신경 경로 연구가 정신 건강에 대해 알아낼 수 있는 것

신경과학자 케이 M. 타이는 당신의 뇌가 어떻게 우울이나 불안, 외로움과 같은 복잡한 감정 상태를 불러일으키는지 연구합니다. 과학의 최첨단으로부터, 그녀가 자신의 최신 연구 결과들을 공유합니다. 그 내용으로는 빛을 이용해 특정한 뉴런들을 활성화하는 도구의 개발 같은 것들을 포함하고 있으며 이를 통해 쥐로 하여금 드라마틱한 행동 변화를 유도할 수 있습니다. 이러한 발견들이 정신에 대한 당신의 견해를 어떻게 바꿔줄 수 있을지 배워보세요. 정신장애를 위한 효과적인 치료법을 찾아낼 수도 있을 것입니다.

여러분이 사실로 알고 있는 것부터
얘기해 볼게요.

우리의 뇌가 우리의 모든
정신적 양상들을 만들어 냅니다.

그런데 왜 우리는 정신 질환과
신체 질환을 왜이리도

다르게 취급할까요?

정신이 뇌로부터 나온다고
정말 알고 있다면요.

신경과학자인 제게 사람들은 종종

불안, 갈망 또는
고독과 같은 내적상태가

어떻게 뇌로 대변되는지를
연구하면 안된다고 하더군요.

그래서 전 정확히
그걸 하기로 마음 먹었죠.

제 연구 프로그램은
뇌의 회로를 조사하여

정신을 이해하기 위해 설계되었습니다.

특히, 우리 뇌가
어떻게 감정을 유발하는지를요.

감정과 기분을 연구하기란 어려워요.

그것들을 측정할 수가 없거든요.

행동만이 여전히
다른 이의 감정적 경험을

들여다 볼 수 있는
유일 최선의 창입니다.

동물과 인간 모두에게

네, 자기 보고는 행동의 결과예요.

동기화된 행동은 일반적으로
두 가지 부류로 나뉩니다.

즐거움의 추구 혹은 고통의 회피.

자신에게 좋은 것들을 가까이 하고

나쁜 것들을 멀리하는 능력은

필수적 생존 능력입니다.

우리 현대 사회에서

그 둘을 구별하지 못하는 것은
정신 질환으로 여겨지기도 합니다.

만약 제 차에 문제가 생겨서

정비공에게 가져간다면

아마 후드를 맨 먼저 열어볼 거예요.

하지만 정신 건강 연구에서는

버튼 하나로 후드를 열어볼 수가 없죠.

그래서 우리는 동물 실험을 해요.

특히, 제 연구실에선 쥐를 씁니다.

뇌를 이해하려면 뇌를 연구해야겠죠.

이제 최초로 그것이
실제로 가능하게 되었답니다.

후드를 열어볼 수 있죠.

그 안을 들여다보고

실험을 통해 그 결과를
지켜볼 수 있어요.

기술이 정신이란 검은 상자 안을 비추는
새로운 창을 열었습니다.

광유전자 도구의 개발을 통해

뇌 안의 특정 뉴런들에 대해
또 그들이 전기 신호를 통해

서로 어떻게 소통할 지에 대해
전례없는 통제가 가능해졌습니다.

유전자 조작을 통해 뉴런들이
빛에 민감하도록 조정하고

빛을 이용해 뉴런들의 신호 활동을
제어할 수 있습니다.

이를 통해 동물의 행동을 바꾸고

그 신경 회로의 역할에 대한
이해할 수 있습니다.

과학자들이 어떻게
이런 것들을 알아냈냐고요?

과학자들은 다른 기초 과학 분야의
지식들을 빌려 광유전자 도구를 개발했습니다.

조류는 빛을 향해 헤엄치도록 진화한
단세포 유기체입니다.

조류 세포의 안점에 파란 빛을 쏘면
작은 편모를 펄럭이게 해

그 조류가 태양빛을 향해 나아가도록

전기 신호를 보내는

채널이 열리게 됩니다.

그 조류의
빛에 민감한 부분을 복제한 후

유전자 변형을 통해 뉴런에 부착하면

뉴런들 또한 빛에 반응하도록
만들 수 있죠.

다만, 뉴런들의 경우

뇌 깊은 곳에 있는 광섬유에
빛을 비추게 되면

뇌의 다른 뉴런들에게
전기 신호를 보내는 방법을 바꿔

결과적으로 동물의 행동까지
바꾸게 됩니다.

동료들의 도움으로 저는

A 지점에 머무르며 B 지점으로

메시지를 내려보내는 뉴런들을
선별적으로 겨냥할 수 있는

광유전자 도구의 사용법을 개척했습니다.

다른 곳으로 가는 주변 뉴런들에
영향을 끼치지 않으면서요.

이러한 접근 덕에 우리는
뇌 속에 어지럽게 얽혀 있는

전선들 각각의 기능을
시험할 수 있게 됐죠.

편도체라 불리는 뇌 부위는

오랫동안 감정의 주요기관으로
여겨져 왔는데

저희가 밝혀낸 바에 따르면

편도체란 감정의 갈림길과도 같아서

긍정적인 감정과 접근으로 이끄는 길을
활성화 시키기도 하고

부정적인 감정과 회피로 이끄는
다른 길을 활성화시키기도 합니다.

예를 몇 가지 보여드리겠습니다.

우리가 광유전학기술을 사용해

어떻게 뇌의 특정한 뉴런들을 겨냥하고

어떻게 특정한 행동 변화를
얻을 수 있을지요.

불안 장애 환자들은
편도체의 두 부분 사이에

비정상적인 의사소통을 보입니다.

하지만 이런 비정상이
질병의 원인인지 결과인지

알아내기가 힘들죠.

우리는 광유전학을 이용해
쥐 머리 안의 똑같은 경로를 겨냥하여

관찰할 수 있습니다.

이건 고가식 십자형 미로라는 건데

쥐가 개방 통로에서와 비교해

안전한 폐쇄 통로에서 얼마나 많은 시간을

보냈는지를 측정함으로써
불안을 검사하는데 널리 쓰이고 있습니다.

쥐는 폐쇄된 공간을
선호하게끔 진화했죠.

그들의 안전한 굴처럼요.

하지만 음식, 물, 짝을 찾기 위해선

개방된 곳으로 나가야합니다.

포식자란 위협이 더 많이
도사리는 곳으로요.

제가 이 뒤에 앉아서

스위치를 켤 참인데

이제 제가 스위치를 올리고 불을 켜면

쥐가 미로의 개방 통로를
더 많이 탐험하는 것이 보일 겁니다.

불안에 대한 약물 치료와는 대조적으로

진정제 투여도 전위 손상도 없습니다.

약간의 조정이 가미된
자연스러운 탐험이죠.

이러한 효과는 즉시적일 뿐만 아니라

부작용도 감지되지 않습니다.

이제 제가 스위치를 끄면

쥐가 다시 평범한
뇌 기능을 보여줍니다.

구석 자리로 돌아가죠.

전 실험실에서
이 자료를 수집하고 있었는데

혼자서 이걸 발견하고
얼마나 흥분했는지 몰라요.

너무 기뻐서
이런 조용한 비명을 질렀죠.

(조용하게) 아!

(웃음)

왜 그랬을까요?

제 말은 이론적으론 저도
뇌가 정신을 조종한다는 건 알았지만

내 손으로 스위치를 껐다 키면서

쥐가 행동 양상이 그렇게 급격하게

바뀌어 버리는 것을 보니

처음으로 그걸 진심으로 믿게 되었죠.

그 첫 돌파구 이후로

다른 수많은 발견들이 있었어요.

특정한 뇌 회로가 동물의 특정한 행동을
이끌어 낼 수 있다는 걸 알게 되었죠.

또 다른 예로는 과식증이 있습니다.

음식을 먹는 덴 두 가지 이유 있는데

맛있는 음식처럼 즐거우려고 먹거나

굶주림같은 고통을 피하려고 먹죠.

어떻게 하면 생존에 필요한
배고픔에 의한 식사를 망치지 않으면서

과식증을 치료할 수 있을까요?

맨 먼저 뇌가 어떻게 먹는 행위를

유발하는지 이해야만 하죠.

이 배부른 생쥐는
음식이 전혀 없는 공간을

그냥 돌아다니고 있습니다.

여기서 우리는 시상하부에 거주하며
중뇌로 메시지를 보내는 뉴런을

겨냥하기 위해 광유전학 기술을
사용합니다.

여기서 제가 불을 켜면

생쥐가 즉시 바닥을
핥기 시작하는 게 보이죠.

(웃음)

정신나간 것처럼 보이는 이 행동은

이제 곧 믿을 수 없는 것으로
확대될 것입니다.

사실 조금 믿기 힘들어요.

준비 됐나요?

바로 여기 있습니다.

쥐가 마치 음식을 먹는 듯
양 손을 들어올립니다.

하지만 손 안에는 아무것도 없죠.

즉, 이 회로는 배가 고프지 않을 때도
충분히 먹는 행동을

이끌어 낼 수 있습니다.

심지어 음식이 없는데도요.

이 생쥐가 무슨 기분일지는
확실하지 않지만

추측건대 이 뉴런들은
그 신경 경로를 겨냥할 때

우리가 촉발시킨 행동에 기반해
갈망을 이끌어 내는 듯합니다.

다시 불을 끄면 정상으로 돌아가죠.

이 경로를 침묵시키면

강박적 과식을 억누르고
감소시킬 수 있습니다.

배고픔에 의한 식사를
대체하지 않고도요.

이 두 영상을 보고

무엇을 알게 되셨나요?

뇌 안의신경 회로에
아주 특정한 변화를 줌으로써

특정한 행동 변화를
만들 수 있다는 것,

우리가 행하는 모든 의식적인 행동들이

우리 뇌의 세포들에 의해
지배된다는 것이죠.

제 부모님은 각각
물리학자와 생물학자세요.

두 분은 말 그대로
공부를 위해 미국으로 오던 중

배 안에서 만나셨죠.

그러니 자연적으로

제가 과학자가 되야한다는
"압박"은 전혀 없었기에...

(웃음)

대학생 때

정신에 대해 연구하는 심리학과
뇌에 대해 연구하는 신경 과학 중

어디에 집중할 것인지
결정해야만 했어요.

전 신경 과학을 골랐습니다.

왜냐하면 저는 어떻게 정신이
생물학적 조직으로부터

태어나는지 이해하고 싶었거든요.

하지만 실제론 양쪽 모두
충분히 연구하게 됐죠.

이제 제 연구 프로그램은

뇌와 정신 사이의 간극을
이어주고 있습니다.

제 연구실에서의 연구가

이제 특정한 뇌 회로들을 감정 상태들과

묶을 수 있다는 걸 알려주죠.

저희는 불안과 관련된 행동이나

강박적 과식, 사회적 상호관계, 회피

그리고 내적 감정상태를

반영하고 있는지 모를

다른 많은 동기화된 행동들을 통제하는

다양한 회로들을 발견했습니다.

우리는 정신적 기능들이
뇌영역에 의해 정의된다고 생각해왔지만

그러나 제 연구는
주어진 뇌 영역 안에서

서로 다른 일을 하는
다양한 뉴런들이 있다 알려주죠.

그리고 이러한 기능들은 부분적으로
그들이 취하는 경로에 의해 정의됩니다.

어떻게 이러한 발견들이 뇌에 대한

우리의 사고방식을 바꿔줄지
설명하기 위해 비유를 하나 들게요.

뇌를 이 세상과 비슷하다고 해봅시다.

사람들은 뉴런이라고 치고요.

그리고 우리는 어떻게 정보가
전세계로 전송되는지 알고 싶습니다.

분명히 어떤 사람이

말하는 것을 기록할 때
어디에 있는 지 안다면 유용하겠죠.

그러나 저는 이 사람이
누구에게 말하고

누가 듣고, 또 그들이

자신이 받은 정보에 대해

어떻게 반응하는지가
똑같이 중요하다고 주장합니다.

정신 건강 치료의 현 상태는

본질적으로 시행착오 전략인데

효과를 보지 못하고 있죠.

정신 질환을 위한
새로운 약물 요법의 개발은

난관에 부딪혔습니다.

1950년대 이래론
실질적인 진전이 없이요.

미래에는 어떻게 될까요?

저는 가까운 미래에

정신 건강 치료법에
혁명이 일어나리라 기대합니다.

뇌의 특정한 신경 회로에
집중하는 식으로요.

진단은 행동적 증상과
측정 가능한 뇌 활동

모두에 근거해 내려질 겁니다.

더 먼 미래에는

뇌에 급격한 변화를 만들어

급격한 행동 변화를 얻는 능력과

보다 영구적인 변화를 만드는
시냅스 가소성에 대한 지식을 합쳐

뇌가 신경 회로를 재프로그래밍해
자가 회복 상태에 들어가게 할 수도 있죠.

회로 차원에서의 노출 치료죠.

일단 우리 뇌를
자가 치료 상태로 전환시키면

아무 부작용 없이도 잠재적으로
오래 지속되는 효과를 낼 수 있어요.

저는 뇌회로의 재편성이
단순한 처치가 아닌

잠재적인 치료법이 될
미래를 그릴 수 있습니다.

좋아요,
그럼 지금 당장은 어떡할까요?

만약 바로 지금 이 순간부터

이 강의가 끝난 이후에 여러분 모두가

여러분의 정신이 전적으로 뇌세포에서
나온다는 것을 진정으로 믿게 된다면

당장이라도 정신 치료에 대한
부정적 인식과 오명을 척결하고

사람들이 꼭 필요한 정신 건강적 지원을
받게끔 할 수 있을 것입니다.

정신 건강 전문가들은

늘 이 다음의 새로운
치료법에 대해 고민합니다.

하지만 우리가 새로운 치료법들을
적용하기 전에

사람들이 그것들을 찾는데
불편해하지 않아야만 해요.

우리가 얼마나 극적으로 자살률과
학교 총기난사 사건들을 줄이게 될지

상상해보세요.

정신건강적 지원이 필요한 모두가
실제로 그것을 받게 된다면요.

우리가 진정으로 정확하게
어떻게 정신이 뇌로부터 오는지 이해할 때

우리 모두의 삶의 질은
향상될 것입니다.

평생 한 번은 정신질활을 앓게 될

인구의 절반에게 있어서요.

그들과 함께 살아갈
나머지 사람들뿐만 아니라요.

감사합니다.

(박수)