2009년 10월 29일자 Newscientist.com 에 브레인 스캐너와 관련한 글이 실렸습니다.  언제나 어떻게 하면 뇌를 스캔할 수 있을까?하는 주제는 과학자들과 SF를 좋아하는 사람들에게는 단골 주제이지요?  내용이 꽤 깁니다만, 내용을 요약해서 간단히 소개하고자 합니다.

원문:


사람이 생각하는 것을 읽어낸다는 브레인 스캐너라는 것이 실제 가능한 걸까요?  온전하게 기능을 구현할 수는 없겠지만, 뇌활동의 패턴을 분석해서 사람들이 어떤 그림을 보고 있는지, 가상환경에서 어떤 위치에 있는지, 또는 주어진 선택지 중에서 어떤 선택을 할 것인지 등이 가능한 수준의 기술개발이 되었다고 합니다.  

2009년 10월에 시카고에서 있었던 신경과학회(Society of Neuroscience)에서 UC 버클리의 Jack Gallant는 뇌의 활동을 읽는 것만으로 비록 해상도가 낮고 흐릿하기는 해도 동영상 클립을 만들어내는데 성공한 결과를 발표하였습니다.  또다른 세션의 연구자들은 역시 비슷한 형태의 신경해독(neural decoding) 기술을 이용해서 기억을 읽어내는데 성공을 하였고, 이 기술을 섭식장애(eating disorder)를 진단하는데 활용하는 예를 발표하였습니다.

이렇게 발달된 기술들이 등장하면서, 실제로 마음을 읽어내는 브레인 스캐너의 개발이 정말로 현실화되는 것이 아닌가하는 생각을 하게 됩니다.  잘못 활용된다면 엄청난 파장을 일으킬 수 있는 일이 될수도 있겠지요.  그렇지만, 이런 기술이 가져오게 될 좋은 점도 무척 많습니다.  특히 뇌경색 등으로 말을 제대로 할 수 없게 된 사람들이나 퇴행성 신경질환 환자들의 경우 말을 하고, 글을 쓰게 되는 등의 자신의 의사표현을 분명하게 할 수 있게 될 것입니다.  또한, 창의적이고 머릿 속에 많은 것을 그려내는 사람들의 생각을 쉽게 그림이나 동영상으로 표현할 수 있게 된다면 새로운 창조적 발명이 가속화 될지도 모릅니다.  특히 저처럼 머릿 속에 끊임없이 새로운 생각이 떠오르지만, 그림에 소질이 없어서 제대로 그려내지 못하는 사람들에게는 정말 유용한 기술이 아닐 수 없습니다.

UC 버클리의 Gallant 교수팀이 이용한 방법은 뇌의 시각중추의 활동전위를 해석하는 것입니다.  이들은 실험실 멤버들로 하여금 2시간 정도 DVD 트레일러 비디오 클립 영상을 보도록 하면서, 뇌의 활동전위를 스캐닝 했습니다.  그리고, 컴퓨터 프로그램이 동영상에서 나오는 모양이나 컬러, 움직임 등의 변화가 있을 때마다 시각중추에서 나오는 신호의 패턴을 분석해서 데이터베이스에 저장하고 비교하는 과정을 거칩니다.  이런 식으로 분석한 데이터를 유튜브 클립 200일 분 정도가 저장되어 있는 동영상 데이터베이스에서 비슷했던 패턴을 가진 유튜브 클립을 선택하는데 성공했습니다.  그런 다음, 완전히 다른 새로운 영상 클립을 보도록 한 뒤에 기록한 뇌의 활동 데이터를 이용해서 100개의 유튜브 클립을 선정하고 이를 융합하는 형태로 새로운 영상을 만들었는데, 만들어진 최종 영상은 비록 희미하고, 약간의 차이는 있지만 원래의 비디오 클립과 비슷하게 만들어내는데 성공하였습니다.


앞으로 뇌과학이 얼마나 발전을 해서, 기억을 읽거나 감정을 알아내는 등의 기술들이 정교하게 개발이 될지는 아직 잘 모릅니다.  하지만, 최근의 연구결과는 어쩌면 머지 않은 시기에 이런 일들이 실제로 일어날 수 있다는 것을 시사하고 있습니다.  그렇자면, 윤리적인 측면에서의 접근과 사회적인 대처는 어떻게 해야 할까요?  벌써 그런 부분을 고민해야 할 시기로 접어드는 것 같습니다.  관련 영상도 하나 임베딩 합니다.





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미래는 하이컨셉, 하이터치의 세계라고 합니다. 너무 메마르고 딱딱한 이야기보다는 글로벌 시대에 어울리는 세계 각국의 이야기, 그리고 의학과 과학을 포함한 미래에 대한 이야기의 세계로 여러분을 초대합니다.

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최근 뇌과학의 발달로 공포와 괴로운 기억이 어째서 뇌에 오랫동안 남아있는지, 그리고 어떻게 하면 이런 기억들을 없앨 수 있는지에 대해서 과학자들이 점점 이해를 많이하고 있습니다.  

이런 과학적 진전은 전쟁이나 심한 충격 등으로 인한 기억으로 정상적인 사회생활을 소화해내지 못하는 병인 외상후 스트레스질환(post-traumatic stress disorders, PTSD)을 앓고 있는 환자들에게 큰 희망으로 다가오고 있습니다.  

이런 괴로운 기억을 지우는데에, 행동치료(behavioral therapy)가 약간의 효과가 있는 것으로 알려지고 있지만 근본적인 치료가 되지는 못하고 있습니다.


공포의 원천

뇌에서 공포를 감지하는 부위는 깊숙한 곳에 위치한 편도체(amygdala)라는 부위입니다.  편도체는 실제로 어떠한 논리를 가지고 판단하는 것이 아니라, 특수한 자극에 단지 반응하는 형태로 공포라는 감정을 만들어 냅니다.  그러므로, 무엇인가 공포를 일으킬만한 상황을 의식하는 것과 무관하게, 편도체가 공포 시스템을 동작시킬 수가 있는 것입니다.

그렇기 때문에, 논리적으로 설명할 수 없는 공포스러운 기억이 남아있을 수 있고, 이 부위에 어떤 형태로든 문제가 있거나 자극이 주어지는 경우에 공황장애와 같은 심리적 상태를 겪을 수 있습니다.  이를 보다 명확히 이해하기 위해서 스위스의 연구팀(Friedrich Miescher Institute, Basel)들이 쥐(rat)를 대상으로 연구를 수행한 것이 있습니다.  이 팀에서는 쥐로 하여금 전기쇼크를 경험할 때마다 특정한 소리를 들려주었습니다.  그랬더니 더 이상 전기쇼크를 주지 않아도, 특정 소리만 듣는 것으로 쥐가 몇 초간 동작을 멈추고 전기쇼크를 받는 것과 유사한 반응을 보였습니다.

이러한 기전은 사람도 역시 가지고 있는 것으로 봅니다.  편도체에 공포에 관한 강력한 기억이 숨어 있고, 그와 약간의 유사성이 있더라도 이를 활성화하는 것입니다.  그래서, 공포와 두려움에 대한 기억이 무서운 것입니다.


기억 지우기

이러한 공포의 기억은 잘 사라지지 않지만, 아기 쥐의 경우에는 조금 다릅니다.  성체 쥐와는 달리 아기 쥐는 이런 공포의 기억이 결국 사라지고, 해당 기억이 없어집니다.  쥐의 경우 태어나서 약 3주 정도가 지나면, 편도체(amygdala)의 뇌세포들이 보호를 위한 방어막(sheath)이 만들어집니다.  그 다음부터는 이러한 기억이 잘 지워지지 않게 된다고 합니다.

이런 가설을 증명하기 위해, 성체 쥐의 편도체에 이 방어막을 녹이는 약을 주사하고 관찰한 결과 아기 쥐와 마찬가지로 공포의 기억이 없어졌습니다.  이 연구결과는 이번 달 (2009년 9월) 세계적인 저널인 Science에 실렸습니다.  


공포의 기억을 지울 수 있을까?

공포 자체를 느끼는 기전을 감안할 때, 기본적으로 쥐와 사람이 다를 것은 없습니다.  감내하기 어려운 충격적인 장면을 보거나, 강간, 전쟁 등과 같은 과도한 스트레스는 우리 뇌의 편도체에 지우기 어려운 공포의 각인을 만들게 됩니다.  이런 공포의 각인을 지울 수 있다는 것을 처음 시연했다는 것이 스위스 연구팀이 보여준 실험의 결과입니다.  

인간의 뇌세포 역시, 쥐와 마찬가지로 방어막(sheath)이 둘러싸고 있습니다.  그러므로, 이를 부분적으로 제거할 수 있는 약제가 개발되고, 정확히 주사할 수 있다면 치료제가 나올지도 모릅니다.  문제는 공포의 기억을 지우는 것 이외의 우리가 예측하기 어려운 다양한 부작용이 있을지 모른다는 점입니다.  그런 면에서, 인간에게 적용할 수 있기까지에는 갈 길이 아직은 멀다 하겠습니다.  물론 심한 PTSD 환자의 경우, 설사 정상적인 기억의 일부가 사라진다고 하여도, 이런 치료를 원할 정도로 심각한 사람들이 많습니다.  그런 사람들에게는 이 연구결과가 희망이 될 수 있겠지요?


참고자료

Science 4 September 2009: Vol. 325. no. 5945, pp. 1258 - 1261
DOI: 10.1126/science.1174146

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오늘자 뉴욕타임즈를 보니 현대의학의 최대의 신비인 뇌의 기능 중, 기억력(메모리)과 관련한 가장 중요한 발견을 하게 만들어준 장본인인 헨리 구스타프 몰라이슨(Henry Gustav Molaison)씨가 82세를 일기로 영면에 드셨군요 ...

원문은 아래 URL 따라가시길 ...

http://www.nytimes.com/2008/12/05/us/05hm.html?_r=1&partner=rss&emc=rss&pagewanted=all


몰라이슨씨는 아버지가 태어난 곳, 그리고 1929년의 주식시장의 붕괴나 2차 세계대전, 그리고 1940년대의 살았던 이야기와 같은 과거의 기억은 하지만, 새로운 기억을 전혀 하지 못하는 증상을 가졌습니다.

그는 1953년에 자신이 가지고 있는 간질을 고치기 위해, 당시로서는 실험적인 수술을 시행하였는데, 그 이후 갑자기 이런 증상을 가지게 되었습니다.  그 이후, 그의 일상은 언제나 똑 같았습니다.  과거 친구들도 기억하기 때문에, 친구를 만나고 밥을 먹고 숲을 돌아다니고 ... 하지만 어떠한 새로운 일도 할 수가 없었습니다.

그 이후, 그를 통해 뇌과학의 가장 중요한 숙제라고 할 수 있는 기억과 관련한 연구에 그는 일생을 바쳤습니다. 50년간 수 백번의 연구에 참여했으며, 자신의 판단으로 과학자들이 학습과 기억에 대한 진리를 밝혀내도록 열성적으로 도왔습니다. 

아마도 그가 없었다면, 현대의 뇌과학 이론 중 기억에 관한 부분은 여전히 베일에 가려져 있었을 것 입니다.  몰라이슨씨는 프라이버시를 위해서 이름의 이니셜만 따서 H. M. 이라는 이름으로 전세계에 알려져 있었습니다.  그의 임종은 수십년간 그와 함께 뇌과학을 연구한 MIT의 수잔 코르킨 박사에 의해 최종적으로 진단되었습니다.

몰라이슨씨가 간질 발작이 시작된 것은 그가 아홉살 때 자전거를 탄 이웃소년에게 머리를 얻어맞으면서부터였다고 합니다.  당시만 해도 뇌를 볼 수 있는 영상의료기기가 없었기에 그의 증상이 어떤 이유로 나타나게 되었는지 정확히 알 수가 없었습니다.  그로부터 18년 뒤, 당시 Hartford 병원의 신경외과 의사였던 Dr. William Beecher Scoville에게 진료를 받은 몰라이슨씨는 자꾸 기억을 잊고, 엄청나게 심한 간질 발작을 일으켜 제대로 움직이지 못할 지경에 이르렀습니다.  결국 다각도의 치료를 시도하던 Dr. Scoville은 몰라이슨씨의 머릿 속에 있는 2개의 손가락 모양의 조각을 수술적으로 제거하기로 결정을 합니다.  수술 후 간질발작은 더이상 나타나지 않게 되었습니다.  그렇지만, 이 조각을 제거하기 위해 뇌의 깊숙한 부위에 있는 해마(hippocampus)라는 부위를 절제하면서 접근을 했는데, 그 이후 몰라이슨씨는 새로운 기억을 전혀할 수 없게 됩니다.

당시만해도 많은 과학자들은 기억(메모리)라는 것이 뇌 전체에 분산되어 저장된다는 가설을 대부분 믿고 있었습니다.  몰라이슨씨와 여러 실험을 한 캐나다 맥길(McGill) 대학Dr. Milner가 논문을 발표했음에도, 많은 과학자들은 그의 기억력 장애가 해마의 손상에 의한 것이라는 가설을 믿지 않았습니다.

이러한 믿음은 1962년에 Dr. Milner가 몰라이슨씨와 함께, 몰라이슨씨의 대부분의 기억 및 여러 종류의 작업을 하는 초단기 기억이 약간의 시간이 지난 후에 기억하는 단기기억을 제외하고는 완벽하다는 것을 증명한 여러 가지 실험결과를 발표하면서 바뀌게 됩니다.  다소 복잡한 작업이지만 몰라이슨씨는 주어진 숙제를 완벽하게 해냈습니다.  그렇지만, 언제나 처음하는 사람과 같은 것이었습니다.  과거의 학습효과가 만들어지지 않았기 때문에 ...

이 실험 이후에 비로소 메모리라는 것이 초단기, 단기, 장기 메모리로 나누어질 수 있고, 이들 각각의 동작기전이 모두 다르다는 것이 처음으로 정설로 굳어지게 되었습니다.  뇌과학과 기억에 대한 주제는 그 자체로 무척 재미있는 주제이기 때문에 기회가 된다면 다시 한 번 다루어 보겠습니다.

그는 혼자 살 수가 없어서 부모님과 함께 살다가, 부모님이 돌아가신 뒤에는 한 친척의 집에서 살았습니다.  언제나 쇼핑을 돕고, 잔디를 깎으면서 친척의 집안 일을 도왔고, 산책과 텔레비전을 보면서 소일했다고 합니다.  자신이 과거에 익혔던 일들을 언제나 할 수 있어서 간단한 점심을 만들거나, 침대도 만들고, 그의 처음 27년간의 삶을 기억해서 그림을 그리고 ... 그렇게 살아갔습니다.

1980년 54세가 되어서는 간호요양소로 가서 그의 여생을 보냈습니다.  그 때부터 MIT의 Dr. Corkin과 다시 많은 연구를 수행하였습니다.  그는 하이킹이나 산책, 그리고 과녁에 사격을 했던 것과 같은 과거 어렸을 때의 기억을 말로 표현해내지 못했지만 행동으로 보여주면서 살았습니다.  말년까지 그는 자신의 일생을 최신의 영상장비를 이용한 연구에 바쳤고, 정확히 어떤 위치에 문제가 있었고, 어떤 부위의 영향에 의해 자신의 증상 및 기억과 연관이 되는지를 과학자들에게 알게 해 주었습니다.

이제 그는 죽었습니다.  그렇지만, 위대한 천재인 알버트 아인슈타인과 마찬가지로, 그의 뇌는 그의 육신과 함께 묻히지 않고 전세계의 과학의 역사를 위해 영원히 보존된다고 합니다.

아마도 H. M은 인류를 위해 공헌한 어느 위대한 과학자보다도 커다란 업적을 남기고 세상을 떠난 것이 아닐런지요? 
삼가 고인의 명복을 빕니다.

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