는 수백 조 원에 달하며, 특히 조현병과 우울증은 매우 큰 비중을 차지하고 있습니다. 아직 자폐 스펙트럼 장애와 같이 명확한 치료제가 개발되지 않은 분야도 많지만, 시냅스와 인지 과정에 대한 연구가 깊어짐에 따라 새로운 치료 가능성이 열리고 있습니다. 뇌의 복잡한 메커니즘을 밝혀내고 질병의 원인을 규명하는 일은 인류의 삶의 질을 높이는 가장 도전적이고도 가치 있는 과제 중 하나입니다.

김은준

카오스재단카오스강연

뇌인지과학