KISTI의 과학향기

두부처럼 물컹물컹하고 호두 알맹이처럼 쭈글쭈글한 주름이 있는 분홍색의 물질. 무게는 체중의 2%에 불과하지만 심장에서 분출되는 피의 15%를 소비하며, 인간이 호흡하는 산소의 20~25%를 사용하는 인체 부위.

1천억 개 정도의 뉴런과 그것들이 서로 연결되는 1천조 개의 시냅스로 이뤄진 고도의 복잡한 통신망. 고작 냉장고 조명을 켜는 정도의 에너지로 방대한 외부의 정보를 인식해 기억으로 저장하고, 사고하며, 인간의 정체성을 결정하는 곳. 이쯤 되면 이 신체 부위가 어디인지 눈치 채지 못할 사람은 없다. 바로 소우주라고 불릴 만큼 복잡한 인간의 뇌(腦)다.

최근 뇌의 가장 중요한 기능 중 하나인 기억과 관련해 새로운 연구결과들이 잇따라 발표되면서 주목을 끌고 있다.

지난 8월 서울대 생명과학부 강봉규 교수팀은 기억을 떠올리고 다시 저장하는 메커니즘을 규명해 고통스러운 기억을 지울 수 있는 가능성을 열었다. 살면서 겪는 천재지변이나 끔찍한 사고, 충격적인 경험들은 뇌 속 깊이 각인돼 일생동안 영향을 주기도 한다. 그런데 기억이 저장되는 부위인 ‘시냅스’의 단백질을 조절하면 기억을 제어할 수 있다는 원리다.

그렇다면 뇌는 어떻게 기억을 저장하는 걸까. 우리가 경험한 것들은 ‘저장, 유지, 회상’이라는 재구성 과정을 거쳐 기억으로 남는다. 그중에서도 수십 년 이상 지속되는 장기기억은 유전자 발현과 단백질 합성을 통해 시냅스의 구조가 단단해지는 경화(硬化) 과정을 거쳐야 한다. 기억에 정보가 추가되거나 수정될 때도 단백질 분해와 재합성이 일어난다.

연구팀은 신경체가 단순한 군소달팽이로 기억을 지우는데 성공했다. 군소달팽이의 꼬리를 여러 번 찔러 민감한 기억을 남긴 뒤 단백질이 재합성되는 것을 막았더니 기억이 저장되지 않고 지워지는 것을 발견했다. 이는 단백질의 분해와 재합성이 동일한 시냅스에서 일어나기 때문에 가능한 현상이었다. 즉 기억을 처음 저장하는 곳과 기억을 떠올리고 다시 저장하는 곳이 같다는 뜻이다.

스웨덴 웁살라 대학의 연구팀은 두려운 기억이 뇌에 저장되기 전에 지울 수 있다는 연구결과를 ‘사이언스’ 최신호에 발표했다. 우리의 뇌는 학습된 단기기억을 ‘응고화’라는 과정을 통해 장기기억으로 저장하는데, 이처럼 기억이 응고화되는 과정을 방해하면 기억의 형성을 막을 수 있다는 것이다.

연구팀은 이를 위해 먼저 실험대상자들에게 별 의미 없는 사진 한 장을 보여줌과 동시에 전기쇼크를 가해 사진을 볼 때 두려움에 대한 기억이 형성되도록 했다. 그 후 실험대상자를 두 그룹으로 나눈 다음 한 그룹에게는 기억이 응고화 될 때까지 충분한 시간이 지난 다음 전기쇼크 없이 사진을 계속 보여주고, 다른 그룹에게는 기억이 응고화 되기 전에 전기쇼크 없이 사진을 계속 보여주며 응고화 되는 것을 방해하는 실험을 했다.

그 결과 앞의 그룹은 사진에 관한 두려운 기억이 남아 있었지만, 기억의 응고화에 방해를 받은 그룹은 사진과 관련된 두려운 기억의 흔적들이 사라진 것으로 확인됐다. 이는 두려운 기억을 저장하는 뇌 부위인 편도체의 핵군을 자기공명영상으로 촬영한 결과에서도 증명됐다고 연구팀은 발표했다. 연구팀은 이 연구결과가 외상 후 스트레스 장애나 공황장애, 고소공포증 등의 각종 공포증 환자에게 도움이 될 수 있을 것이라고 주장했다.

한편 잠자는 동안 외부에서 받아들인 정보를 뇌가 기억할 수 있다는 연구결과도 발표됐다. 이스라엘 와이즈만 과학연구소의 연구팀은 잠자는 동안 사람들이 기분 좋은 냄새를 맡도록 훈련할 경우, 깨어 있을 때와 같은 조건을 유지할 수 있게 된다는 연구결과를 ‘네이처 뉴로사이언스’에 게재했다.

먼저 연구팀은 55명의 건강한 실험참가자들을 대상으로 잠을 자는 동안 샴푸나 탈취제와 같은 좋은 냄새와 썩은 생선이나 고기와 같이 나쁜 냄새에 노출시키고, 각 향기에 대해서 연관되는 특정한 소리를 들려줬다.

실험참가자들은 잠을 자면서도 좋은 냄새와 연관된 소리를 들을 때는 강하게 냄새를 맡았지만, 불쾌한 냄새와 연관된 소리에 대해서는 약하게 반응했다. 그런데 잠에서 깨어난 후 냄새가 없더라도 좋은 냄새와 연관된 소리를 들려주면 강하게 냄새를 맡고, 나쁜 냄새와 연관된 소리를 들려주면 약하게 냄새를 맡는 행동을 취하는 것으로 나타났다. 실험참가자들은 냄새와 소리 사이의 관계를 학습했다는 사실을 전혀 모르는 상태였다.

이처럼 냄새를 맡는 강약의 반응은 램(REM, rapid eye movement) 수면단계에서 연관성을 학습한 참여자들에게 조금 더 많이 나타나는 것으로 조사됐다. 그동안 수면 중 학습 가능성에 대해 많은 연구들이 진행돼 왔지만 실제로 실험을 통해 이를 증명한 것은 이번이 처음이다.

영화 ‘이터널 선샤인’처럼 특정한 기억만 골라서 지우는 것은 아직까지 불가능하다. 인간의 뇌는 상당히 복잡한 체계로 구성돼 있기 때문이다. 뇌에 대한 연구 역시 아직 상당 부분 미완의 상태로 남아 있다. 따라서 과학자들은 뇌의 신비를 탐구하는 뇌과학을 인류 최후의 학문이자 노벨상의 보고라고 일컫기도 한다. 전문가들은 기억을 저장하는 메커니즘을 완벽히 밝힌다면 잊고 싶은 기억은 지우고, 기억하고 싶은 기억은 평생 간직할 수 있는 일에도 응용 가능하다고 보고 있다. 과학기술의 발달이 인간의 뇌를 어디까지 제어할 수 있을지 궁금할 따름이다.

글 : 이성규 과학칼럼니스트