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인간의 두뇌에 대한 의문은 아직 많이 남아 있다.
그 중 대표적인 것이 “인간의 두뇌가 다른 동물과 다른 점이 과연 무엇인가”하는 것이다.
인간의 많은 장기들은 동물을 모델로 해석하고 있다. 그러나 뇌의 경우 동물의 뇌구조를 바탕으로 사람의 모델을 만드는 것은 매우 어렵다.
두뇌의 능력과 용량에서 다른 동물들과 많은 차이를 보이기 때문이다.
최근 뇌과학자들은 인간과 동물 두뇌의 차이를 뇌세포와 뇌세포 회로 수준에서 찾기 시작했다. 그러면서 단서가 하나씩 발견되고 있다.
미국 알렌뇌과학연구소(Allen Institute for Brain Science)의 에드 레인(Ed Lein) 박사와 헝가리 세게드 대학교(University of Szeged)의 가보르 터마시(Gábor Tamás)박사 연구팀은 27일 네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)에 발표한 논문에서 이 어려운 질문에 대한 하나의 해답을 내놓았다.
이들은 “생쥐나 다른 동물에서는 전혀 나타나지 않는 새로운 종류의 인간 두뇌 세포를 발견했다”고 발표했다.
디지털로 재구성한 장미열매 세포 Credit: Tamas Lab, University of Szeged
이들은 새 두뇌세포의 이름을 장미열매(rosehip)라 명명했다. 이는 일부 장미 나무에서 자라는 오렌지 색 열매를 닮았기 때문이다.
물론 이 특별한 뇌세포가 사람에게만 존재하는지는 입증되지 않았다. 그러나 일단 설치류에게는 존재하지 않는다.
연구진은 이 장미열매 세포를 ‘인간 혹은 유인원 두뇌에만 존재할지 모르는 아주 특별하고 짧은 뇌세포’ 목록에 추가했다.
생쥐에는 없으며 특수한 통제 기능 발휘
연구진은 시신을 연구용으로 기증한 50대 남자의 두뇌에서 채취한 샘플을 이용했다.
연구진은 먼저 피질의 높은 층을 잘랐다. 피질(cortex)은 두뇌의 가장 외부층을 이루는 부분으로서 ‘의식’ 같이 인간에게 특별한 기능과 연관돼 있다.
레인 박사는 “피질은 인간 두뇌의 가장 복잡한 부분으로서 일반적으로 자연계안에서도 가장 복잡한 구조를 가졌다”고 말했다.
공동연구에 참여한 헝가리 터마시(Tamás) 박사 실험실은 전통적인 뇌과학 접근법을 활용해 뇌세포의 형태와 전기적 특성을 자세하게 조사했다. 알렌 연구소에서는 인간 두뇌세포에만 특이하게 존재하는 일련의 유전자를 발견하는 작업을 수행했다.
수 년 전 터마시 박사는 알렌뇌과학연구소를 방문해서 그들이 발견한 아주 특별한 두뇌세포를 소개했다. 그 뇌세포는 알렌 연구소가 유전자를 조사법으로 연구하던 바로 그 세포였다. 아주 서로 다른 방법으로 같은 세포를 다루던 두 연구그룹은 공동연구를 시작했다.
현재까지 이 장미열매 세포가 인간 두뇌안에서 어떤 역할을 하는지는 확실히 밝혀지지 않았다. 다만 연구진은 몇 가지 단서를 발견할 수 있었다.
알렌뇌과학연구소는 크레이그 벤터 연구소(Craig Venter Institute)와 협력연구를 진행해 장미열매 세포가 지금까지 연구한 생쥐 두뇌세포의 어떤 형태와도 다른 유전신호를 가진 것을 확인했다. 헝가리 연구팀은 이 장미열매 세포가 피라미드 뉴런(pyramidal neurons)과 함께 피질의 다른 부분에 시냅스를 형성하는 것을 발견했다.
장미열매 세포가 특이한 점은 이들이 어떤 세포와는 특별한 형태로 붙어있다는 점이다. 따라서 장미열매 세포는 아주 특별한 방법으로 정보의 흐름을 통제할지 모른다.
비유하자면, 이 통제세포는 특수한 자동차 브레이크를 생각나게 한다. 자동차를 운전할 때 어떤 특별한 지점에서만 기능을 발휘하는 브레이크다.
터마시 박사는 “이 특별한 형태의 세포가 하는 일은 다른 동물의 두뇌에서는 할 수 없는 기능이다”라고 말했다.
뇌질환 치료 연구에 새 단서 제공
다음 단계 연구는 두뇌의 다른 부분에 있는 장미열매 뇌세포를 확인, 뇌에서 이들이 하는 역할을 본격적으로 탐구하는 일이다. 동시에 과학자들은 장미열매 뇌세포가 진짜 인간에게만 존재하는 특별한 것인지도 추가로 확인해야 한다.
만약 정말 다른 동물에 이런 종류의 뇌세포가 발견되지 않는다면, 이 뇌세포는 인간 신경질환의 원인과 모델을 만드는데 매우 중요한 역할을 할 것이다.
연구진은 “이제 다음에 할 일은 뇌질환으로 사망한 사람들의 뇌에서 샘플을 채취해 장미열매 세포를 찾는 것”이라며 “장미열매 세포들이 어떻게 변형됐는지를 살펴볼 것”이라고 밝혔다.