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뇌 구조, 전기회로도로 푼다.. 파킨슨병 조기 진단 길 열어

뇌 구조, 전기회로도로 푼다.. 파킨슨병 조기 진단 길 열어

■ 이진형 / 美 스탠퍼드대 교수

[앵커]
기계가 고장 났을 때 회로도를 보고 어느 부분의 문제인지 파악한 후 고치게 되죠. 이처럼 사람의 뇌도 회로도를 보듯 훤히 볼 수 있다면 치료에 큰 도움이 될 텐데요.

최근 미국 스탠퍼드대 연구진이 파킨슨병 환자의 뇌 구조를 전기 회로도처럼 만드는 연구에 성공했습니다. 이로써 난치성 뇌 질환의 조기 진단 및 치료의 길을 열었다고 하는데요.

스탠퍼드대학교에서 연구를 진행한 한국인 이진형 교수 연결해 자세히 짚어보겠습니다. 안녕하세요.

멀리 미국 현지에서 연결하고 있는데 먼 곳에서 연결에 응해주셔서 감사합니다. 어떤 연구인지 먼저 소개 부탁드리겠습니다.

[이진형 / 美 스탠퍼드대 교수]
모든 뇌 질환의 증상은 뇌 회로에 이상이 생겨서 오는 것입니다.

여러 가지 이유로 인해 뇌 질환이 애초에 생길 수는 있지만, 그것이 몸을 움직이는데 문제를 일으키거나, 기억을 상실하게 하는 증상 등으로 이어지는 것은 뇌 회로의 기능이 손상되었기 때문입니다.

예를 들어서 전화기를 물에 빠뜨려 동작을 안 할 경우, 애초에 전화기가 고장 난 이유는 물에 빠뜨린 것이지만, 동작을 안 하는 이유는 회로가 고장이 났기 때문인 것과 같습니다.

따라서 마찬가지로 뇌 질환을 정확하게 진단하려면 뇌 회로의 어디가 어떻게 잘못되었는지를 알아야 합니다. 그래서 이번 연구를 통해 뇌의 구조를 회로도로 만든 것입니다.

[앵커]
뇌 구조를 어떻게 회로도로 만드신 건가요?

[이진형 / 美 스탠퍼드대 교수]
뇌가 회로라는 것은 이미 널리 알려진 사실입니다. 뇌는 뉴런이라는 특별한 신경 세포들이 복잡하게 연결되어서 신경 회로망을 이루고 그 동작으로 우리의 모든 행동을 관장합니다.

하지만 그 회로가 워낙 복잡하기 때문에 어떻게 그 회로를 이해해야 하는지 접근하기가 쉽지 않았는데요.

저희 연구팀은 유전자 공학과 광학, 의료 영상 방법을 총동원 한 새로운 기술을 통해서 회로의 각 세포 종류별로 그 세포들이 뇌 전체의 다른 세포들과 어떻게 더불어서 동작을 하는지 측정을 하는 기술을 만들고, 또 그 데이터를 모델링 할 수 있는 기술의 개발을 통해 회로도를 만들 수 있었습니다.

[앵커]
정상인의 뇌 구조와 파킨슨병 환자의 뇌 구조는 어떻게 다른가요?

[이진형 / 美 스탠퍼드대 교수]
똑같은 파킨슨병으로 진단을 받은 환자라고 해도 각각 다 조금씩 다른 증상과 질병의 추이를 볼 수 있습니다. 이것들은 다 각자 다른 회로가 손상되어서 생기는 것으로 생각할 수 있는데요.

이것은 환자별로 측정할 수 있는 기술이 없었기 때문에 정확하게 환자들의 뇌 회로가 각각 어떻게 다른지 현재까지 알 수 없었습니다.

그것을 가능하게 하는 첫 단계가 파킨슨병에 중요한 역할을 하는 것으로 생각하는 회로의 회로도를 만드는 겁니다. 도파민이라는 신경 전달 물질인 스트라이에텀이라는 부위에 두 개의 다른 종류의 세포가 뇌의 동작을 반대로 컨트롤 하는데요.

예를 들어서 한 가지 종류의 세포는 동작을 증가시키는 역할을 하고, 다른 종류의 세포는 동작을 감소시키는 역할을 합니다. 일반인과는 달리 파킨슨병 환자의 경우 이 두 개의 세포가 관련된 회로의 균형이 깨져 있다고 보시면 됩니다.

[앵커]
이 뇌 회로도 연구를 활용하면 진단뿐 아니라 치료에도 큰 도움이 된다고 들었습니다. 어떤 식으로 치료에 활용이 되는 건가요?

[이진형 / 美 스탠퍼드대 교수]
아까 말한 전화기의 예로 돌아가서 설명을 드리자면, 전화기가 물에 빠졌다고 해서 무조건 전화기를 말리면 다 동작을 하지는 않습니다.

운이 좋게 그냥 말려도 동작을 하는 경우도 있지만, 대부분의 경우 물로 인해 손상된 회로를 고쳐야 하는데요, 회로도 없이는 불가능한 일입니다. 정확히 고장 난 회로의 부분을 이해할 수 있으면 그 부분을 고치면 됩니다.

그래서 실제로 뇌에 전극을 꽂아서 회로의 동작을 정상화 하려고 하는 치료 방법들이 있는데, 이런 치료함에 있어서 정확하게 어디다가 어떻게 꽂아서 하는 게 가장 좋은지 알 수 있게 되는 것으로 생각할 수 있습니다.

[앵커]
대표적으로 파킨슨병 진단 및 치료에 도움이 될 것이다고 하셨는데요. 향후 더 많은 질환 진단 및 치료에도 도움이 될 수 있을까요?

[이진형 / 美 스탠퍼드대 교수]
제 연구실에서 개발한 이 방법은 파킨슨에만 활용될 수 있는 방법은 아닙니다. 많은 뇌 질환에 보편적으로 사용 가능한 방법인데요,

파킨슨병, 간질, 뇌졸중, 치매 등에 활용하기 위한 연구를 적극적으로 진행하고 있고, 이 방법이 환자에게 빨리 적용될 수 있도록 박차를 가하고 있습니다.

[앵커]
현재 우리나라 여성 최초로 미국 스탠퍼드 대학에서 공대 및 의대 교수에 재직 중이시잖아요.

공학적 지식과 의학적 지식이 많이 다른 것 같은데 두 분야는 서로 어떤 연관이 있다고 할 수 있나요?

[이진형 / 美 스탠퍼드대 교수]
이번 연구는 다른 연구자들과는 사뭇 다른 접근 방법인데요, 제가 전자 공학자라는 점이 그 기술을 개발할 수 있는 배경 지식과 함께 다른 방법으로 접근할 수 있는 생각을 가능하게 한 것 같습니다.

전기공학자는 전기 회로를 설계하고, 분석하고, 그 회로를 통해 데이터를 처리하는 방법을 배우고 연구합니다. 여기서 중요한 점은 우리의 뇌도 전기 회로입니다.

어떻게 보면 전자 공학자로서는 당연한 연구 방법을 택한 것이 뇌에 새롭게 적용 되어서 좋은 결과를 가져온 것 같습니다.

[앵커]
앞으로도 뇌 과학 연구를 계속하실 것이라는 이야기를 들었는데요. 마지막으로 연구자로서의 목표가 있다면 말씀 부탁 드리겠습니다.

[이진형 / 美 스탠퍼드대 교수]
저의 목표는 간단합니다. 우리가 전기 회로를 고치듯 뇌 회로를 쉽게 고칠 수 있도록 하는 것입니다.

각 환자별로 회로 동작 상태를 직접 측정 할 수 있게 함으로써 정확한 조기 진단을 가능하게 하고, 회로의 어디가 어떻게 잘못되었는지를 진단하는 것을 통해 그에 맞는 치료를 선택도 하고 새로운 치료제도 개발 할 수 있도록 하는 것입니다.

[앵커]
이번 연구가 뇌 질환을 정복하는데 의미 있는 한 걸음이 될 것 같아서 정말 기대가 큽니다. 앞으로도 활발한 연구 활동 기대 하겠습니다.

지금까지 미국 스탠퍼드 대학교 이진형 교수였습니다. 오늘 말씀 감사합니다.
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