[소년중앙]천억 개 뇌세포에 기억 저장, 뇌 속 해마가 담당합니다

카이스트 바이오 및 뇌공학 이도헌 교수는 “인간의 뇌는 미지의 영역”이라고 말합니다. 알려진 사실보다 아직 모르는 것이 더 많은 게 바로 ‘인간의 뇌’라는 것이죠. 이번 주 소중은 미지의 영역인 뇌의 세계를 탐험해 보기로 했습니다. 김상원(경기도 내정중 1), 민수경(세종시 도담초 6) 두 명의 학생기자가 카이스트(한국과학기술원)를 직접 찾아갔죠. 두 학생은 카이스트 바이오 및 뇌공학과의 이도헌 교수를 만나 뇌가 하는 일은 무엇인지부터 뇌를 훈련하는 방법은 무엇인지, 뇌 과학으로 죽어가는 사람을 살릴 수 있는지까지, 뇌에 관해 궁금한 점을 물어봤습니다. 

글=황정옥, 이세라 기자 ok76@joongang.co.kr
사진=임익순(오픈 스튜디오)
참고서적=『인체원리(사이언스 북스)』,『인체극장(반니)』

뇌의 명령은 어떻게 전달될까. [소년중앙]

뇌의 명령은 어떻게 전달될까.뇌와 몸은 머리뼈 아래에서 엉덩이로 연결되는 등골과 신경으로 연결되어 있어요. 등골을 기준으로 몸 구석구석에 펼쳐져 있는 신경은 감각 메시지를 몸에서 뇌로, 뇌에서 몸으로 전달하는 통로 역할을 하죠. 예를 들어, 누가 발을 밟으면 발의 발 끝의 신경이 뇌로 전달돼 "아야"하고 소리를 치는 것이죠.그렇다면, 신경은 어떻게 메시지를 전달할까요. 신경 속에는 뉴런이라 불리는 신경세포들이 가득 들어있어요. 뉴런은 세포핵과 세포핵을 둘러싼 세포체, 세포체에서 연결되는 가지돌기로 구성되어 있죠. 자극을 받은 뉴런은 가지돌기에 있는 시냅스 통해 다른 뉴런에게 메시지를 전달합니다. 뇌를 구성하는 뉴런은 무려 860억 개의 달하고 100조나 되는 연결을 통해 통합되어 있죠. 이 연결의 수는 우리 은하계에 있는 별보다 많습니다.

-(김상원 학생기자. 이하 상원) 뇌는 우리 몸에서 어떤 일을 하나요.
“뇌는 몸 전체를 관리하는 중요한 기관입니다. 우리가 눈으로 보고 귀로 듣고 손으로 만지고 하는 많은 행동 역시 뇌에서 지시하는 일이죠. 그런데 뇌는 우리가 미처 알지 못하는 사이에도 몸을 관리하죠. 예를 들어 달리기를 하면 숨이 차오르죠? 몸이 더 많은 산소를 필요로 한다는 뜻이에요. 그러려면 심장이 더 빨리 뛰어야 하는데, 이때 우리가 의도적으로 “내 심장을 빨리 뛰게 해야지”라고 생각하지는 않죠. 대신 뇌가 스스로 알아서 그렇게 조절해줍니다.”

- (상원) 뇌가 크면 더 똑똑한가요.
“뇌가 크면 똑똑하다는 것은, 머리가 크면 똑똑하다는 뜻이겠네요(웃음)? 그럼, 고래나 코끼리는 사람보다 더 똑똑할까요? 이와 관련해 과학적으로 증명된 것은 아무 것도 없어요. 물론 지금까지 알려진 바에 의하면 사람이 더 영리하기 때문에 지구의 생태계를 지배한다는 것이죠. 이것 역시 사람 위주의 생각이긴 하지만요. 이와 관련해 재미있는 이야기도 있어요. 많은 사람들이 천재라고 인정하는 아인슈타인의 뇌를 측정해보니 성인 남성 평균 뇌의 무게(1500g)보다 가벼운 1200g이었다고 해요. 뇌가 크고 무겁다고 해서 똑똑한 것은 아니라는 걸 알 수 있죠. 뇌는 여러 겹으로 이뤄져 있는데 가장 바깥쪽을 대뇌피질이라고 해요. 대뇌는 큰 뇌, 피질은 껍데기란 뜻이에요. 이 대뇌피질가 주로 지능적인 일을 한다고 알려져 있어요. 과학자들은 대뇌피질이 남보다 더 발달돼 있을수록 머리가 좋을 수 있다고 생각하고 있어요. 실제로 인간의 뇌는 고래나 코끼리보다 크기는 작지만 대뇌피질의 비율이 높고 구성이 훨씬 촘촘하죠. 스마트폰이 텔레비전보다 크기는 작지만 기능은 훨씬 많은 것과 같죠. 그러니까 크기보단 얼마나 정교하게 만들어졌는가가 중요해요.”

[소년중앙] 카이스트 바이오 및 뇌공학과의 이도헌 교수와 김상원(경기도 내정중 1), 민수경(세종시 도담초 6) 학생기자.

-(상원) 똑똑한 사람의 뇌는 보통 사람의 뇌와 다른가요.
“여기엔 여러 가지 가설이 있어요. 그 중 하나는 뇌를 좌뇌와 우뇌로 구분해서 좌뇌는 논리적 사고력을 담당하고 우뇌는 감성적인 활동을 담당한다는 거죠. 그래서 좌뇌가 발달하면 기억력이 좋다고 생각하는데, 아직 명확하게 증명된 사실은 아니에요. 다만 뇌세포가 건강하고 뇌세포간 연결, 즉 시냅스가 활발하게 형성돼 있는가 하는 일이 기억력에 유리할 것이라고 생각하고 있는 정도예요. 그중 해마라는 뇌 영역이 기억을 오랫동안 저장하는데 중요한 역할을 한다고 알려져 있어요. 따라서 해마가 건강한 사람이 기억력이 좋다고 추측할 수 있는데, 어떤 사람의 해마가 건강한지 구체적으로 평가할 방법은 아직 없죠. 뇌를 열어서 알아볼 수가 없어서예요.”

-(민수경 학생기자. 이하 수경) 뇌는 어떤 방법으로 기억을 저장하나요? 기억을 자유자재로 꺼내 쓸 순 없나요.
“우리 뇌는 천억 개 쯤 되는, 굉장히 많은 뇌세포가 서로 연결돼 있어요. 이 뇌세포들은 시냅스라는 형태로 연결돼 있죠. 그런데 어떤 시냅스는 연결이 튼튼하고 어떤 시냅스는 연결이 느슨해요. 이렇게 시냅스 별로 어디는 튼튼하고 어디는 느슨한 조합으로 기억이 저장된다고 보면 되요. 좀 더 쉽게 설명해볼게요. 오늘 내가 아주 호감이 가는 친구를 만났다고 해보죠. 새 친구를 만난 기억은 내 뇌세포에 들어 있는 수많은 시냅스의 연결을 거쳐, 뇌 전체에 나눠져 저장되요. 어느 한 군데에 저장되는 게 아니라 수많은 세포에 흩어져서 기억되는 거죠. 또 뇌 속에는 해마라는 작은 부위가 있어요. 우리가 뭔가를 기억할 때 해마를 통해서 뇌 전체에 내용이 퍼지고, 회상할 때도 해마를 통해서 환기가 되요. 그래서 과학자들은 해마의 뇌신호를 잘 이용하면 옛 기억을 자유자재로 꺼내거나 나쁜 기억을 지우는 것도 가능하지 않을까 생각하고 있어요. 지금 당장은 어렵지만, 과학자들이 여러 가설을 세워 연구하고 있죠.”

실험쥐의 뇌에서 기억을 관장하는 해마 부위를 확대한 사진. 특수 염색한 신경세포(뉴런)가 빛나고 있다. 일렬로 늘어선 점이 신경세포 중심이고 여기에서 나뭇가지처럼 뻗어 있는 게 축색 및 수상돌기다.

 -(수경) 사람의 기억은 의외로 쉽게 조작되거나 변형된다고 하던데 그 이유가 뭔가요.
“앞서 기억은 수많은 뇌세포 사이의 연결의 형태로 저장된다고 설명했죠. 어떤 물건을 실제로 봤든, 봤다고 착각을 하든 결국 뇌세포의 연결 강도만 바뀌어 있으면 사람은 실제로 본 것과 보지 않았지만 봤다고 믿는 것을 구분할 재주가 없어요. 일본의 한 뇌과학자가 쥐가 사는 케이지 바닥에 약간의 전기 충격을 주는 실험을 했어요. 전기 충격을 주면 쥐가 무척 싫어하고 공포를 느끼죠. 이게 반복되면 쥐에게 나쁜 기억이 생겨요. 과학자들은 이때 어느 뇌세포가 활성화되는지를 관찰했어요. 그 다음 쥐에게 전기충격 대신 그 뇌세포만 인위적으로 활성화하는 기술을 썼죠. 그랬더니 쥐가 전기충격을 받은 것처럼 공포를 느낀다는 것을 알게 됐어요. 뇌세포를 인위적으로 자극함으로써 기억을 조작할 수 있다는 것을 증명한 실험이죠.”

※소년중앙 뇌과학 기사는 다음 기사로 이어집니다. 
2. 뇌과학 연구는 어디까지 발전했을까 
3. 인공지능과 인간의 뇌로 이어집니다. 

로우틴을 위한 신문 '소년중앙 weekly'
구독신청 02-2108-3441
소년중앙 PDF 보기 goo.gl/I2HLMq
온라인 소년중앙 sojoong.joins.com
소년중앙 유튜브 채널 goo.gl/wIQcM4