세상 모른채 잤다고? 신경망 'OFF' 때문!
한국과학기술연구원 신희섭 박사 대뇌연구…인간 의식작용의 비밀 뭘까
외부감각의 전달 인식여부 뇌의 視床-대뇌피질 잇는신경망 온&오프와 관련 추측
의식작용 메커니즘 연구로 감각·수면·주의력 연관 규명…과잉행동장애 분석 등 새장
“감시카메라는 주변의 빛을 감지해 전기신호로 바꾸어 모니터에 비춘다. 사람이 사물을 볼 때도 물체가 반사하는 빛을 눈으로 감지해 전기신호로 바뀌어 뇌에서 인식한다. 사람은 사물을 ‘본다’고 하지만 카메라는 그렇지 않다. 카메라에는 없으나 인간에는 있는, ‘본다’는 의식작용을 가능케 하는 것은 무엇일까?”
지난해 12월 1호 국가과학자로 선정된 한국과학기술연구원(KIST) 신희섭 박사의 관심사는 이런 것이다. 사람의 의식작용, 그 중에서도 주변환경에 주의를 집중해 인지하고 반응하는 의식의 실체는 무엇인지 유전자 수준에서부터 인간 행동에 이르기까지 총체적으로 밝히려는 것이다.
인간을 특징짓는 지적 의식은 결국 자신의 실체에 대한 호기심으로 뻗어가고 있다. 의식작용의 범위는 방대하지만 감각적 인지작용이 잠자고 있을 때와 깨어있을 때를 비교하면 그 실마리를 찾을 수 있다.
깨어있을 때 눈에 닿은 빛, 고막에 닿은 음파 등이 감각세포에서 전기신호로 바뀌어 뇌 신경세포로 전달된다. 이 전기신호는 뇌의 시상(視床ㆍ Thalamus)을 거쳐 대뇌피질로 전달된다. 대뇌피질에서 시각, 청각, 촉각적 정보들을 전문적으로 판단하는 신경세포들이 치밀하게 협업, 정보를 종합함으로써 사람은 보고 듣고 느끼게 된다.
하지만 잠자는 동안 사람은 외부의 소리나 기척을 잘 알아차리지 못한다. 눈은 감았다 쳐도 귀나 코 등은 닫지 않았는데 왜 그럴까? 바로 ‘뇌에서 감각을 전달하는 스위치가 꺼진 상태’이기 때문이다. 신 박사는 그 스위치에 해당하는 뇌 속 시상에 관심을 집중하고 있다.
그는 “시상과 대뇌피질을 잇는 신경망이 켜져 있으면 외부의 감각이 대뇌로 전달되고 주의를 집중하는 각성상태이며, 신경망이 꺼져 있으면 외부 감각의 전달이 억제되고 의식이 없는 상태가 된다”고 설명한다. 신경망이 켜져 있느냐 꺼져 있느냐 하는 것은 신경세포에 있는 T-타잎 칼슘 채널(통로)이 열려 있느냐 닫혀 있느냐로 조절된다. 신경세포는 칼슘이 유입되면 흥분상태가 되며, 칼슘이 드나드는 통로를 여닫음으로써 이 농도를 조절한다.
잠 잘 때와 깨어있을 때 뇌에서 전기신호의 흐름이 확실히 다르다는 사실은 뇌파를 통해 알 수 있다. 깨어있을 때 나오는 뇌파는 8~13㎐의 알파(α)파와 13㎐ 이상의 베타(β)파이다. 특히 양궁 골프선수들에 대한 연구에서 알파파가 나올 때 고요하게 주의집중이 잘 된다는 것이 확인되곤 했다.
잠자고 있을 때 뇌파는 사뭇 달라 알파파는 없어지고 3,4단계의 깊은 잠에선 2~4㎐의 느린 파가 나온다. 하지만 주로 꿈을 꾸는 렘 수면에서는 마치 각성상태와 비슷하게 베타파가 생기고 눈동자 움직임이 빨라진다. 다만 움직이는 근육은 완전히 풀려 꿈 속에서 보고 느끼더라도 그대로 움직이지는 않는다.
흥미로운 것은 감각, 수면, 주의력 등이 서로 연관돼 있음을 시사하는 연구들이다. 사람에게서 여러 질병들이 수면장애와 관련 있다거나, 쥐에게서 시상의 유전자가 고장난 경우 간질과 같은 질병이 나타난다거나 하는 것이다.
예를 들어 초등학교 저학년 남자 아이들에게 주로 나타나는 주의력 결핍 및 과잉행동장애(ADHD)의 경우 전문의들은 수면과 각성 메커니즘의 이상과 관련있다고 생각한다. ADHD란 잠시도 가만히 앉아 주의를 집중하지 못하고 남의 말이 끝날 때까지 기다리지 못하는, 극도로 산만한 아이들이다. 이 아이들에게 진정제가 아닌 중추신경 흥분제를 처방하면 증상이 완화된다. 쉽게 말해 잠 깨는 스위치를 약으로 켜준 셈이다.
미국 플로리다대 의대 소아신경과의 폴 카니 박사는 지난해 간질 아동 30명에게 수면장애를 치료하자 간질 증상과 ADHD가 완화됐다는 연구결과를 발표했다. 카니 박사에 따르면 이들 중 24명이 깊은 잠을 못 자고 수백번씩 깨는 수면장애를 갖고 있었고 22명이 ADHD증상을 보였다.
신 박사는 정신분열병도 시상의 작동이상과 관련있다는 가정을 한다. 시상 관련 유전자 이상을 유발한 쥐는 사람의 정신분열병과 비슷하게 사회적 상호작용을 전혀 안하고 정신분열병 치료제를 투약하면 증상이 좋아지는 행동을 보인다는 것이다.
신 박사는 다양한 형질전환 쥐를 이용해 이러한 각성-수면의 메커니즘을 유전자 수준부터 완전히 규명하는 것을 목표로 삼고 있다. 시상과 대뇌피질을 잇는 신경망이 어떻게 작동하는지 밝혀내는 것은 곧 의식활동의 중앙처리장치(CPU)가 어떻게 돌아가고 있는지를 파악하는 것과 같은 셈이다.
김희원 기자 hee@hk.co.kr
국무도 호원도장
2007. 1. 3. 12:39
2007. 1. 3. 12:39
''용감한 청년''
김대현군, 선행부문 특례입학 대학생 된다
“큰 일도 아닌데 대학 진학에 도움까지 받아 부끄럽습니다.”
2005년 11월 위험을 감수하고서 지하철 선로에 떨어진 아이를 구한 김대현(19·서울디지텍고 3년·사진)군이 선행부문 특례입학으로 대학생이 된다. 김군은 한국IT전문학교 웹콘텐츠학과 수시 2학기 전형에 지원해 지난달 1일 합격했다.
김군은 2005년 11월 3일 오후 8시쯤 서울지하철 6호선 안암역에서 응암 방면으로 가는 지하철을 기다리다 건너편에서 5살쯤 된 남자 어린이가 선로에 떨어지자 곧바로 뛰어들어 아이를 구하고 자신도 무사히 승강장으로 올라왔다.
이 장면은 지하철에 설치된 CCTV에 촬영됐고, 각종 언론과 광고를 통해 방송되면서 사연이 널리 알려졌다.
그는 “한번은 지하철에서 한 할머니가 나를 알아보고서는 3만원을 주기에 30분간 거절하다가 성의를 무시할 수 없어 받았다”면서 “누구라도 할 수 있는 일인데 오히려 많은 분이 제게 도움을 주셔서 부담스럽다”고 말했다.
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| ◇김대현군이 2005년 11월3일 서울지하철 6호선 안암역에서 아이를 구하기 위해 급히 건너편 선로로 달려가고 있다. |
지난해 김군이 고교 3학년이 되자 많은 대학이 앞다퉈 ‘선행부문’ 전형에 지원할 것을 권유했다. 특히 김군이 IT쪽에 관심이 많다는 사실이 알려지면서 컴퓨터·IT관련 학과 지원을 권유한 곳이 많았다.
김군은 “취업과 대학 진학을 놓고 고민하다 꿈을 이루기 위해선 실력을 더 쌓아야겠다고 생각해 진학을 결심했다”며 “적성과 성적에 가장 맞는 대학을 택했다”고 말했다.
한국IT전문학교 이승현 입학홍보부장은 “봉사정신이 투철한 김군이 디지텍고에 다니고 있어 동일계열인 우리 학교 지원을 권했다”며 “일정 수준의 성적만 유지하면 2년간 장학금도 지급할 계획”이라고 말했다.
오는 3월 대학생활을 시작하는 김군의 포부는 당차다.
우선 전공인 웹콘텐츠학과에서 제대로 공부하려면 영어와 수학실력을 쌓아야 한다고 생각해 영어·수학학원에 다니고 있다. 컴퓨터 프로그래밍 언어를 익히는 노력도 게을리 하지 않고 있다.
김군은 “IT에 관심은 많지만 모르는 부분이 너무 많다”며 “열심히 공부해서 사람들이 ‘선행을 한 고교생’이 아니라 ‘웹전문가 김대현’으로 알아주도록 하는 게 목표”라고 밝혔다.
조풍연 기자
국무도 호원도장
2007. 1. 3. 12:35
2007. 1. 3. 12:35
몸짱되려다 '악'…고장난 내 무릎
28세 Y(여)씨는 올 초 다이어트를 결심하고 달리기와 계단오르기 운동을 시작했다. 특히 회사에서나 집에서 계단 오르내리기 운동에 집중하기를 두달. 언제부터인지 무릎 쪽이 약간씩 아파왔다. 처음엔 안하던 운동을 한 탓이라고만 생각하고 운동에 더 박차를 가했지만 통증은 점점 더 심해졌다. 결국 넉달 후에 병원을 찾은 Y씨는 '연골연화증'이라는 진단을 받았다.
▲20대 여성 무릎이 시리다?
활동적인 젊은 연령층에서도 무릎 앞부분이 아프고 계단을 오르내릴 때 심한 통증을 겪는 경우가 있다.
이런 경우의 환자들에게 가장 흔히 내려지는 진단이 슬개골 연골연화증이다.
슬개골 연골연화증이란 무릎에 갑작스런 스트레스, 과사용 손상(Overuse Injuries)으로 볼 수 있다. 무릎 슬개골 아래쪽에 있는 관절연골이 물렁해지면서 파괴되기 시작하는 상태로 흔히 관절염 초기 단계라고도 말한다.
우리 몸의 무릎 관절 앞쪽에 만져지는 동그란 뼈가 슬개골이고, 이 뼈의 뒷면에는 허벅지뼈(대퇴골)와 맞닿는 곳에 정상적으로 단단하고 백색으로 매끄럽고 반짝이는 표면을 갖는 관절연골이 덮여있다. 이 관절연골은 일반적으로 매끈하고 딱딱한 것이 정상이다. 이것이 연해지면 손톱으로 누르는 정도의 압력으로도 꾹 눌리듯이 들어가게 되는데 정도에 따라서 여러 단계로 나눠지게 된다.
세란병원 정형외과 궁윤배 과장은 "연골연화증은 과체중이나 비효율적인 움직임, 불충분한 준비운동 등으로 무릎연골이 견딜 수 없는 스트레스를 받았을 때 생기기 쉽다. 체중과 체력을 고려하지 않고 너무 급격하게 달리거나 무릎에 반복적인 압력이 가해지고, 갑자기 방향을 바꾸는 동작들이 무릎 관절에 무리를 준 것이다"고 말한다.
특히 환자 중 여성의 비율이 훨씬 많은데(60~80%) 이는 남성에 비해 여성들의 경우 연골부위가 약하고 허벅지 근육이 약해 손상이 쉽게 일어나기 때문이다.
▲운동 계속 해도 될까?
연골연화증의 초기 단계에는 대부분 다리 전체가 아프다거나 시큰거린다는 통증을 호소한다. 증상이 심해지면서 무릎을 굽혔다 펼 때, 앉았다가 일어설 때 통증을 심하게 느끼게 되며 오래 걷기나 계단을 오르내리기 힘들어진다.
궁윤배 과장은 "처음에는 단단했던 무릎연골이 단단함을 잃고 말랑하게 약해지고 흰색이 변색되며, 더 진행되면 연골 표면이 갈라지고 닳아서 너덜 너덜 해지며, 말기에는 연골 부분이 파여서 뼈가 노출되게 되면서 통증은 점점 더 심해진다"고 말한다. 일단 통증이 심해지면 운동은 중단해야 하고 전문의의 정확한 진단과 치료가 필요하다. 급성 통증기에는 얼음 찜질(2일정도)과 약물 치료(2주정도)가 필요하고 연골 손상이 심할 경우 관절경내시경수술이 필요하기도 하다.
가벼운 연골연화증은 2∼3개월 정도 휴식을 취하면 간단하게 치료된다. 상태가 어느 정도 호전되면 허벅지 근육(앞, 뒤쪽 모두) 강화 운동을 해주어야 한다. 운동이 부족하며 관절 주위의 근육이나 뼈가 점점 약해지게 된다.
반면 연골을 감싸고 있는 대퇴사두근(허벅지 근육)이 튼튼해야 무릎연골에 가해지는 손상도 줄일 수 있다. 때문에 꾸준한 운동을 통해 관절 주위의 근육들을 단련시켜 약해진 관절을 더 이상 상하지 않도록 보호해 주고, 관절의 강직이나 변형을 예방해야 한다. 물론 무리한 달리기나 등산, 계단 오르기 등은 피하는 것이 좋다.
무릎부상 예방 '허벅지 근육강화 스트레칭'
1. 의자에 앉아 무릎펴기의자에 앉아 양발목을 몸쪽으로 제치고 무릎을 죽 펴서 넓적다리 근육에 힘이 들어가게 스트레칭 한다.
2. 두 발로 벽면 밀기 바닥에 등을 붙이고 누워서 두 발로 벽을 밀면서 스트레칭 한다. 넓적다리 앞 근육과 뒤 근육이 동시에 강화되므로 무릎관절에 좋다.
3. 넓적다리 근육 늘려주기 왼쪽 손으로는 벽을 잡고, 오른쪽 손으로 오른쪽 발목을 잡아 엉덩이와 겹쳐지도록 굽혀주면서 스트레칭 한다.
4. 양 다리를 교차(X자)시켜 허리 90도 굽혀주기 서서 무릎을 곧게 편 상태에서 양 다리를 X자로 교차시킨 후, 허리를 앞으로 90도 숙여 스트레칭 한다. 이때 무릎을 구부리거나 등이 굽어지지 않게 주의한다.
<도움말 세란병원. www.seran.co.kr>
국무도 호원도장
2007. 1. 3. 12:32
2007. 1. 3. 12:32
“조깅보다 걷는 운동이 콜레스테롤 감소”
활발한 걷기 동작 같은 적당한 강도의 운동을 수행하더라도 여성의 콜레스테롤 감소에 도움이 된다는 새로운 연구 결과가 발표됐다.
이 연구 결과는 ‘International Journal of Sports Medicine’에 발표된 논문에서 제시됐다.
연구진은 “걷기 등과 같은 적당한 강도의 운동을 선호하는 중년 여성에게는 좋은 소식으로 받아들여지고 있다”며 “실제로 이들은 운동을 하지 않는 같은 연령대의 여성에 몸에 나쁜 콜레스테롤 수치가 낮고 또한 심장의 건강 유지에 중요한 몸에 좋은 콜레스테롤 수치가 높았다”고 밝혔다.
그리고 조깅 등과 같이 격렬한 운동을 수행하는 여성들의 경우, 심혈관 질환 예방 효과가 가장 크게 나타났지만 적당한 강도의 운동을 수행하는 여성에게서 나타난 콜레스테롤 수치 감소 효과는 발생하지 않았다.
연구진은 이러한 현상에 대해 명확하게 설명하지 못하고 있으며 건강 증진을 위해 반드시 격렬한 강도의 운동을 수행할 필요가 없다고 결론을 내리게 됐다.
이번 연구를 수행한 스페인 바르셀로시립 연구소의 로베르토 엘로수아 박사는 “특히 콜레스테롤 수치 감소 효과를 위해 반드시 격렬한 운동을 수행할 필요가 없다”며 “그저 적당한 강도의 육체적 활동으로도 몸에 나쁜 콜레스테롤을 감소시킬 수 있다”고 주장했다.
연구진은 이번 연구에서 403명의 폐경기 여성들을 대상으로 이들의 운동 습관 및 콜레스테롤 수치 등을 측정했다.
그 결과, 적당한 강도의 운동을 통해 칼로리를 소모하는 여성일수록 저밀도 콜레스테롤 수치가 낮고 고밀도 콜레스테롤 수치가 높다는 사실이 발견됐다.
이와는 대조적으로 격렬한 강도의 운동을 수행하는 여성의 경우 적당한 강도의 운동을 수행하는 여성과 비교하여 신체만 더 날씬해졌을 뿐 실제로 콜레스테롤 감소측면에서는 운동을 하지 않는 여성과 비교해 별다른 이득을 보지 못한 것으로 밝혀졌다.
연구진은 이러한 결과에 대해 아마도 이번 연구에 참여한 여성 중에서 높은 강도의 운동을 수행했던 여성의 수가 적었기 때문에 콜레스테롤 변화 효과와 연관해 통계학적인 분석을 내리기 어려웠던 것으로 해석하고 있다.
국민일보 쿠키뉴스 제휴사/ 메디포뉴스 이영수 기자(juny@medifonews.com)
