[미리보는 '금요일에 과학터치'] 모든 신경의 중심, 뇌의 신비

사진=뇌의 속 모습. 서울대 생명과학부 강봉균 교수 제공.

천재의 대명사인 아인슈타인의 뇌는 보통 사람과 어떤 점이 다를까. 여태까지 알려진 바로는 크기와 형태 모두 일반인과 별반 다르지 않다. 지난해 미국 플로리다주립대 연구진은 아인슈타인의 뇌 사진을 분석한 결과 추상적 사고 계획과 연관된 전두엽에 일반인보다 많은 주름이 잡혀 있는데 이것이 그의 천재성에 연관을 미쳤을 것이라고 주장하기도 했다.

뇌는 모든 인간 활동의 중심이다. 뇌에 대해 이해하는 것은 인간의 행동을 이해하는 데 있어 핵심적인 부분인 셈이다. 그러나 직접 보고 경험하기 어려운 탓에 일반인들이 뇌에 대한 정보를 얻고 역할을 이해하는 데는 어려움이 따른다. 뇌가 인간 몸의 일부이긴 하지만 아직까지 인간이 완전히 이해하지 못한 미지의 영역이다.

뇌는 모든 신경 활동을 통합하고 조절하는 중심으로 작용한다. 인간과 동물은 뇌를 통해 보고, 듣고, 느끼고, 생각할 수 있게 되는 것이다. 예를 들어 눈을 통해 들어온 색깔에 대한 정보는 뇌에 도달해야만 그것이 빨간색인지 파란색인지를 판단할 수 있게 된다. 뇌는 외부의 충격이 쉽게 전달되지 않도록 두개골 속에 들어 있다.

신생아의 뇌 무게는 400g 정도이지만 태어나 3살까지, 4~7살, 그리고 10살 직후까지 등 3단계를 거쳐 발달하며 20살 무렵 완성된다. 완성된 성인의 뇌 무게는 남자 1천400g, 여자 1천250g 정도다. 뇌의 무게는 키와 거의 비례하지만 지능이나 성격과는 직접적인 관계가 없다. 뇌의 무게는 우리 몸의 약 3%밖에 되지 않는다. 하지만 몸 에너지의 20%를 소비하고 생명 유지의 핵심인 산소가 끊기면 가장 먼저 타격을 받는 곳이다.

이러한 뇌에는 신경세포(뉴런'neuron)가 많은 돌기를 뻗어 내 다른 신경세포들과 복잡하고 정교한 연결을 이루고 있다. 사람의 정신 활동에 관계하는 신경세포는 약 140억 개나 된다. 이러한 기능적 연결 부위(시냅스'synapse)에서 일어나는 수많은 일과 연결이 강도 등에 의해 생각하고 기억하는 등 고등 정신 활동을 수행할 수 있게 되는 것이다.

서울대 자연과학대학에 위치한 강봉균 교수의 신경생물학 실험실에서는 박사 3명, 대학원생 17명이 분자 생물 실험부터 전기생리학 및 동물 행동 실험에 이르기까지 신경생물학을 연구하는 데 필요한 여러 단계의 실험들을 수행하고 있다. 강 교수팀은 기억 형성과 변화의 생물학적 메커니즘에 대한 연구를 수행 중이다. 연구팀은 기억 과정에 핵심적인 구조물로 알려진 신경세포 간 연접 부위, 즉 시냅스의 변화 기작에 대해 연구하고 이를 바탕으로 기억 조절 기술을 실현시키기 위해 노력하고 있다.

강 교수팀은 최근 '네이처 뉴로 사이언스'(Nature Neuroscience)지에 게재한 논문에서 저장된 기억을 수정할 수 있는 인지적 유연성에는 시냅스 장기 저하 현상이 필요하며 세포 내의 PI3K 감마 인산화 효소가 중요한 작용을 한다는 것을 밝혔다. '사이언스'(Science)지에 발표한 논문을 통해서는 뇌의 전대상 피질은 만성 통증에 관여하며 시냅스 장기 강화에 의해 만성 통증이 일어난다는 것을 보여줬다. 또 이를 차단하는 약물에 의해 만성 통증이 경감되는 것을 동물 모델을 통해 증명해냈다. 최근 '네이처'(Nature)지에 게재한 논문에서는 자폐증을 보이는 동물 모델을 이용해 시냅스의 가소성의 문제를 밝히는 업적도 이뤄냈다.