스킵네비게이션

○ 연구배경

사람은 인생의 3분의 1을 잠을 자면서 보낸다. 언뜻 보면 잠은 우리 삶에 아무 도움이 되지 않는 시간 낭비인 것 같다. 하지만 뇌과학 연구를 통해 잠은 뇌의 여러 부위가 상호작용하면서 일어나는 능동적인 현상임이 밝혀졌다. 더불어 잠의 중요성과 수면장애에 대한 이해가 높아지고 있다. 잠에 대해 좀 더 이해하게 되면 나도 모르고 지내던 내 인생의 3분의 1을 좀 더 잘 이해하게 되는 것이다. 그리고, 깨어 있는 3분의 2를 좀 더 건강하게 보내는데 도움이 될 것이다.

최근 뇌과학 영역에서 혁신적인 뇌세포 조절 방법이 등장했다. 뇌세포는 원래 빛에 반응하지 않는다. 하지만 뇌세포에 빛에 반응하는 단백질을 발현시켜주면 이야기가 달라진다. 빛을 비추어 뇌세포를 인공적으로 활동하게 할 수 있게 된다. 즉 뇌세포에 스위치를 달아주는 격이다. 이러한 뇌과학 방법론을 광유전학이라고 부른다.

우리 뇌 속에는 1000억 개에 달하는 뇌세포가 있다. 뇌세포 하나는 단독으로 아무 일도 할 수가 없다. 뇌세포의 작동을 통해 감각을 느끼고 움직임을 만들어 내고, 더 나아가 ‘나’라는 인식을 만들어 내는 것은 모두 뇌세포의 연결을 통해 가능한 것이다. ‘커넥토믹스’는 이러한 연결을 연구하여 뇌의 비밀을 밝히고자 하는 학문 영역이다.

○ 강연내용

인간의 뇌에는 약 1000억개의 뇌세포가 있다. 다양한 종류의 뇌세포가 마구 섞여 있기 때문에 이들을 구별하여 기능을 알아내는 것은 뇌과학의 큰 숙제였다. 그렇다면 뇌세포 종류별로 스위치를 달아 조절할 수 있다면 어떨까? 스위치를 켜고 끔에 따라 나타나는 현상을 관찰하여 각각의 기능을 좀 더 정확히 알 수 있을 것이다. 이러한 아이디어를 구현한 것이 광유전학이다. 광유전학을 이용하면 빛을 비추어 한 두 종류의 뇌세포만 활성화 또는 억제시키는 것이 가능하게 되었다.

최근 잠에 대한 관심이 높아지고 있다. 청소년에서부터 노인에 이르기까지 ‘꿀잠’을 바란다. 대해 잠을 자며 보내지만 뇌과학 연구를 통해 잠에 대해 놀라울 정도로 객관적으로 이해하게 되었다. 다음 몇 가지 질문을 통해 뇌과학이 밝히는 잠의 비밀을 엿보고자 한다. 첫째, 어떻게 잠이 드는가? 둘째, 잠을 안자면 어떻게 될까? 셋째, 왜 잠을 자는 걸까? 끝으로 대표적인 수면장애에는 어떤 것이 있을까? 이러한 질문에 대한 대답은 뇌과학의 발전에 힘입어 가능해졌다.

뇌 속에는 잠을 깨우는 ‘각성회로’가 있고, 잠을 들게 하는 ‘수면회로’가 있다. 이 뇌회로들의 힘겨루기가 우리의 뇌 속에서 일어나고 있다. 어느 순간 수면신호가 각성신호에 비해 확실하게 강력해지면 잠에 들게 된다. 잠을 충분히 자지 못하면 우리 몸에는 각종 건강문제가 발생하게 된다. 기분도 나빠지고, 기억력도 떨어지고, 판단력도 흐려진다. 더 심해지면 환각이 발생하기도 하고, 심장병, 당뇨병, 비만 등 신체 질환의 위험이 높아진다. 잠을 잘 때 우리의 뇌에서는 노폐물을 제거하고, 에너지 생산이 증가하며, 뇌 속의 시냅스를 적당량으로 조절하여 뇌가 최적의 기능을 발휘할 수 있도록 정비를 한다. 따라서 수면의 장애를 유발하는 불면증, 수면무호흡증후군, 렘수면행동장애, 기면병, 하지불안증후군 등은 건강의 적신호라 할 수 있다.

○ 연구팀 및 연구 소개

광주과학기술원 의생명공학과 김태 교수는 정신건강의학과 전문의로서 수면장애와 신경정신질환을 치료하던 의사이면서 뇌과학을 연구하는 뇌과학자이다. 하버드의대 뇌과학 연구소에서 광유전학을 비롯한 다양한 뇌과학 기초 연구를 수행하면서 임상의학과 기초뇌과학의 연계가 매우 필요하다는 것을 알게 되어 광주과학기술원에 ‘중개 뇌과학 연구실 (Laboratory of Translational Neuroscience)’을 개설하고 활발한 연구활동을 하고 있다. 김태 교수 연구팀은 수면-각성 조절 뇌회로를 규명하고 주요 신경정신질환의 치료법을 개발하고자 매진하고 있다. 특별히 기저전뇌 (basal forebrain)의 파브알부민 (parvalbumin) 뉴런이 대뇌 피질의 인지기능에 중요한 감마파 진동을 조절하는데 결정적인 역할을 한다는 사실을 밝혀 이를 바탕으로 조현병, 자폐증, 알츠하이머병 등의 난치성 질환의 새로운 치료법 연구를 수행하고 있다.