[와우! 과학] 자기장으로 행복감 느끼게 만들어

자기장으로 뇌의 특정 회로를 제어해 ‘행복한 마음’을 끌어내는 데 성공했다고 미국 버지니아대 연구진이 7일(현지시간) 발표했다.

연구진은 이번 연구에서 “너무 작아 감지할 수 없는 힘으로 뇌의 보상 회로를 자극해 쥐의 행동을 제어하는 데 성공했다”면서 “예를 들어 맛있는 먹이를 먹었던 경험 등을 불러일으키는 것”이라고 설명했다.

여기서 말하는 감지할 수 없는 힘은 바로 ‘자기장’인데, 연구진은 이 특정 자기장을 만들어내 그 속에 있는 쥐가 과거의 행복한 경험을 불러일으키고 이를 통해 외부에서 쥐의 행동을 제어했다는 것이다.

이번 연구에 교신저자로 참여한 알리 귈레르 버지니아대 생물학과 박사과정 연구원은 “이번 결과는 자기장을 사용해 신경계를 제어한 최초의 실증 실험”이라고 말했다.

지난 수년간 많은 과학자가 뇌의 특정 회로를 제어하려고 노력해왔다. 그중에는 광신호를 사용하는 것이나 약물을 사용하는 것까지 여러 가지가 있었다.

하지만 지금까지 연구돼온 방법에는 몇 가지 단점이 있었다. 예를 들어 광신호의 경우 뇌의 깊숙한 곳까지 광신호를 비추는 것이 매우 어려워 유용성이 낮다. 또 약물을 사용하는 방법의 경우, 뇌 깊숙이 도달할 수는 있지만 시간이 지나면서 특정 회로 바깥으로까지 효과가 퍼져나가는 단점이 있다.



이처럼 뇌를 제어하는 방법은 생물학적으로 매우 어려운 것으로 여겨진다. 하지만 귈레르 연구원은 논문에서 “자기장을 이용한 방법이라면 순식간에 목표로 한 특정 회로만 자극할 수 있다”고 말했다.

이번 연구에서는 신경 회로를 통해 몸에 신호를 보내기 위한 전하를 구축하는 열쇠가 되는 ‘이온 통로’(세포막에 존재하면서 세포의 안과 밖으로 이온을 통과시키는 막 단백질)를 이용한 실험이 진행됐다.
　
또한 연구진은 물리적 압력에 반응을 나타내는 이온 통로 단백질인 ‘TRPV4’의 유전자와 철을 저장하는 단백질인 페리틴의 유전자를 융합시키는 유전자 수술을 통해 융합 단백질 ‘마그네토’(Magneto)를 만들어냈다.

이 마그네토 단백질은 자기장과 세포가 반응하고 있는지 확인할 때 사용하는 것인데 실제로 자기장을 가까이하면 이 단백질이 흔들리듯 움직이는 것이다. 이는 이온 통로를 열고 이를 통해 세포 안으로 이온이 유입된 뒤 전기적 변화가 일어나서 뇌 신호를 전달할 수 있게 되는 것이다.

또 연구진은 뇌 발달 연구에 주로 쓰이는 모델 생물인 제브라피시에도 마그네토를 주입하는 실험을 시행했다. 그 결과, 자기장에 의한 것으로 보이는 행동 변화가 관찰됐다.

이어 연구진은 마그네토를 몸에 지닌 쥐를 사용한 실험에서 자기장으로 활성화된 마그네토가 동물의 보상과 동기부여에 중요한 역할을 하는 신경전달물질인 ‘도파민’의 반응 세포가 활성화한 것에서 쥐를 행복한 기분으로 변화시킬 수 있다는 것을 발견했다.

연구진은 이번 발견으로 뇌의 기능이나 기능 이상 등의 연구에 관한 새로운 길을 열 수 있으며, 뇌 손상 등에 관한 새로운 치료 법을 만들어낼 가능성도 있는 것으로 기대하고 있다.

이번 연구결과는 뇌과학 분야 권위지인 ‘네이처 뉴로사이언스’(Nature Neuroscience) 최신호(3월7일자)에 실렸다.

사진=ⓒ포토리아(위), 버지니아대

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr