꿈과 희망을 주는 생활 속의 뇌 과학

뇌 과학 전시관 열어 뇌 연구하는 김일권 뇌 과학 연구원 원장

신비로운 뇌의 상태와 구조물 볼 수 있는 뇌 과학 전시

“뇌 과학 속에 미래의 세계를 열어가는 많은 지혜가 있다”

MRI 7.0 테슬라 도입 뇌 연구와 알츠하이머 파킨슨 치료 연구 계속

김일권 원장은 누구나 뇌의 상태와 구조물을 볼 수 있도록 뇌 과학 전시관을 만들었다.

지난 5월 28일 오후 경기도 안양시 인덕원역에서 5분 거리 숲속 넓은 공간에 뇌 과학 전시관을 운영하는 뇌 과학 연구원 김일권 원장을 만났다. 그가 뇌를 연구하고 만드는 공간이다. 뇌의 구조와 모형을 직접 조각을 해서 만들고 또 점토 등의 자료를 사용해서 만든다. 실제크기의 뇌 모형에서 대형 뇌 모형(가로 120cm 세로 180cm)을 익숙한 솜씨로 만든다. 벽면에 그려진 대형 뇌 해부도(2m)는 어렵게만 느껴지는 뇌를 누구나 쉽고 재미있게 이해할 수 있게 했다. 그리고 뇌의 각 영역과 기능, 변연계와 조직과 기능, 뇌 줄기 등의 구조물들을 정확하게 만들어 전시하고 있다.

특히 뇌의 기능별로 해부도를 전시하여 뇌 과학의 연구가 누구나 알아야할 것임을 알 수 있게 하였다. 뇌에서 언어가 만들어 지는 과정, 감정이 만들어지는 과정, 기억이 만들어지는 과정 특히 뉴런들의 연결망과 SLF에 대해서도 자세하게 만들어 전시하고 있다. 국내에서는 이렇게 뇌의 해부도와 뇌 구조물, 회로 등을 만들어 전시한 곳은 유일하다고 한다.

‘인간의 신체 중 제일 중요한 것이 뇌’ 연구

일반적으로 50세가 넘으면 뇌경색 뇌졸증 등으로 사망하는 사람들이 많고 사망을 면하여도 반신불수 편마비 등으로 고생하는 분들이 많다.

인터뷰하고 있는 김일권 원장

김일권 원장이 국내 최초로 직접 만든 뇌 구조물

사춘기부터 노년에 이르기까지 뇌와 관련된 질환들이 점점 더 증가하고 있다. 우울증 조현병과 같은 뇌신경계 질환으로 자신의 감정을 조절하지 못하여 자신은 물론 가족들까지 고통스럽게 하는 경우도 많다. 특히 조현병 같은 경우는 끔직한 범죄를 일으키기도 한다. 두 살 전후 아기들의 뇌 발달이 잘못되면 언어장애 자폐증 같은 발달 장애가 된다. 이 모든 것들이 뇌와 직접 관련된 것들이다.

인간의 신체중 제일 중요한 것이 뇌이다. 모든 사람들은 자신의 뇌에 대해서 알고 싶어 한다. 그럼에도 불구하고 일반인들이 뇌에 대해서 알 수 있는 곳이 없다.

뇌는 그 속을 쉽게 알 수 없어 신비의 영역으로 오래도록 의학적 접근이 어렵게 여겨져 왔다.

그러나 뇌 과학이 최근 발달함에 따라 뇌는 더 이상 신비의 영역이 아니다. 왜냐하면 뇌 속을 들여다 볼 수 있는 기술이 발달했기 때문이다. MRI, fMRI, PET등의 영상의학의 크게 발달하였다. 하지만 누구나 항상 쉽게 뇌 속의 구조와 기능을 알아볼 수는 없다. 그래서 김일권 원장은 누구나 뇌의 상태와 구조물을 볼 수 있도록 뇌 과학 전시관을 만들었다.

누구나 쉽게 뇌 속의 구조와 기능 볼 수 있는 전시관

뇌의 구조를 이토록 정교하게 만들기까지 그의 지난 40여년의 삶은 뇌와 관련된 이야기들로 가득하다. 첫째는 김 원장의 첫째딸아이의 뇌성마비 때문이었다. 그 후 그는 주변에서 뇌를 다친 사람들을 자주 보게 된 것이다. 한번은 지인이 수도통합병원에서 뇌수술을 받았다고 한다. 이 때 한 80여명의 뇌수술을 환자를 보게 되었다. 그들 중에는 완전히 기억을 상실한 사람, 식물인간처럼 의식이 없는 사람, 결혼 6개월만에 지붕에서 떨어져 뇌수술 후 갓 결혼한 신혼의 아내조차 기억하지 못하고 초등학교 이전의 것만 기억하는 사람 등 뇌를 다친 다양한 사람들을 보게 되었다. 그리고 중학생이 어느 날 운동장에서 날아온 축구공에 맞아 반신불수가 된 학생 등 뇌를 다쳐서 고통 받는 사람들을 많이 기억한다고 그는 말했다.

그 외에도 뇌 발달이 잘 못 되거나 뇌의 신경적 충격 등으로 발생하는 신경계질환에 대해서도 많은 상담을 했다고 한다.

학교에 적응하지 못하는 사춘기 학생들, 부모와 갈등 속에 큰 상처를 받아 우울증이 되고 조현병이 된 사례도 보았다고 한다. 특히 존경하던 유명한 분이 알츠하이머 치매로 고생을 하면서 마지막 생을 불행하게 보냈다. 그리고 파킨슨으로 불편한 노년을 보내는 분들이 적지 않게 보면서 그는 오직 뇌! 뇌! 뇌!가 원인이야! 그래서 뇌를 연구하게 되었다고 한다.

김일권 원장과 강정아 원장

세계 뇌의 최고 석학인 조장희 박사의 지도 받아 뇌 연구

“지난 2000년 들어서 뇌 관련 세계 최고 석학인 현재 고려대학교 석좌교수인 조장희 박사님의 기사가 간혹 신문에 나곤했습니다. 달려가서 배우고 싶었지만 여의치 않았어요. 2010년이 지나서 유튜브가 나오면서 우연히 박문호 박사님의 강의가 뇌에 대한 강의를 보았어요. 수없이 보고 중요한 것은 그려보고 외우기도 했다.”고 말하는 김 원장은 마침내 뇌 과학의 모든 것이란 책이 출판되자 바로구입해서 반복해서 공부했다고 한다.

2014년 한양대 의과대학 발달의학센터에 운영위원으로서 참여하면서 본격적인 뇌 관련 연구를 시작했다. 그는 여러 편의 논문과 연구에 참여하였고 올해는 SCI 논문에 공동저자가 되기도 했다.[2020년 SCI논문 공동저자, Cha et al. Italian Journal of Pediatrics (2020) 46:43])

그리고 서울대학교 자연과학에 과학 최고위 과정에서 강봉균 교수의 지도로 시냅스의 가소성과 자폐아 치료연구라는 논문을 써서 우수상을 받기도 했다. 시사저널이 주최하는 AI 세미나에서 미국 엘런뇌과학연구소 크리스토프 코흐 소장의 강의는 뇌 과학에 대한 흥미를 더욱 가중 시켰다. 그리고 2016년 1월 뇌 과학 특별세미나에서 마침내 조장희 박사님을 만나 오늘까지 뇌 연구의 지도를 받고 있다고 한다.

“조 박사님은 지금까지 뇌구조와 기능 그리고 커넥톰에 이르기까지 뇌에 관한 모든 것을 가르쳐 주셨습니다. 그 분의 덕분에 2016년 뇌 과학 섬머스쿨에 하버드 유성식교수, MIT뇌과학 연구소장 로버트 데스몬교수들을 만나서 강의를 들을 수 있게 되었고 2017년 카오스재단에서 실시하는 뇌 세미나는 국내 뇌 과학자 여러분들의 강의를 고루 들으면서 뇌 과학에 대한 입체적인 이해를 할 수 있게 되었다.”고 말하는 김 원장은 KAIST 바이오 최고위 연구과정을 통해 더욱 더 다질 수 있었다고 한다. 특히 한양대 의과대학, 고려대, 웨스트민스터 대학원 대학 등에서 뇌 과학 강의를 하면서 뇌 연구는 더 한층 발전할 수 있었다.

그는 말한다. “뉴런과 뉴런이 연결되는 시냅스를 형성하는 뇌 과학 속에 미래의 세계를 열어가는 많은 지혜가 있다”고. 특히 신경전달 물질의 작용과 역할이 얼마나 중요한지도 알게 되었다고 말한다..

창의적 지능 발달과 뇌의 대표적 기능인 SM-LCDA 연구

김원장은 뇌의 대표적 기능인 SM-LCDA의 가설을 토대로 연구한다. 이 이론은 우리의 뇌가 어떻게 행동을 만드는지 그 과정을 보다 쉽게 이해하는 데 크게 도움이 된다.

첫째 S는 Sensory이다. 뇌는 8가지 감각(Sensory)을 통해 외부로부터 정보를 수용한다. 시각, 청각, 촉각, 후각, 미각, 이러한 다섯가지 감각 외에 운동감각, 전정감각, 고유 감각이 더 있다. 특히 행동을 표현하고 만드는데 있어서 운동감각, 전정감각 그리고 고유감각은 없어서는 안 되는 것들이다. 뇌는 이러한 감각들을 의식적 또는 무의식적으로 수용한다.

둘째는 M은 Memory이다. 이 메모리는 뇌가 주의를 기우릴 때 주로 형성된다. 이 단순기억은 좌반구 측두엽 내부에 해마와 편도체의 작용으로 이루어진다. 해마는 필요한 다른 감각과 연결하는 작업기억을 형성하여 단순기억을 장기기억으로 만든다.

셋째는 L, Lexicon이다. 작업기억을 통해 발전한 기억의 흔적들이 의미 있는 단어로 발전하여 정리(arrangement)가 되고 해석(translation)이 되어 보다 분명한 개념이 만들어진다. 그리고 어휘(Lexicon)로 발전한다.

넷째 인지(Cognition)는 개념이 형성 된 어휘들이 해석되어 전두엽에 전달되어 이해(comprehension)하는 것이다. 기존의 경험과 기억을 비교, 확인하여 이해를 하고 분류하여 인지(Cognition)를 한다.

뇌를 훈련 할 수 있는 기구들

다섯째 전전두엽에서는 행동을 위하여 먼저 선택하고 결정(Decision)을 한다.

여섯째 선택하고 결정된 행동(action)을 실행하는 것이다. 그래서 준비하는 과정과 행동하는 과정을 이해하면 레디 액션(ready action)이라는 말의 의미를 쉽게 알게 될 것이다.

MRI 7.0 테슬라 도입 발달장애 아동의 뇌 연구 계속

김 원장은 특히 변연계 구조를 잘 만든다. 변연계가 감정의 뇌라고 하지만 감정의 형성 과정이 잘 알려져 있지 못하다. “감정은 본능과 주관적 경험에 따른 가치와 신뢰에 따른 평가를 말합니다. 보통 ‘기분’으로 알고 있는 것입니다. 감정 또는 기분은 인간의 생활을 풍요롭게도 하지만 새로운 것에 대한 편견과 거부, 또는 과거에 집착하는 특성 등으로 삶을 어렵게 만들기도 합니다.”라고 그는 말하고 “변연계를 잘 이해하면 우울증 조현병 예방에 도움이 되고 알츠하이머 파킨슨 역시 예방하는데 크게 도움이 된다.”고 말한다.

김일권 원장은 올해 광산개발에도 도전을 했다. 서울대 자연과학대학 교수들의 자문 아래 진행되는 광산개발은 그 수입의 첫째가 MRI 7.0 테슬라를 매입하여 현재 교려대학교 뇌과학융합센터장인 조장희 석좌교수님과 함께 발달장애 아동들의 뇌 연구와 알츠하이머 파킨슨 뇌경색 등의 치료 연구를 계속하는 것이라고 말했다.

김일권 원장의 뇌 연구는 매우 현실적이다. 그의 현실적인 꿈들이 하루 속히 이루어지기를 기대해 본다.