빛을 조작함으로써, 뇌 기능을 완전히 조절하는 데 성공했다고 한다.
새로 개발된 광유도시스템은, 뇌내의 뉴런(신경세포)에 의한 신경전달물질 방출을 제어할 수 있다. 이를 이용함으로써, 쥐의 기억을 일시적으로 지울 수 있었다는 것.
마인드 컨트롤을 연상시키는 좀 무서운 기술이지만, 실제로는 뇌 기능 규명이나 간질, 근육경련과 같은 뇌에서 비롯된 질병 치료 등에도 도움이 될 것으로 기대된다는 것. 이 연구는 "Neuron"에 게재되었다.
■ 뇌의 구조 규명을 위해 필요한 뇌내 컨트롤
빛을 받는 것만으로 기억을 소거할 수 있데되어 버리는 등, 어쩐지 불온한 분위기가 있지만, 원래 그런 것이 연구되어지고 있는 것은, 뇌의 기능의 해명으로 연결되기 때문이다.
뇌를 깊이 이해하려면, 그 내부의 신호를 자유롭게 제어할 필요가 있다. 그리고 기존의 기술에서는, 그것을 세포막의 전위를 인공적으로 변화시킨다고 하는 간접적인 어프로치로 행하고 있었다.
그런데, 이 접근법에는 결함이 있다. 주변의 산성도까지 바꿔 버리거나 뇌세포에 불필요한 오작동을 일으키거나 하는 것이다.
또 "글리아 세포(신경계를 구성하는 신경 세포가 아닌 세포의 총칭)"와 같은 막전위 변화에 반응하지 않는 세포에 대해서는 조금도 도움이 되지 않는다.
■ 빛을 이용한 브레인 컨트롤법 개발
그래서 우리나라의 기초과학 연구원(IBS)과 한국과학 기술원(KAIST)그룹이 개발한 것이, "옵토 v트랩(Opto-v Trap)"이라는 시스템이다. 이것은 빛으로 "시냅스 소포의 개구 방출"을 방해할 수 있다.
뉴런과 뉴런이 연락을 취할 때, 그 가교 역할을 하는 곳이 두 사람이 접하는 시냅스로 불리는 부위다.
한쪽 뉴런의 흥분이 시냅스에 전해지면, 그 말단에 있는 "시냅스 소포"가 "신경전달물질"을 방출. 이것이 다른 한쪽 시냅스에 결합됨으로써 뉴런에서 뉴런으로 시그널이 전해진다.
옵트 v트랩은, 청색광을 쬐어 시냅스 소포를 뭉쳐 버려 신경전달물질을 방출하지 못하도록 한다. 막전위를 이용하지 않으므로, 글리아 세포등에 대해서도 효과를 발휘한다.
■ 세포 손상 없이 실험할 수 있음
특히 중요한 것은, 옵트랙 조작은 일시적인 효과밖에 없다는 점이다.
지금까지의 유사한 기술로는, 시냅스 소포를 손상시켜 버려, 뉴런이 최대 24시간이나 기능하지 않게되어 버린다. 이래서는 시간에 제약이 있는 실험에는 적합하지 않다.
그런데 옵트 v트랩의 경우, 시냅스 소포가 작용하지 않게되는 것은 불과 15분 정도. 1시간만 있으면 뉴런은 완전히 회복된다.
■ 쥐의 공포 기억 지우기에 성공
이로써 신경 전달물질의 방출을 직접 제어할 수 있게 됐다. 즉, 뇌의 기능을 자유롭게 조절할 수 있다는 것이다.
이번 실험에서는, 배양한 세포나 뇌조직의 슬라이스로 옵트 v트랩의 유효성이 확인됐을 뿐 아니라 살아있는 쥐에게 심어진 공포 기억을 일시적으로 지우는데 성공했다.
이 기술은, 여러 뇌 영역이 제시하는 상호작용 해명 등 뇌과학의 다양한 분야에서 활약할 것이라는 것.
또 연구뿐 아니라, 간질이나 근육 경련 같은 뇌 질환의 치료나 피부 조직 확장 기술 등에 응용할 수 있을 것으로 기대된다고 한다.