뇌 연구, 여기까지 진행됐다!

1. 뇌 연구의 '성과' 를 아는 포인트

1) 최대의 수수께끼 '뇌' 에 도전해 온 사람들은 '뇌와 마음' 을 생각해 왔다.

사람은 호기심이 넘치는 동물이다. 호기심 또한 뇌 작용의 하나인데, 이제까지 사람들은 그 호기심을 총동원해서 뇌의 수수께끼를 해석하려고 했다.

동물과 사람은 대체 어떻게 다른가? 기뻐하거나 화를 내는 '마음' 이나 '감정' 은 어디에서 솟아나는 것인가? 머리 속에는 대체 무엇이 있는가? 이런 물음을 스스로 던져 왔다.

그것은 사람의 마음을 탐구하는 노력인 동시에, '뇌를 가지고 뇌를 설명하는 일' 에 도전하는 것이기도 했다.

역사를 살펴보면, 그 노력이 본격화되기 시작한 것은 자연과학이 발달하기 시작한 고대 그리스 때부터이다. 이를테면 의학의 아버지라 불리는 히포크라테스는 사람의 마음은 대뇌에서 만들어진다고 생각했다. 그는 이미 대뇌의 존재를 알았고 거기에 마음의 비밀이 있다고 감지한 것이다.

고대 그리스의 철학자 플라톤도 뇌와 정신에 대해서 생각하고, "이성이나 지성은 신의 정신이고 식욕이나 성욕 등은 사람의 정신이다" 라고 결론지었다. 이 생각은, 신이 세계를 지배하고 있던 그 시대를 떠올리게 해서 흥미롭다.

당시는 지금과 같은 첨단 과학기술이 발달되지 않았다. 그만큼 뇌의 수수께끼에 도전하는 일은 어려웠다고도 할 수 있다. 그럼에도 불구하고 히포크라테스나 플라톤은 뇌의 비밀에 접근해서 생각했던 것이다.

또한 천재였던 레오나르도 다 빈치도 뇌의 역할을 추구하고, 뇌에 정신이 있다고 생각했다. 그리고 그 후로도 뇌는 사람들에게 영원한 테마가 되었다.

2) 뇌의 본격적 연구는 이제 겨우 단서를 잡았다.

이렇듯 많은 과학자들이 뇌 연구에 몰두하고, 뇌에 숨겨진 수수께끼에 다가가려고 했다. 19세기 이후, 그것은 근대 과학의 하나로 본격화되었다. 그리고 서서히 뇌의 두꺼운 베일이 벗겨지기 시작했다. 뇌의 비밀을 푸는 과정에서, 과학자들은 많은 병에 숨겨진 뇌의 역할도 발견했다.

이를테면 세계 헤비급 권투 챔피언이었던 무하마드 알리가 걸린 병으로 유명한 파킨슨병, 이것도 뇌의 대표적 병이다.

뇌 연구는 그 구조를 알고 사람의 마음을 해명하는 것만이 아니라, 많은 마음의 병에도 과학의 빛을 비추었다. 이제부터라도, 최첨단 과학ㆍ의학은 뇌의 비밀을 해명하고 사람 마음의 수수께끼를 밝혀 줄 것이 틀림없다.

2. 뇌 연구의 역사

1) '마음은 뇌에 있다' 고 기록한 히포크라테스

사람이 사물을 생각하게 된 순간부터 사람은 '마음의 세계' 를 엿보려고 했다. 그것이 동물과는 다른 사람 특유의 세계였기 때문이다.

그러나 마음의 세계는 눈에 보이지 않는다. 보이지 않으므로 많은 사람들은 그 마음이 어디에 잇는가를 생각하게 되었다. 어떤 사람은 마음이 심장에 있다고 생각했지만, 그것이 사실인지를 확인할 수는 없었다.

한편, 세계의 중심에 신들이 존재했던 시대…. 고대 이집트에서도, 메소포타미아에서도, 그리고 인도 대륙에서도 신들이 모든 것을 지배하고 있었다. 그 시대에는 신이 사람에게 마음, 이른바 혼을 불어넣어 준다고 생각했다. 이렇게 마음에 대한 정열적 탐구가 이어졌다. 고대 그리스 시대에 이르러 과학이 발달하면서, 마음이나 뇌에 대한 여러 가지 추측과 가설이 탄생되었다.

고대 그리스 시대의 히포크라테스는 '의학의 시조' 또는 '의술의 아버지' 라 불린다. 그는 뇌에 깊은 관심을 가지고 "사람의 마음 (=정신) 은 대뇌에서 만들어진다" 라고 기록했다. 역시 의학의 시조라 불릴 만하다.

2) 뇌의 '수수께끼' 는 아직도 풀리지 않았다

고대 그리스의 철학자 플라톤도 뇌에 관심을 가진 사람 중 하나이다. 그는 정신을 둘로 분리해서 이성이나 지성 등은 '신의 정신' 이고, 감정이나 식욕이나 성욕은 사람의 정신이라 했다. 그리고 플라톤은 신의 정신은 대뇌에 있고 사람의 정신은 척수에 있다고 생각했다. 그는 이미 대뇌와 척수에 주목하고 거기에서 신과 사람의 관계를 보려고 했던 것이다.

13 세기에서 15 세기에 걸친 르네상스 시대에 미술이나 과학 세계에서 천재라고 인정받았던 레오나르도 다 빈치! 다 빈치도 뇌에 정신이 있다고 생각하고 있었다. 그는 뇌 안의 공간, 이른바 뇌의 방에 정신이 들어 있다고 했다.

뇌 기능을 과학적으로 연구하게 된 것은 19 세기에 접어들면서부터였다. 의학계에서 드디어 해부학이 진보하고, 그 지식이 축적됨에 따라 대뇌의 실험적 연구가 큰 흐름을 이루었다.

이렇게 본격적으로 뇌 연구가 시작되었다.

그 역사는 아직 수세기에 지나지 않고, 최신 의학에서도 뇌는 아직 많은 수수께끼에 싸여 있다. 뇌에 대한 설명이 점차 진행되고, 히포크라테스 이래 수수께끼가 풀리는 날도 그리 멀지는 않은 것 같다.

📜 본격적 뇌 연구 역사는 19 세기부터 (연표)

3. 뇌 이식은 가능한가

1) 뇌를 완전히 이식하는 것은 불가능

심장이식은 문자 그대로, 손상되어 기능을 상실한 심장을 제거하고 정상 기능을 하는 심장을 이식하는 것이다. 폐나 간장, 신장 등의 다른 장기이식도 마찬가지다. 이른 바 헌 장기를 새 장기로 완전히 바꾸는 것이다.

그러나 뇌를 완전히 바꾸는 이식은 현재로서는 불가능하다. 뇌는 생명에 있어서 필요 불가결한 장기이지만, 현대의 최첨단 의학으로도 완전히 바꾸는 기술은 확립되지 않았다.

뇌 이식은 조금씩 현실화되고 있다. 미국에서는 이미 임상 수준까지 이르러 이식을 실현했다. 단, 그것은 뇌를 완전히 바꾸는 것이 아니라 뇌를 조성하고 있는 뇌세포의 일부를 이식해서 잃어버린 기능을 회복시키는 것이었다. 그 전형적 경우가 파킨슨병 환자의 뇌세포 이식이다.

2) 도파민 분비 세포를 이식

파킨슨병이란 간단하게 말하자면, 심각한 운동장애에 정신증상이 더해진 것이다. 손발의 떨림이 멈추지 않고 자발적 운동을 할 수 없게 된다.

그 원인은, 중뇌에서 도파민을 분비하는 신경세포가 망가졌기 때문이다. 치료법은 'L-도파' 라는 약물을 투여해서, 몸 속에서 도파민을 만들어내게 하고 망가진 신경세포의 기능을 보충하는 것이다. 그러나 환각이나 정신분열증과 비슷한 증상을 보이는 부작용이 있다. 그래서 생각해낸 것이 도파민을 분비하는 세포를 이식하는 일이다. 세포 이식으로 도파민이 정상적으로 분비되면 운동장애가 해소된다.

실제로 미국에서는 세포 이식을 해서 운동기능이 회복된 경우가 보고되었다. 그런데 이 경우 중절된 태아의 세포가 환자에게 이식되어, 윤리적 문제가 제기되었다.

그렇지만 파킨슨병에서 뇌 이식의 성공은 다른 질환의 뇌 이식에도 자극을 주고 있다. 그 전형적인 경우가 알츠하이머병의 세포이식이다. 이 병에서는 아세틸콜린을 분비하는 신경세포의 이식이 예상된다.

또한 알츠하이머병만이 아니라 학습이나 기억 또는 사고 등에 관계가 있는 세포 이식도 생각 되고 있으며, 가까운 미래에 실현될지도 모른다.

뇌세포 이식은 심장 등의 장기이식과는 달리 거부반응이 없다고 한다. 그러므로 다른 장기보다 유리하다는 설도 있다.

4. 뇌가 사물을 인식하는 구조

1) 단순한 영상을 가치 있는 정보로 변환

동물에 있어서 사물을 보는 행위, 또는 사물이 보인다는 기능은 대단히 중요하다. 사물이 보이지 않으면 많은 정보를 얻을 수 없고, 때로는 생명을 위험에 빠뜨리기도 한다.

그것은 사람도 마찬가지다. 사람의 감각에는 여러 가지가 있지만, 시각은 모든 감각의 60% 를 점유한다. 일상생활에서도 사물을 보는 행위는 높은 비율을 차지하고 있다.

보는 행위에서 가장 먼저 받아들이는 기관은 눈인데, 그 자극은 바깥 세계의 빛이다. 안구 속의 망막에 빛이 도달하면 빛을 느끼는 시세포가 반응하고, 그것은 신경절세포에 전달된다. 그리고 시신경을 통과해서 최종적으로는 대뇌의 후두엽으로 보내진다.

대뇌의 후두엽에는 시각중추가 있다. 시각중추 영역은 문자 그대로 시각과 깊은 관계가 있다. 시신경을 통해서 전달된 자극을 가지고 사물을 시각으로 인지한다. 예컨대 눈앞의 사물이 무엇인가를 '보는' 것이다. 시각중추에서 사물의 색이나 모양, 깊이, 움직임 등 여러 요소의 특징을 잡아내는 것이다.

2) 이것은 위험한가 - 먼저 시각으로 판단

사람은 눈앞의 사물을 보게 되는데, 그것은 단순히 보는 것에 지나지 않는다. 그 사물이 어떤 성질의 것이며 위험한 존재인가 아닌가는 판단할 수 없다. 이것을 식별하는 것은 두정엽이나 전두엽의 기능이며, 혹은 측두엽의 기억에 관한 기능이다. 이른바 사람은 사물을 볼 때 뇌의 모든 기능을 동원해서 그 모양 등 여러 성질을 분석하고, 위험도를 판단하는 것이다.

사물을 인식한다는 행위에 한정해서 말한다면, 사람의 경우 시각은 다른 감각보다 우수하다. 시각이 청각이나 후각 등의 다른 감각보다 우수하게 작용하고 있는 것이다.

사람이나 원숭이는 이제까지 여러 형태로 극적인 진화를 이루어 왔다. 그 과정에서 사람이나 원숭이는 보는 것에 많이 의존하고, 그 중요성을 강조해 왔다. 시각에 의한 자극이 모든 감각의 60% 에 달한다고 기술했는데, 그 숫자가 그 동안의 사정을 이야기해 준다. 그 결과 사람이나 원숭이는 시각과 관계된 시각중추가 발달되었다.

한편, 오늘날에는 시각에 관한 여러 연구가 진행되고 있다. 시각과 관련된 신경세포, 그리고 뇌 작용의 비밀이 밝혀지려 하고 있는 것이다.

5. 뇌의 병

1) '마음의 병' 은 모두 뇌의 고장

다른 동물들도 마음이 있는지 없는지는 별개의 문제로 두고, 사람에게는 확실하게 마음이 있고, 때로는 그 마음의 병을 앓게 된다. 정신분열병이나 울병 등이 대표적 예이다. 엄밀한 의미로 정신적 병 (=마음의 병) 은 사람 특유의 병이라 할 수 있다. 그러나 사람의 뇌가 작용하는 기본은 다른 포유동물과 다를바 없다. 그러므로 애완동물에게도 당연히 '기분' 의 기복이 있고, 기분이 나쁠 때도 있다.

'마음의 병' 은 모든 뇌의 작용이 완전하지 않기 때문에 일어난다.

2) 뇌 속 물질 조절로 증상 개선

이를테면 정신분열병은 어떠한가? 정신분열병은 중증의 마음의 병이다. 그 증상은 우울해지거나 때로는 망각, 환각 상태에 빠지고 현실에서 동떨어진 말을 하기도 한다. 그렇게 되면 타인과의 커뮤니케이션은 대체로 어려워진다.

이것은 노이로제와 같은 일과성의 증상이 아니다. 그렇다면 뇌 속에서 형태적 변화가 일어난 것일까? 이제까지의 의학으로는 증명되지 않았다. 지금 생각되어지고 있는 것은, 뇌 속에서 화학적 변화가 일어나고 그것이 원인이 되어 각종 증상을 초래했다는 설이다.

그 가운데 유력한 설이 뇌 속 물질의 일종인 도파민과 분열병과의 관계. 이른바 뇌 속의 도파민이 이상하게 작용할 때 분열병 증상이 나타난다는 견해이다. 따라서 도파민 작용을 억제하면 분열병을 치유할 가능성이 보인다. 사실 도파민 작용을 억제하는 약품을 환자에게 투여하면 분열병 증상이 개선된다.

정신분열병은 유전과 깊은 관련이 있다. 따라서 정신분열병의 가계를 대상으로 어떤 유전자가 소인인가를 연구하고 있다. 분열병 가계에서는 도파민 수용체 (시냅스의 뒤편에서 도파민을 받아들이는 작용을 함) 를 만드는 유전자에 작은 변화가 생겼다는 설이 있다.

물론 이것으로 뇌와 마음의 병과의 관계가 완전히 밝혀진 것은 아니다. 그것은 아직 많은 수수께끼에 싸여 있다. 도파민과 정신분열병과의 관계도, 그것은 아직 유력한 설에 지나지 않는다.

하여간 뇌 내부에서 물질적 변화가 생겼을 때, 그것이 정신적 병(=마음의 병) 이 되는 것으로 여겨진다. 뇌와 마음의 병과의 관계는 이렇게 해석되고 있는 것이다.

6. 뇌세포의 감소

1) 하루에 10만 개씩 감소한다.

뇌 신경세포는 생후 증가하지 않고 나이를 먹을수록 감소한다. 일반적으로 30 세가 지나면 신경세포는 감소하는 경향을 보이기 시작하는데, 50 세경에는 하루에 20만 개씩 감소한다. 다른 조사에 따르면 신경세포는 20 대부터 하루에 10 만 개씩 감소된다는 보고도 있다. 뇌의 '노화' 를 단적으로 나타내는 것이 뇌의 쪼그라짐이다. 죽은 사람의 뇌를 조사한 결과, 뇌의 무게는 20세부터 30세에 걸쳐서 최대가 되고, 이후에는 감소하기 시작해서 80 세에서는 최대치였을 때의 17% 나 감소한다는 자료가 잇다.

그러나 뇌가 쪼그라들었다고 해서 놀랄 일은 아니다. 실은 나이를 먹을수록 대부분의 장기는 쪼그라들기 때문이다. 노인이 되면 키가 줄어들고 몸무게도 가벼워진다. 뇌도 마찬가지다.

그러나 신경세포의 감소는 역시 문제다. 신경세포가 감소하면 여러 증상이 나타나기 때문이다.

2) '건망증' 은 왜?

뇌 신경세포가 감소하면 그것은 먼저 '건망증' 이라는 형태로 나타난다. 건망증은 기억하던 일을 생각해내지 못하는 상태이다. 이 경우 사람 이름이나 지명 등 구체적 이름을 반사적으로 기억하지 못하는 경우가 적지 않다.

건망증 다음으로 현저하게 드러나는 것이 시력 저하다. 시각을 지배하는 시각중추의 신경세포가 감소해서 기능이 약해졌기 때문이다. 최신 자료에 따르면, 70 세 이상이 되면 시각중추의 신경세포는 최고일 때의 절반 정도가 된다고 한다. 뇌의 노화가 더욱 진행되면 오래된 기억은 남아도 새로운 기억은 유지되지 않는다. 더 진행되면 한 시간 전의 일도 잊어 버린다. 왜 그렇게 되는가? 최근의 의학으로도 밝혀지지 않았지만, 적어도 신경세포의 감소가 하나의 원인이라고 생각된다.

기억 손실은 이미 기술한 바와 같이 뇌가 쪼그라드는 현상 대문이다. '치매' 노인의 경우가 이를 반영한다. 증상이 심한 노인일수록 뇌는 많이 쪼그라들어 있다. 뇌가 쪼그라들면 오래된 기억은 유지하지만 새로운 기억은 새길 수 없다.

다시 말해서, 건강하게 기억을 유지하기 위해서는 항상 일정한 수의 건강한 신경세포가 필요하다. '젊은 뇌를 유지한다' 는 것은 바로 그런 것이다.

그 점에서 기대되는 것이 바로 최근에 발견된 뇌의 간세포다. 간세포는 어른이 된 뇌에서도, 70 세가 넘어도 끊임없이 분열하고 새로운 신경세포를 지속적으로 만들고 있다. 단, 죽어가는 세포가 더 많으므로 총체적으로는 뇌세포가 감소하는 것처럼 보인다. 간세포를 살려서 뇌를 회춘시킨다! 이것이 뇌 과학자들의 목표 중의 하나다.

7. 유전자 연구와 뇌

1) 21 세기는 유전자 연구의 시대

복잡한 뇌를 연구하기 위해서, 그 설계도인 유전자에 접근하는 방법이 시도되고 있다. 생물의 경우 어미에서 자식에게 여러 성질이 전해지는데, 그때 설계도에 해당하는 것이 유전자이다.

생물은 유전자가 가진 암호에 의해 만들어지는 단백질로 생명을 유지하고 있다. 유전자는 세포 속에 존재한다. 생물의 세포 중앙부에 핵이 있고, 핵에는 염색체가 있으며, 염색체에서는 DNA 가 이중 나선을 형성하고 있다. 그 DNA 중 유전을 위한 역할을 담당하고 있는 것을 유전자라 한다.

또한 하나의 생물을 만들기 위해서 필요한 최소의 유전자 세트를 '게놈' 이라 한다. 사람은 아버지로부터 30 억 염기대의 1 게놈, 어머니로부터도 같은 정도의 게놈을 계승한다.

최근 게놈 연구가 급속하게 진행되어, 세계에서 해독 경쟁이 치열하게 전개되고 있다. 유전자 정보가 차세대의 의료, 식량, 환경 등의 문제를 해결하는 궁극의 결정적 수단이 될 것이라고 믿고 있기 때문이다.

이미 2000 년에, 미국의 벤처 기업과 국제 팀은 초파리의 유전자 정보를 해독했다. 그리고 2001 년에는 사람 게놈도 대충 해독하기에 이르렀다.

2) 'gcm' 의 발견

왜 초파리가 중요시되고 있는가. 현재 초파리의 돌연변이에 대한 막대한 자료가 축적되어 있고, 초파리 유전자와 사람 유전자는 기능적으로 유사성이 있기 때문이다.이른바 초파리 유전자 정보는 사람 유전자 해석에 크게 공헌할 것 같다.

그것을 강력하게 뒷받침하고 있는 것은 유전자 해석 테크닉의 비약적 발전이다. 그 결과 정확한 유전자 정보로부터 뇌 기능의 분석이 가능해지려고 한다.

일본 국립유전자연구소의 호리타 소장 팀은 초파리에서 'gcm' 유전자를 발견했다. 같은 종류의 유전자는 사람에게도 있다. 이 유전자가 이상을 일으키면 뇌 신경계가 잘 발달되지 않고 아교세포가 손실됨을 알았다.

사람의 뇌세포에는 90% 의 뉴런과 10% 의 아교세포가 있다. 아교세포가 뉴런에 영양을 미쳐서 대사물질을 배출한다. 최근까지 뉴런이 최고급 세포, 아교세포는 원시세포라고 생각했었다. 그러나 'gcm' 의 발견으로 이제까지의 뉴런과 아교세포와의 관계가 뿌리부터 해석을 달리하게 되었다. 그것은 유전자 정보의 연구로 뇌의 상식이 뒤집어지기 시작했음을 의미한다.

3) satori 돌연변이체

또한 이 책을 감수한 와세다 대학의 야마모토 연구팀은 수컷끼리 동성애를 하는 돌연변이 satori 를 발견했다.

파괴되어 기능을 하지 않게 된 satori 돌연변이체의 유전자 대신 정상 유전자를 초파리에 삽입하면 다시 이성애를 한다는 사실이 확인되었다. satori 유전자와 비슷한 '동성애 유전자' 는 사람에게도 있을까? 이후의 과제다.

8. 저온 치료

1) 찬물로 체온을 32 ℃ 까지 내리면…

뇌의 저온 치료라고 했을 때, 구체적 이미지가 떠오르지 않을 것이다. 그러나 이것은 교통사고로 뇌좌상 등 뇌의 치명적 외상, 더구나 뇌졸중 등의 치료 현장에서 그 유효성을 발휘하고 있는 최신 치료법이다.

예를 들어, 병원 응급실에 교통사고 환자가 실려 왔다고 하자. 환자는 중상이다. 뇌내혈종, 뇌좌상 등의 증상이 보이며 뇌사에가깝다. 그때 의사는 찬물이 흐르는 매트 위에 환자를 눕힌다. 환자 위에도 같은 구조의 매트를 덮어서, 환자는 찬 매트의 샌드위치 상태가 된다. 환자의 몸 속을 흐르는 혈액은 차가워지고 뇌의 온도도 떨어진다. 치료 현장에서는 32 ℃ 까지 서서히 온도를 내린다. 냉수 매트 사이의 환자는 마치 '동면 상태' 와 같다. 이렇게 뇌의 온도를 내림으로써 뇌사를 막는 것이다. 만약 뇌의 온도를 떨어뜨리지 않으면 뇌압 (뇌의 압력) 이 상승해서 뇌의 혈액이 멈추고 신경세포가 죽는다. 이것이 바로 뇌사이다.

이렇게 뇌를 저온으로 해서 하는 치료를 저온 치료라 한다.

2) 뇌세포의 자괴를 막는다

최신 뇌 과학에 따르면, 뇌가 큰 타격을 받아도 모은 신경세포가 금방 죽는 것은 아니라는 사실이 판명되었다. 그러나 살아남은 신경세포도 이윽고 시간과 더불어 스스로 파괴되어 죽어 간다. 그 자괴 작용에 큰 영향을 미치는 것이 글루타민산이다. 현재의 의학으로도 글루타민산의 유출로 세포가 자괴하는 것을 막기란 어렵다. 그래서 저온 치료가 각광을 받고 있다.

이미 기술한 바와 같이, 이 치료법은 뇌의 온도를 떨어뜨림으로써 뇌압을 내려 그것으로 아직 타격을 받지 않은 신경세포의 사멸을 막고 뇌사를 막으려는 것이다. 어떻게 보면 무척 단순하지만 최신 의학에서는 뇌의 외상이나 뇌졸중에 가장 효과적이라는 평을 하고 있다.

이 치료는 응급 센터를 중심으로 의욕적으로 연구되어, 이미 많은 환자의 뇌사를 막았다. 또한 응급 센터만이 아니라 신경외과 현장에서도 실행되어, 의사들이 많은 환자의 생명을 구하는 데 도움이 되고 있다.

9. 뇌 속 물질과 '마음'

1) 백수십 종류나 되는 뇌 속 물질

제 1 장에서 기술한 바와 같이 뇌 속에서 정보 전달은, 신경세포의 전기신호로 시냅스에 전달되고 시냅스에서 방출된 신경전달물질 (화학물질) 을 수용체에 전달하는 과정으로 이루어진다. 이 과정이 뇌의 흥분 정도, 즉 뇌 작용을 결정한다. 뇌 속 물질은 확인된 것만도 백수십 종류에 이른다. 아세틸콜린을 비롯해서 노르아드레날린, 도파민 세로토닌, 가바 등이 주요 물질이다.

가바는 (감마) - 아미노 낙산의 약어인데, 뇌 속 물질 중에서도 다량 존재한다. 이것은 억제하는 성질이 강하기 때문에 흥분하기 쉬운 뇌를 '진정시키는 역할' 을 맡는다. 따라서 가바 연구가 진전되면 흥분된 마음을 가라앉히거나, 짜증을 방지하는 특효약이 개발될 것으로 기대된다.

이미 기술한 바와 같이, 신경세포에서 방출되는 신경전달물질의 균형이 깨어졌을 때 마음의 병이 생긴다.

이를테면 도파민이 과다하면 정신분열증이 되고, 반대로 너무 적으면 파킨슨병이 된다. 또 노르아드레날린이나 세로토닌이 적어지면 울병이 된다.

이렇듯 뇌 속 물질은 사람의 마음이나 기분, 더구나 병과 깊은 관계를 맺고 있다. 이 물질의 균형을 유지하고 뇌 속을 평화롭게 유지하는 것이 사람의 건강에 있어서 불가결하다.

2) 흥분과 억제

이렇게 볼 때, 신경전달물질에는 크게 두 가지의 기능이 있음을 알 수 있다. 그것은 신경을 흥분시키는 물질과 그것을 억제하는 물질이다. 전자가 아세틸콜린, 노르아드레날린, 세로토닌이다. 신경의 폭주를 억제하는 물질로는 가바 (= (감마) - 아미노 낙산) 가 있다. 그러나 신경세포의 종류에 따라서는 아세틸콜린이나 세로토닌이 억제 작용을 해서 꽤 복잡하다.

어쨌든 뇌는 양자의 절묘한 균형으로 작동되고 있는 것이다.

또 하나, 신경조절인자라 불리는 물질도 있다. 이것은 스스로 시냅스 전달을 하지 않고, 신경세포의 시냅스 전달 효율을 높이거나 낮추는 작용을 한다.

이 물질에는 마취약으로 알려진 모르핀과 비슷한 β 엔돌핀 등이 있고, 통증을 완화시키는 작용을 한다. 마라톤 선수가 오랫동안 달리다 보면 기분이 좋아지는 경우가 있는데, 이것도 β 엔돌핀의 작용에 의한 것이다.

💊 사람의 정신을 지배하는 뇌 속의 주된 물질

10. 치매

1) 치매의 원인은 여러 가지

치매란 의학적으로 '한번 정상으로 발달한 지적 능력이 뇌의 장애나 손상으로 지속적으로 저하하고 일상생활이나 사회생활에 큰 지장을 주는 상태' 라고 정의되고 있다. 그 구체적 증상으로는 ① 건망증, ② 판단력 저하, ③ 상대의 말이 이해되지 않는다, ④ 집에서 화장실을 찾지 못하는 등 일상생활에 지장을 가져온다 등을 들 수 있다. 이것들은 뇌의 기능장애 때문에 생기는데, 이를테면 병이나 부상이 원인인 경우도 있고 뇌 그 자체의 변화에 원인이 있는 경우도 있다. 또한 약물 때문에 치매에 이르는 경우도 있다.

치매란 일반적으로 노인성 치매를 말한다. 사람은 나이를 먹을수록 기억력이 약해지는데, 일부 사람은 그것이 치매에 이르기까지 악화된다. 이른 바 '노망' 이라는 것으로, 그중에는 알츠하이머병도 포함된다.

2) '불치의 병' 이 아닐 가능성도

노인이 치매가 되는 비율을 보면 65~69 세에서 1.2%, 80~84 세에서 11.7%, 85세 이상에서는 19.9% 이다. 이 숫자로도 연령이 높아짐에 따라 치매가 급증함을 알 수 있다. 남녀별로 보면 여자가 그 비율이 높은데, 이것은 여자의 평균수명이 높은 것도 한 요인이다.

세간에서는 치매를 불치병이라 생각한다. 그러나 최근 연구나 치료법에 따르면 모든 치매가 다 불치는 아닌 것 같다. 이를테면 폐경기에 생기는 초로기 (45~50 세) 여성의 치매 등은 여성 호르몬인 에스트로겐을 처방하자 개선되었다.

한편, 알츠하이머병은 초로기에 발생하는 것에서부터 노령기가 되어서 증상이 나타나는 것까지 있고, 치매의 대표적 병이다. 알츠하이머병의 증상은 건망증에서부터 시작된다. 의욕이 감퇴하고 증상이 진행되면 이리저리 거닐며 다니고, 말기에는 고도의 지능장애에 빠진다. 일단 발병하면 병의 진행을 정지시키는 일은 불가능하다고 생각된다. 그러나 최근 연구 결과 병을 치료하는 일은 불가능해도 진행을 완만하게 하는 약은 발견되었다. 또한 알츠하이머병에 걸리기 쉬운 가계를 연구해서 위험도가 높은 유전자의 형태도 알아냈다. 이런 유전자의 연구는 알츠하이머병이 일어나는 구조를 뿌리부터 명백하게 할 것이다.

📊 치매 진행에 나타나는 증상 단계

11. 파킨슨병

1) 신경전달물질의 불균형이 원인인가

파킨슨병은 1917년, 영국의 의사 제임스 파킨슨에 의해서 처음으로 보고되었다. 중년 이후에 발병하는 병으로 손발이 떨리고 동작이 점차 느려지면서 얼굴에서는 표정이 사라진다. 그리고 자세가 앞으로 구부러져서 잘 넘어진다.

이 병은 신경계 난치성 질환 중에서 매우 많은 병이다. 인구 10만 명 중 50~60 명의 환자가 있다고 추정된다. 원인으로는 뇌 속 신경전달물질인 도파민이 부족하거나, 과다한 아세틸콜린 때문에 발병한다고 여겨진다.

뇌의 기저핵에서 아세틸콜린은 신경을 흥분시키고, 도파민은 그것을 억제한다. 그런데 이곳에서 도파민이 감소하면 아세틸콜린에 의한 신경 흥분을 억제하지 못하게 된다. 그리고 그 흥분이 시상이나 척수를 따라 근육에 전달되면 손발이 떨리고 느린 동작을 하게 된다. 이것이 파킨슨 병이다.

파킨슨병 이외에도 이와 비슷한 증상을 보이는 경우도 있다. 뇌좌상이나 뇌외상, 또는 약의 복용 등으로 도파민이 부족해지기 때문인데, 이것을 파킨슨증후군이라 한다.

2) 도파민 보충은 쉽지 않다

파킨슨병이 보고된 이래 연구자들이 그 치료법을 연구했지만, 그것은 어려운 일이었다. 문외한이라면 도파민을 보충하거나 아세틸콜린의 작용을 억제하면 된다고 생각할 것이다. 하지만 그것은 간단하지가 않다. 물론 도파민을 보충하면 모두 해결된다. 그러나 이 물질은 혈액에서 뇌를 지키는 장벽(BBB)을 통과할 수 없기 때문에 먹어도, 주사로 주입해도 효과가 없다.

그래서 연구자들은 지혜를 짰다. 도파민이 장벽을 넘지 못하는 이유 가운데 하나는 그것이 수용성이기 때문이다. 그러므로 도파민을 지용성 물질로 포장해서 뇌 속으로 넣으려고 했다. 그것은 어느 정도 일정한 효과를 보였지만 완전한 치료법에는 이르지 못했다.

앞에서 기술한 L-도파는 도파민을 합성하는 원료가 되는 물질로서, 지용성이므로 혈액에서 장벽을 통과해서 뇌에 들어간다. 뇌에 들어간 L-도파는 신경세포가 원래 가지고 있는 효소의 작용을 받아 도파민으로 바뀌고, 파킨슨병의 증상을 완화시킨다.

그러나 계속 복용하다 보면 효과가 떨어지므로 약의 양을 증가해야 한다. 또, 이에 따른 부작용도 많아서 L-도파에 의한 치료에는 한계가 있다.

3) 관련된 유전자가 발견되었다

파킨슨병의 원인은 하나가 아니므로 그 각각을 규명해서 치료법을 개발해야 한다.

파킨슨병에 잘 걸리는 유전자가 몇 가지 발견되었는데, 그것과 환경 작용이 상승효과를 발휘해서 발병할 가능성이 높다. 환경 요인의 하나로 들 수 있는 것이 농약이다.

파킨슨병에 관련된 유전자가 발견되었으므로 병에 잘 걸리는 유전자를 가진 사람에게 정상 유전자를 삽입해서 발병을 막는 방법도 연구되고 있다. 또한 합성효소의 유전자로 부족한 도파민을 보충하는 유전자 치료도 검토되고 있다.

이미 기술한 뇌세포 이식 이외에도, 이런 치료법은 이후 10년 간 큰 진전이 있을 것 같다.

🩺 파킨슨병의 주요 증상 분류

12. 로보토미 & 컴퓨터와 뇌

1) 전두엽의 섬유 연결을 절단

로보토미란 대뇌의 전두엽의 일부를 절제하는 수술로, 전두엽백질절제술이라고도 한다. 1935년 포르투갈의 의사 에가스 모니스에 의해서 개발되어, 심한 흥분상태가 가라앉지 않는 정신병 환자나 손을 쓸 수 없는 폭력환자의 치료에 이용되었다.

전두엽은 지성이나 이성, 감정 등을 담당하는 인간다운 활동의 중심이다. 로보토미는 이 전두엽의 섬유 연결을 끊음으로써 흥분을 진정시키려고 한 것이다. 이 수술을 받으면 환자는 거짓말처럼 얌전해지고, 날뛰던 사람도 온순해졌다. 이 공적으로 모니스는 1949년 노벨 생리의학상을 수상했다.

그러나 그것은 커다란 대가를 치른 결과였다.

2) 로보토미로 인간성이 붕괴

얌전해진 것과 맞바꾸어, 환자들은 인간성을 완전히 상실했다. 감정이나 의욕, 자발성이 사라지고, 아무것도 생각하지 않고 그저 멍하니 있는 '식물인간' 같은 상태가 되어 버린 것이다. 생명은 건졌지만, 한 사람의 인격은 영원히 파괴되었다.

게다가 이 수술은 난폭한 환자를 손쉽게 관리하기 위한 수단으로 악용되기도 했다. 이에 대한 비판과 반성이 고조되었고, 1950년대 이후 우수한 정신약물이 잇달아 개발되면서 로보토미는 급속히 자취를 감추었다. 현재는 비인도적인 수술로서 완전히 금지되었다.

로보토미의 비극은, 뇌의 복잡성을 무시하고 안이하게 물리적 메스를 들이대는 것이 얼마나 위험한가를 인류에게 가르쳐 준 뼈아픈 교훈이었다.

📜 로보토미의 역사 연표