뇌는 무엇으로 이뤄졌을까?

정부는 21세기 핵심 과학 분야의 하나로 뇌 과학을 지목하고 최근 ‘국가 뇌 과학연구소’를 설립하겠다고 밝혔습니다. 인간의 뇌를 이해하게 되면 이를 바탕으로 뇌질환 신약개발과 인간을 닮은 지능형 로봇, 뇌 신경망을 닮은 차세대 반도체 등 다양한 분야의 발전이 가속화될 수 있기 때문입니다. 그렇다면 우리가 생각하고 기억하며 행동하게 하는 뇌의 기본 구성요소는 무엇일까요? 해부학적으로 뇌는 마치 두부와 같은 덩어리지만 뇌 활동의 중심적인 역할을 하는 기본 단위 세포는 신경세포, 즉 뉴런(neuron)입니다. 현미경으로 뉴런을 최초 관찰한 사람은 체코의 해부학자 ‘얀 푸르킨예’입니다. 그 뒤 1872년 이탈리아의 의학자 ‘카밀로 골지’는 뉴런을 염색하는 기술을 개발해 뉴런의 섬세한 모습을 관찰합니다. 그는 뉴런이 그물처럼 연결된 네트워크라는 ‘망상이론’을 주장했습니다. 그러나 그의 이론은 곧 에스파냐의 해부학자 ‘산티아고 라몬 이 카할’의 공격을 받았습니다. 카할은 뉴런이 독립된 단위체이며 뉴런끼리 가까이 근접해 있을 뿐이라는 ‘뉴런이론’을 내놓았습니다. 강산이 수차례 바뀌고 난 뒤인 1960대 카할의 이론이 옳다는 것이 입증됐습니다. 하지만 훗날 어찌됐건 간에 두 사람은 뇌의 기본 구성요소가 뉴런임을 밝힌 공로로 1906년 노벨생리의학상을 공동수상했습니다. 하나의 의문이 풀리는 순간 과학자들은 더 큰 의문과 마주하게 됐습니다. ‘뉴런이 어떻게 정보를 받아들이고 내보내는가?’하는 문제입니다. 과학자들은 거시적인 뇌에서 미시적인 뉴런 속으로 파고 들어가야 했습니다. 그들이 발견한 것은 놀랍게도 ‘전기신호’였습니다. 머릿속의 전기신호... 우리 머릿속에 금속성 전선이 들어있는 것이 아니기 때문에 뇌의 작동원리를 밝혀내기 위해 과학자들은 뉴런 속에서 벌어지는 그 무엇, 뭔가 일상생활에서 접하는 전기의 흐름과는 다른 원리를 찾아내야했습니다. 그 결과 나트륨과 칼슘 이온이 뉴런 내부를 오가며 전위차를 일으켜 전기신호를 전달한다는 것이 밝혀졌습니다. ▲ 뉴런 과학자들이 발견한 것은 뉴런을 구성하는 세포들의 세포막에 전기신호를 일으키는 이온의 통로(ion channel)가 존재한다는 사실입니다. 이 통로가 열리고 닫히는 과정을 반복하면서 일어나는 순간적인 이온 교환이 전기신호가 되어 우리가 보고 듣고 생각하고 행동하는 모든 두뇌작용을 일으킨다는 것입니다. (지난해 국가과학자로 뽑힌 KIST의 신희섭 박사가 이 같은 뇌의 현상을 연구하는 세계적인 선두그룹에 속해 있습니다. 신 박사는 이온채널을 연구하며 최근 몇 년간 통증 억제의 원리와 학습이나 수면과 관련된 뇌의 작용 등을 하나하나 밝혀나가고 있습니다. 이온채널을 도구로 이용하면 뇌의 문제로 발생하는 질병과 고통을 치료하는 신약을 개발할 수 있다고 신 박사는 말합니다. ) 참고로 뉴런의 이온통로에서 일어나는 이온의 교환, 즉 전기신호는 겨우 1000분의 1초 정도로 순식간에 발생한다고 합니다. 또 이 같은 전기신호가 하나의 정보로서 뉴런 속에서 전달되는 속도는 시속 400km에 이른다고 합니다. 우리가 무언가 생각을 하는 순간 뇌 속에서 시속 400km의 광풍이 몰아친다고 상상해보십시오. 놀랍지 않습니까? 우리 뇌 속에는 이러한 뉴런이 무려 1천억 개나 존재한다고 합니다.

조문기 기자 [moon@imbc.com] - 2000년 입사 - '날씨와 생활' 진행 - 정보과학부, 문화과학부 (과학기술부, 기상, 의학 담당) -현 사회정책팀

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