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영화 '인셉션' 현실로? 감정·행동 조작하는 'Cal-Light'

입력 2017-07-12 09:39 수정 2017-08-23 21:42

바이오스펙테이터 이은아 기자

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권형배 막스플랑크 박사팀 "칼슘+빛 이용 뇌 세포와 행동 상관관계 이해”..우울증 뇌전증 등 활용 가능성

다른 사람의 기억을 읽고 이를 조작해 행동마저 제어 할 수 있을까? 영화 ‘인셉션’에서 타인의 꿈속에 들어가 가짜 기억을 심고 실제로 겪은 일처럼 착각하게 만드는 것처럼 말이다. 실제 현실세계에서 이런 일이 일어나려면 뇌 속에서 기억이 어떻게 형성되는지 그 기억은 어떻게 행동으로 이어지는지에 대한 과정을 먼저 알아야한다.

막스플랑크 플로리다 신경과학연구소의 권형배 박사 연구팀은 이에 대한 실마리를 풀어줄 신기술 ‘캘라이트(Cal-Light)’를 개발해 최근 ‘네이처 바이오테크놀로지’ 저널에 발표했다.

캘라이트(Cal-Light, Calcium and Light-Induced Gene Handling Toolkit)는 빛과 칼슘을 동시에 이용해 특정 행동을 할 때 활성화되는 신경세포를 표지하고, 신경세포의 활성을 조절하는 기술이다. 맛있는 음식을 먹을 때 신경세포의 어느 부위가 활성화 되는지 확인한 후 이를 조절해 행동까지 제어할 수 있다는 얘기다. 결국 캘라이트는 기존에 알수 없었던 신경세포와 행동사이의 연결고리를 찾는 핵심 기술로 활용될 수 있다.

◇활성화된 신경세포를 표지하는 기존 기술의 한계

이 연결고리를 이해하기 위해서는 우선 특정 행동에 따른 활성화된 신경세포를 표지(labeling)해야 한다. 특정 세포의 활성을 제어할 수 있는 스위치도 필요하다. 캘라이트 기술은 두 가지 모두 가능하게 한다. 물론 기존에 사용되는 기술(칼슘이미징, 조기발현유전자(immediate early gene, IEG) 마커, CaMPARI 등)도 있지만 여기에는 몇 가지 한계점이 존재한다.

▲표지된 신경세포가 진짜 활성화된 세포인가 ▲활성화된 세포가 실시간으로 표지되는가 ▲행동을 코딩할 수 있는가 등의 이유로 행동과 신경세포 사이의 직접적인 상호관계를 확인하기 어려웠다. 캘라이트 기술은 이러한 한계를 개선하고 직접적인 신경세포-행동 사이의 상관관계를 확인할 수 있게 해준다.

먼저 가장 널리 사용되고 있는 칼슘이미징 기술은 세포 내 신호전달에 의해 변화하는 칼슘의 농도를 이미징함으로써 세포의 활성을 측정할 수 있다. 유전자조작을 통해 칼슘표지자(GECIs, Genetically encoded calcium indicators)를 발현해 활성화된 신경세포를 실시간으로 표지할 수 있지만 표지할 수 있는 뇌 영역이 제한돼 있고 칼슘 신호가 일시적이라는 한계가 있다. 더 중요한 것은 칼슘이미징은 유전자발현 시스템이 아니기 때문에 행동과 직접적인 관계를 확인할 수 없다.

둘째, 조기발현유전자(immediate early gene, IEG) 마커다. 그 중에서 c-fos는 활성화된 신경세포를 표지할 수 있고 유전자를 발현시켜서 세포의 활성도 조절 가능하다. 그러나 여기에도 치명적인 단점이 있다. ...

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