실험쥐와 레이저빔, 그리고 기억의 조작

우리가 가진 기억의 내용을 조작할 수 있을까? MIT에서 연구 중인 스티브 라미레즈와 쉬 리우가 가진 의문이었습니다. 그들의 연구는 근본적으로 살아있는 쥐의 뇌에 레이저 빔을 쏘아 기억을 되살리고 편집하는 것입니다. 이 강연을 통해 그들의 연구 방법과 그보다 더 중요한 연구의 이유를 설명하며 뜻밖의 재미를 선사합니다. (TEDx 보스턴 촬영)

스티브 라미레즈: 대학원 1학년 때였습니다.

그 당시의 저는 방에 틀어박혀

벤앤 제리 아이스크림을 퍼먹으며

시덥잖은 TV 프로그램이나 보고 있었죠.

그리고 만에 하나, 어쩌면
테일러 스위프트의 노래를 듣고 있었을 지도 몰라요.

여자 친구와 막 헤어졌을 때였거든요.

(관객 웃음 소리)

그래서 정말 오랫동안 제가 한 일은

그 사람에 대한 기억을
계속해서 떠올리는 것이었죠.

속이 뒤집어질 것 같은 느낌을
없앨 수 있기를 바라면서요.

내장이 "욱" 하는 그 느낌이요.

이제 제가 신경과학자가 되고 나니

그 사람에 대한 기억과

그 기억을 덧칠하는 감정적인 무의식은

대부분 뇌의 독립된 여러 기관에서
관장한다는 것을 알게 되었습니다.

그래서 생각했죠.
만약 우리가 뇌 속으로 들어갈 수 있다면,

그래서 그 불쾌한 감정을 지울 수 있다면,

그리고 동시에 그 사람에 대한 기억은
온전히 지킬 수 있다면 어떨까 하고요.

하지만 현재로선 건방진 생각일 뿐이었습니다.

그렇다면 일단 뇌 속으로 들어가서

하나의 기억을 찾는 것으로
시작해보면 어떨까요?

그 기억을 다시 되살려서

그 안의 내용들을 조작해볼 수도 있을까요?

말하고 나니 이 세상에서 딱 한 사람
그 사람만큼은

제발 이 강연을 보지 말았으면 하는 바람입니다.

(관객 웃음)

네, 물론 공짜는 아닙니다.
조건이 있죠.

지금 제가 하는 이야기가
영화 "토탈 리콜"이나

"이터널 선샤인"

"인셉션"의 내용처럼 들릴 수도 있을 겁니다.

하지만 중요한 점은
우리가 한께 일한 영화 배우는

실험실의 스타라는 것이죠.

쉬 리우: 실험용 쥐를 소개합니다.

(관객 웃음)

신경과학자로서 저희가 하는 일은
쥐 실험을 통해

기억이라는 것이 어떻게 작동하는지
이해하기 위한 연구입니다.

오늘 저희가 여러분께 설명드리고자 하는 것은

뇌 속의 기억을 되살리는 것이 가능하다는 사실입니다.

그것도 빛의 속도로요.

이를 위해서 거쳐야 할
두가지의 간단한 단계가 있습니다.

우선 뇌 속의 해당 기억을 찾아
이름을 붙입니다.

그리고 스위치를 켜서 작동시키면 됩니다.

그게 끝이에요.

(관객 웃음)

다들 이해하셨죠?

하지만 뇌 속의 기억을 찾는 일은
그리 간단하지 않더라고요.

사실입니다, 이건 말하자면
짚더미 속에서

바늘을 찾는 것보다 어려운 일이죠.

왜냐하면 여러분들도 아시다피시

바늘은 우리가 실제로
만질 수 있으니까요.

하지만 기억은 그렇지 않죠.

그리고 뇌가 갖고 있는 세포의 수는

보통 짚더미의 지푸라기보다
훨씬 많기도 하고요.

네, 저희 연구가
그렇게 만만한 일은 아니더라고요.

하지만 다행히도
뇌가 우리를 도와주었습니다.

알고보니 우리가 할 일은 간단했습니다.

우선 뇌가 먼저 기억을 형성하도록 하고

그 후 뇌가 우리에게
어떤 세포를 사용했는지 알려주는 것이죠.

해당 기억에 사용된 특정 세포를요.

그럼 제 뇌 속에선 무슨 일이 일어났을까요?

제가 전 여자 친구를 생각하는 동안에요.

인간의 윤리를 잠시 잊고

뇌를 한번 잘라봅시다.

앞으로 보시겠지만
뇌 내부에서는

그 기억을 되살리는 동안
수많은 부분이 일을 해야합니다.

그리고 그 중 특히 활발히 움직이는 것은

해마라고 하는 부분입니다.

지난 수십 년간의 연구를 통해
우리가 소중히 아끼는 기억은

이 부분에서 담당한다는 것을 알게 되었습니다.

그렇기 때문에 기억을 찾아 되살리려면

이 부분을 공략하는 것이 가장 좋은 방법일 수 있죠.

해마 부위를 확대해서 보게 되면

엄청난 양의 세포를 볼 수 있습니다.

하지만 저희는 어떤 세포가

어떤 기억을 담당하는지 알 수 있죠.

세포가 활성화 상태라면,

예를 들자면 기억을 만들고 있는 상태처럼요,

항상 흔적을 남기기 때문에
우리가 나중에 알 수 있게 됩니다.

최근에 활동한 세포가 어떤 것인지를요.

밤에 건물에 불이 켜져 있다면

누군가 거기서 일을 한다는걸
알 수 있는 것과 같이

실제로 이 생물학적 센서들도

세포 안에 자리잡고 있다가

해당 세포가 활동을 시작하는 순간
켜지게 되는거죠.

그들이 현재 일하는 상태라는 것을
우리에게 알려주는

일종의 생물학적 창문이라고 할 수 있겠습니다.

그래서 이 센서의 일부를 잘라내어

세포 작동을 조절하는 스위치에 붙여보았습니다.

그리고 이 스위치를
특수 처리된 바이러스 안에 삽입하여

이를 실험용 쥐의 뇌에 주입하였습니다.

그래서 쥐가 기억을 형성하는 동안

그 기억에 관련된 활성 세포가

이 스위치를 갖게 되는 거죠.

예를 들면 이 사진은
무서운 기억을 형성한 직후의

해마 부위를 보여주고 있습니다

여기 보이는 파란 배경은

뇌세포가 가득찬 상태입니다.

그런데 이 초록색 세포가

바로 특정한 공포에 대한 기억과 연관이 있는

뇌세포들입니다.

그러므로 여러분께서는 지금
떠다니는 형태의

공포의 진수를 보고 계신 겁니다.

기억의 한 단면도를 보고 계신 것이죠.

그리고 말씀드렸던 그 스위치는

굉장히 빠른 속도로 작동해야 합니다.

몇 분 혹은 몇 시간이 걸리면 곤란하죠.

뇌의 속도와 같아야 하니
천 분의 몇 초가 되어야 합니다.

쉬, 그렇다면 우리가

약물을 사용할 수도 있겠네요.

뇌세포 작동을 조절하기 위해서요?

에이, 안되죠.
약은 여기저기 번져서 지저분해요.

그리고 시간도 아주 오래 걸리고요 .

그래서 실시간으로 기억을 조절하기가 불가능합니다.

스티브, 그렇다면
뇌에 전기 충격을 가하는건 어떨까요?

전기가 빠르기는 하지만

우리가 필요로 하는 특정 기억에 관련된 세포를

정확하게 겨냥하기는 어려울 거에요.

그리고 뇌도 다 타버릴거고요.

아, 그러네요.
그렇다면

빛의 속도로 뇌를 자극하기 위한

더 좋은 방법을 꼭 찾아야겠어요.

그러고 보니 빛의 속도로 움직이는건
바로 빛이군요.

그렇다면 기억의 활성화를 조절하는 일에

빛을 사용한다면?

그거 괜찮겠는데요.

왜냐하면 뇌세포는 보통

빛의 파동엔 반응하지 않거든요.

그러므로 빛에 반응하는 것은

빛 파동에 민감한 스위치를 가진 세포가 되겠죠.

자, 그렇다면 우선
뇌세포를 조작하여

레이저 빔에 반응하도록 해봅시다.

네, 들으신 그대로에요.

뇌에 레이저를 쏠 거예요.

(관객 웃음)

여기에 필요한 기술을 광유전학이라고 합니다.

광유전학의 도움으로
스위치를 사용하여

우리가 뇌세포를 작동시킬 수 있게 되었죠.

이 스위치를 채널로돕신이라고 합니다.

여기 보시면 초록색 점의 형태로
뇌세포에 부착되어있죠.

이 채널로돕신은 쉽게 말하면
빛에 반응하는 스위치라고 할 수 있습니다.

우리가 인위적으로 이를 뇌세포에 부착하고

이 스위치를 사용해서

뇌세포를 켜고 끌 수 있는 것이죠.

그리고 이 스위치를 작동시키는것은
빛의 파동입니다.

이렇게 빛을 감지하는 스위치인
채널로돕신을

지금까지 말씀드린 이 센서에 부착하여

뇌에 주입하는 것입니다.

그래서 앞으로 뇌에서 기억을 만들 때

해당 기억에 관련된 뇌세포는

우리가 설치한 스위치를 갖게 됩니다.

그래서 우리가 이 세포들에

여기 보시는 것처럼
레이저를 쪼여서 세포 기능을 조절하게 되죠.

그럼 이제 실험을 해봅시다.

실험용 쥐를 준비해서

이렇게 생긴 상자 안에 넣고

발에 아주 약한 충격을 가합니다.

그럼 이 상자에 대한 두려움이 형성되겠죠.

이 안에서서는 안좋은 일이 생긴다는 것을 알게 됩니다 .

이제 저희가 설명드린 시스템을 통해

해마 부위에서 이 기억을 만든
활성 세포들만이

채널로돕신 스위치를 갖게 됩니다

쥐처럼 작은 생명체라면

온 세상이 나만 공격하는 기분이겠죠.

이럴 때 최상의 방어법은

상대의 눈에 띄지 않는 것입니다.

쥐가 공포를 느끼면

상자의 구석으로 도망치는

독특한 습성을 보입니다.

몸의 어느 부분도 움직이지 않고 정지하게 되죠.

이 상태를 공포 반응이라고 합니다.

그래서 이 상자 안에서
안좋은 일이 생겼다는 기억을 갖게 되면,

우리가 똑같은 상자에 쥐를 다시 넣었을 때,

쥐는 공포 반응을 보이게 됩니다.

이 상자 안에서 겪었던

공격을 피하게 위해서죠.

이 공포 반응을 쉽게 설명드리죠.

우리가 주위에 신경쓰지 않고
길을 걸어가는 중에

갑자기 예전 여자 친구나 남자친 구를

마주친다고 생각해 보세요.

짧은 순간이지만 정말 무섭잖아요.

"어떡하지? 인사를 해야 하나?"

"악수를 해야 하나? 뒤돌아서 도망갈까?"

"여기 그냥 주저앉아서 없는 척 할까?"

이런 오만가지 생각들이
우리를 꽁꽁 묶어버리잖아요.

도로 한가운데서 자동차를 마주친 사슴 꼴이죠.

그렇지만 같은 쥐를
완전히 다른 형태의

새 상자에 넣게 되면
여기 이 상자처럼요,

쥐는 이 상자를 두려워하지 않습니다.

이 새로운 환경을 두려워할
이유가 없기 때문이죠.

하지만 쥐를 새 상자에 넣으면서

레이저를 사용하여
이전에 형성된 무서운 기억을 자극해 봅시다.

조금 전에 보여드린 대로요.

과연 이 새로운 환경에서도

과거의 공포를 그대로 느낄 수 있을까요?

자, 이제 백만불 짜리 실험 결과를 알려드리겠습니다.

해당 시점의 기억을 되살려 볼게요.

레드 삭스가 그날 게임에서 이겼어요.

초록빛이 만연한 봄날이었죠.

강가에서 산책하기 좋은 날이었습니다.

노스 엔드(보스턴 지명)에 가서

카놀리(이태리식 디저트)를 사먹어도 되고요.
싫으면 말고요.

하지만 쉬와 저는

창문도 하나 없는 깜깜한 연구실에서

눈 한번 깜빡이지 않은 채로
꼼짝없이 앉아있었습니다.

컴퓨터의 화면에 눈을 고정한 채로요.

실험쥐의 기억을 활성화시키려는 중이었거든요.

우리의 기술을 사용한 첫 실험이었습니다.

이게 바로 저희가 본 것입니다.

상자 안에 쥐를 넣은 직후에는

쥐가 돌아다니면서 냄새도 맡고
상자를 관찰합니다.

자기 할 일을 하는 거죠

쥐는 천성적으로

호기심이 많은 동물입니다.

새 환경에 대해 알고 싶어 합니다.
"이 상자는 뭐지?"

"신기한데?"

하지만 여기 보시는 대로
저희가 레이저를 발사하는 순간,

쥐가 갑자기 공포 반응을 보이기 시작했습니다.

저 부분에 가만히 서서
전혀 움직이지 않더라고요.

공포 반응이 나타난거죠.

실제로 기억을 되살리는 데 성공한 것입니다.

원래 상자에 갖고 있던 공포를

완전히 새로운 환경에서도 느끼게 된거죠.

이 장면을 보면서
스티브와 저는

이 쥐와 마찬가지로 충격에 빠졌습니다.

(관객 웃음)

실험이 끝나고 저희는 연구실에서 나왔습니다.

아무 말도 하지 않았죠.

아주 길고 어색한 침묵이 끝나고

스티브가 말문을 열었습니다.

"우리 정말 성공한거야?"

제가 말했죠.
"응, 정말로 성공한거야!"

정말 짜릿한 순간이었죠.

그리고 저희는 그 연구 결과를

"네이처" 지에 발표했습니다.

그 결과가 발표되고 나서

인터넷을 통해 아주 많은 의견을

듣게 되었습니다.

그 중에서 몇 개를 살펴보도록 하죠.

["으아아악 드디어... 앞으로 또 어떤 일이 일어날지,
가상 현실, 신경 조작, 꿈의 비주얼 에뮬레이션, 신경 부호화, '기억 형성과 조작 ', 정신 질환... 와, 미래가 기대되네요"]

여기서 가장 먼저 눈에 띄는 것은

사람들이 이러한 실험에
폭발적인 반응을 보인다는 것입니다.

저도 이 분의 낙관적인 의견에

전적으로 동의합니다.

0부터 신의 영역까지
그 정도를 측정한다면

이 분의 의견은 우리의 의지를 불태우는
가장 애정어린 격려 중 하나였거든요.

지금까지 저희가 받은 것 중에서는요.

(관객 웃음)

여러분들도 곧 보시겠지만
이 분 외에도 많은 분들이 의견을 보내주셨어요.

["정말 무서운 소식이네요... 만약 이 기술이 1~2년 내에
인간에게도 적용 가능해지면 어쩌죠? 완전 망했다 "]

맞는 말이네요,
이 두 번째 의견은.

아까처럼 긍정적이지만은 않다는걸

우리 모두 알 수 있습니다.

하지만 여기서 중요한 것은

비록 지금은 실험쥐로 연구 중이지만

인간의 기억 조작에 대한 윤리와
그 파급 효과를

진지하게 고민해 보는 것도

좋은 생각이라는 거죠.

그리고 세 번째 의견과 관련하여

저희가 최근에 진행하고 있는
실험에 대해 말씀드리겠습니다.

인셉션 프로젝트라는 것인데요.

["이런 건 영화로 만들어야 해요 .
사람의 이성에 생각을 주입해서 이를 통해 개선될 수 있게요.
이를 "인셉션"이라고 부르죠."]

이제 기억을 되살릴 수 있다는 것이
논리적으로 증명되었으니

이제 되살린 기억을
조금 손보는 것은 어떨까요?

가짜 기억을 만들 수도 있을까요?

모든 기억은 몹시 정교하고 동적이지만

간단하게 설명하기 위해

기억을 한 편의 영화라고 해보죠.

지금까지 저희가 말씀드린 내용은
영화의 "재생" 버튼을

조작하는 방법이었습니다.

이를 통해 언제 어디서든
영화를 볼 수 있죠.

그렇지만 우리가 실제로 뇌 안으로 들어가서

이 영화를 편집하는 것도 가능할까요?

원본과는 다른 영화를 만드는 것도?

네, 가능합니다.

알고 보니 우리가 할 일은 간단하더군요.

전에 하던 대로 레이저를 이용해
기억을 되살리면서

동시에 새로운 정보를 주입하여

이를 원래의 기억에 결합시킨다면

기억이 변화되겠죠.

나만의 리믹스로 노래 테이프를 만들듯이요.

그럼 어떻게 시작해야 할까요?

이젠 뇌 속에서 공포의 기억을 찾지 않고

우선 실험용 동물을 데려다가

여기 보이는 파란 상자와 같은
상자에 넣어봅시다.

그리고 이 파란 상자에 대한 기억을 담당하는
뇌세포를 찾아서

이들이 빛의 파동에 반응하도록 조작하는 거죠.

조금 전에 말씀드린
바로 그 방법 그대로입니다.

그리고 그 다음 날
실험쥐를 데려다

이들이 한번도 본 적 없는
빨간 상자에 넣어보는 겁니다.

그리고 기억을 되살리기 위해
뇌에 레이저를 쏘는거죠.

이전의 그 파란 상자에 대한 기억을
불러오기 위해서요.

그렇다면 실험쥐가

파란 상자에 대한 기억을 되살리는 동안

발에 약한 충격을 몇 번 가한다면
어떻게 될까요?

여기서 저희가 얻고자 하는 것은

파란 상자에 대한 기억과
발에 가해진 충격을

인위적으로 연관짓는 것입니다.

단순히 둘을 연결시키는 것이죠.

그리고 그 실험이 성공했는지 확인하기 위해

실험쥐를 데려다가

다시 그 파란 상자에 넣는 겁니다.

저희가 파란 상자에 대한
기억을 되살리는 동안

쥐의 발에 약한 충격을 가했었죠.

쥐가 이제 공포 반응을 보이기 시작합니다.

마치 발에 가해진 충격이
이 곳에서 일어난 것처럼요.

실제로 일어나지 않은 일인데도 말이죠.

가짜 기억이 형성된 것입니다.

왜냐하면 이 쥐가 두려워하는 그 환경에선

정확하게 말하자면

아무런 나쁜 일도 일어나지 않았으니까요.

지금까지 말씀드린 내용은

스위치의 "켜는" 기능이었습니다.

하지만 저희는 "끄는" 기능의 스위치도
설치할 수 있습니다.

그리고 이 "끄는" 스위치를 설치하여

언제 어디서든 기억을 끌 수 있다는 것도

쉽게 상상하실 수 있겠죠.

즉 저희가 오늘 말씀드린 내용은

철학적인 논쟁이 주를 이루었던
신경과학의 원리에 바탕을 두고 있습니다.

즉 이성은 겉으로는 신비롭게 보이지만
실제로는 우리가 조작 가능한

물리적인 실체라는 것입니다.

저는 개인적으로

우리가 원하는 어떤 기억이든

다시 불러올 수 있는 세상이
가능하다고 생각합니다.

원치 않는 기억은
지워버리는 것도요.

심지어 기억의 조작이

현실의 일부가 된 세상도
가능하다고 봅니다.

현재 우리가 살고 있는 세상에서는

공상 과학 소설에서 유래된 질문을

실제 실험을 통해 정당화할 수 있으니까요.

오늘날.

전세계의 많은 실험실과 연구 단체가

기억을 활성화, 재편집하기 위해
비슷한 방법을 이용하고 있습니다.

오랜 기억, 새 기억
좋은 기억, 나쁜 기억

모든 종류의 기억을 대상으로
우리가 기억의 원리를

이해할수 있도록 돕는 것이죠.

예를 들면 저희 실험실의 한 팀에서는

무서운 기억을 만드는 뇌세포를 찾아

이를 즐거운 기억으로 바꾸는데 성공했습니다.

제가 말씀드린 것이 바로
이러한 편집의 과정입니다

그리고 또다른 연구원은
암컷 쥐의 기억을

수컷 쥐의 뇌에 불러오기도 했어요.

무척 흥미로운 기억이었다고들 하더군요.

그러므로 우리가 사는 이 세상은

더이상 과학의 속도가
무제한이 아니라

우리 상상력으로 제어할 수 있는
신기한 곳이 되었습니다.

이 모든 것을 통해 알 수 있는 것은 무엇일까요?

이 기술을 더 발전시키려면
어떡해야 할까요?

이러한 질문은 실험실에서만 머물러서는

안 될 것입니다.

오늘 저희 이야기의 궁극적인 목표는

현대 신경과학 영역에서 가능해진
이러한 최신 정보들을

여러분께 전달하는 것입니다.

하지만 이와 마찬가지로 중요한 것은

여러분도 저희와 함께해 주셨으면 좋겠습니다.

우리 모두가 하나의 큰 팀을 구성하여
이 연구가 가지는 의미와

앞으로 나아갈 길을 같이 의논하는거죠.

쉬와 제가 생각하기로는
앞으로도 많은 의문이

우리를 기다리고 있을 것 같거든요.

고맙습니다.
쉬: 고맙습니다.

(박수)