뇌에 빛 비추니 물고기 꼬리 움직였다
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이웃님들, 광유전학을 아시나요? 빛을 이용해 뉴런의 활동을 자극하는 기술입니다. 광유전학이 등장하기 전까지는 두뇌를 조작할 때 두개골에 구멍을 내거나 전파·음파를 이용하는 방식이 대부분이었습니다. 이런 뇌 연구에 획기적인 변화를 가져온 것이 광유전학입니다.
불과 십수년 전에 시작된 광유전학은 이제 빛으로 뇌의 특정 부위를 자극해 특정 행동의 변화를 유발할 수 있는 수준으로 발전했습니다. 최근에는 과학자들이 오직 빛을 비추는 방식으로 담수어의 꼬리를 흔들게 하는 것까지 성공했다고 합니다.
뇌과학으로 유명한 국제학술지 <뉴런>에 따르면, 미국 UC버클리와 독일 막스플랑크연구소 학자들은 공동 연구를 통해 유전 공학으로 특정 신경 세포를 포함한 담수어를 인위적으로 만들었습니다. 이 담수어는 빛에 반응하는 신경 세포를 보유하고 있습니다. 다시 말해서 빛을 접하면 특정 신경세포가 활성화하고, 반대로 빛이 사라지면 이 신경 세포가 활성화하지 않는 특이한 담수어를 만든 겁니다.
그 다음에는 광유전학을 응용해서 담수어의 뇌에 빛을 쏩니다. 뇌가 상대적으로 단순한 편인 담수어에 빛을 다각도로 반응시키면서 연구진은 담수어를 관찰했습니다. 담수어의 모습을 분석하는 과정에서 특정 동작에 어떤 뇌의 부위가 영향을 미치는지 밝혀내는 데 성공했습니다. 뇌에 자리 잡은 특정 세포 3개를 동시에 빛으로 자극하는 순간 담수어가 꼬리를 움직였던 것입니다.
원리를 확인한 연구진은 인위적으로 이 3개의 세포를 자극해서 인위적으로 담수어가 꼬리를 움직이도록 하는 실험까지 성공해냈습니다. 인간이 빛으로 담수어의 동작까지 제어한 것입니다.
나아가 어느 정도의 빛을 얼마 동안 비춰줄 때 꼬리가 어떻게 움직이는지도 수학적으로 분석했습니다. 이 과정에서 담수어의 꼬리와 뇌의 기작에 대한 비밀을 풀어나가고 있습니다.
연구진의 연구는 이제 시작이라고 합니다. 연구진은 이 3개의 세포를 단초로 빛에 반응하는 담수어의 뇌세포가 어떤 경로를 통해 어떤 세포에게 자극을 전달하는 지 분석 중입니다. 이렇게 뇌세포가 뇌세포에 전달하는 자극을 하나씩 파악하다 보면 결국 뇌가 어떻게 명령을 내리고 몸이 어떻게 이를 받아들여 움직이는 건지 규명할 수 있을 것으로 연구진은 기대합니다. 아직 연구실 수준의 초기 단계이긴 하지만, 언젠가 빛으로 사람의 움직임까지 제어할 수 있는 시대가 온다면? 그건 조금 오싹하게 만드네요.
##참고자료##
- Marco Maschio et al. Linking neurons to network function and behaviour by two-photon holographic optogenetics and volumetric imaging. Neuron