다양한 스토리를 담고 있는 연재를 만나보세요.
[영틀신반] episode #2 - 루시 (Lucy)
Bio통신원(madpatcher)
Episode #2
“루시 (Lucy)” - Brain capacity
‘인간의 뇌는 원래 10% 정도만 사용되며, 100%를 발휘할 경우 어떤 일이 발생될까?’
<출처> https://steemit.com/kr-science/@nhj12311/10
신경과학계에서 오래전에 떠돌던 속설이다. 하지만, 우린 이미 많은 과학적 근거를 통해 인간이 뇌를 10% 정도만 사용한다는 것은 틀렸다라는 것을 안다. 영화 “루씨”는 인간이 뇌를 10% 정도만 사용한다는 내용을 설정으로 시작된다. 물론, 영화가 틀린 전제를 가지고 시작하지만, 뇌의 사용량과 생명탄생의 신비라던지 가상의 설정으로 전개되는 내용은 영화의 흥미 끌어낸다. 사실 이 영화 감독인 뤽 베송은 뇌 사용량에 대한 주제로 10년간 영화 '루시’의 시나리오를 썼다.
이 영화에서는 마블 영화의 케릭터인 블랙 위도우를 연기한 유명배우인 스칼렛 요한슨과 모건 프리먼 그리고 한국의 유명배우 최민식씨가 등장한다. 친구의 속임수에 넘어가 약물을 운반하는 역할을 맡게된 스칼렛 요한슨이 영화 시작에 등장하고, 뱃속에 넣은 약물봉지가 사고로 몸 속에서 터지고 약물이 스칼렛 요한슨의 혈액을 따라 뇌로 전달 된다. 약물은 뇌의 활동을 증가시켜주는데, 다음과 같이 전개된다.
10%, 인간의 평균 뇌사용량
22%, 신체의 완벽한 통제
40%, 모든 상황 제어 가능
62%, 타인의 행동을 컨트롤
100%, 인류의 염원인 우주의 근원을 알게 되다.
영화의 후반부에 스칼렛 요한슨은 몸속의 약물이 모두 신체내로 흡수되고 뇌의 활동량이 100%에 도달하는 경지에 이르게 된다. 이때 영화는 만물의 역사를 거슬러 올라가 한 개의 세포에서 생명이 시작된 순간을 보여주고, 우주 생성의 기원까지 헤아리게 되는 장면을 표현하는데, 이 부분이 인상적이다. 물론 인간의 두뇌 용량이 극대화된다면, 인류가 하고 싶은 일이 많을 것이다. 하지만, 감독은 좀 더 철학적인 부분에 촛점을 맞춘다. 주인공 스칼렛 요한슨(루시)을 통해 생명과 우주의 근원을 찾고자 하는 인간의 열망이 실현되는 모습을 그렸다.
특히, 마지막 장면에서는 스칼렛 요한슨(루시)이 시간의 흐름을 초월하는 보이지 않는 존재가 되어 컴퓨터 네트워크로 떠나면서 남아있는 모건 프리먼에게 “I’m everywhere.”이라고 문자 메세지를 보낸다. 마치, 육체의 존재 의미는 더이상 필요없는 지경에 달한 것으로 표현한것 같다.
그럼 이제 신경과학적인 접근을 해보자. 앞서 초반에 언급한 것 처럼, 우리가 뇌를 10% 정도만 사용한다는 말은 완전히 틀렸다. 신경 과학자 베리 고든은 “사실상, 우리의 뇌는 모든 영역을 사용하고 있으며, 뇌의 대부분은 언제나 활발하게 활동한다.”라고 언급하며, 7가지 근거를 제시하며, 10%의 뇌 사용에 대한 반박을 주장하였다.
뇌 손상에 관한 연구를 살펴보면, 만약에 뇌가 10%만 사용하는 것이 맞다면, 나머지 90%는 뇌손상을 받더라도, 전체 뇌 기능에 문제가 없을 것이다. 하지만, 실제로 뇌 손상 환자들을 보면, 미세한 손상을 받더라도 심각한 장애를 입을 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.
뇌 스캔 이미지를 살펴보면, 특정 활동을 할 때, 높은 활성을 띄는 뇌 부위가 관찰이 된다. 하지만, 그렇다고 다른 뇌 부위의 활성이 관찰이 안되는 것은 아니다. 상대적인 낮은 활성으로도 활동이 일어남을 관찰 할 수 있다.
뇌의 물질 대사율을 살펴보면, 뇌는 신체 기관 중 가장 산소와 영양분의 소비가 많다. 뇌의 무게는 전체 몸무게의 2% 정도를 차지 하지만, 소비되는 에너지는 전체 소비량의 20%를 차지한다. 10% 정도의 뇌를 사용한다면, 이렇게 많은 비율의 산소와 영양분을 요구하지 않을 것이다.
뇌 영상 진단: 양전자 방출 단층 촬영(PET)이나 fMRI와 같은 실시간 뇌 활동을 영상으로 보여주는 기술은 뇌가 어떠한 상황(수면 기간을 포함하여)에서도 뇌 활성이 전체적으로 일어남을 보여준다.
뇌 기능 분배: 뇌는 하나의 거대한 신경세포의 군집으로, 각 부분마다 서로 다른 정보 처리를 한다. 각각의 뇌 영역은 특정 활동이 신체에서 일어날 때 서로 다르게 반응하며, 담당 영역이 구분지어 진다.
마이크로 구조 분석: 뇌에 미세 전극을 삽입하는 기술은 단일 뇌 세포의 활동을 모니터 할 수 있게 해주었다. 만약, 뇌 활동일 10% 정도로 제한되어있다면, 이 기술을 통해 쉽게 확인이 가능 했을 것이다.
시냅스 가지치기: 뇌 활동이 활발할 수록 시냅스의 가지치기는 더욱 활발해진다(branching). 반대로, 활성이 줄어드는 신경세포는 시냅스 가지치기가 억제된다. 따라서, 10%의 뇌 활성이 맞다면, 90%의 세포들이 억제된 가지치기를 보였을 것이다.
뇌를 10% 정도만 이용한다는 속설은 결국 틀린 전제이다. 뇌의 활성을 특정 활동에 따라 관찰하는 연구들은 지금도 많이 진행되어오고 있다. 기술을 발달과 함께, 실시간 뇌 활성 모니터링이 가능해졌고, 해상도 역시 점점 놓아지고 있다. Fiber photometry, mini-microscopy, in vivo single unit recording, CLARITY 등이 대표적인 기술들이다(그림1-3).
그림1. In vivo Microendoscopy (mini-microscopy)와 Fiber photometry. 세포질 내의 칼슘 농도에 반응하는 녹색 형광 단백질을 이용하여, 활성 정도를 측정하는 기술이다. In vivo Microendoscopy는 활성 세포 각각을 관찰할 수 있으며, 세포들 간의 활성 패턴분석도 가능하게 한다. Fiber photometry는 세포집단의 활성을 모니터링 할 수 있게 해준다. 두 기술은 각 실험 방식과 목적에 따라 적용된 (Resendez et al., 2015).
그림2. In vivo single unit activity recording. Electrode를 뇌 삽입하여, 특정 부위에서 신경세포의 활성을 측정한다. 신경세포의 활동전위가 세포단위로 모니터링이 되기 때문에, 특정 뇌 부위에서 얼만큼의 세포집단이 활성을 보이는 지 분석할 수 있다(Fan et al., 2011).
그림3. CLARITY pipeline overview. 뇌를 구성하는 구성 성분 중 하나인 lipid를 제거함으로써 빛 투과성을 높여주는 기술이다. 투명한 뇌를 관찰함과 동시에 관심 단백질 또는 RNA 등에 대한 표지를 이용하여, 신호 분석을 할 수 있으며, 뇌 전체에 대한 활성을 분석할 수 있고, 뇌 영역 간의 연결성도 분석할 수 있다. (Kennedy et al., 2016).
이와 같은 뇌 활성 연구를 위한 기술의 발달로, 이제는 특정 행동에 대한 특정 뇌 부위의 활성을 실시간 분석할 수 있다. 비록 영화 “루시”에서는 과학적으로 틀림이 판명난 전제로 시나리오가 전개되지만, 이를 통해 우리가 얼마나 현재 뇌 활성 연구를 진행해오고 있는지 다시 한번 둘러보게 되는 계기가 되었다.
참조:
Resendez, S. L., & Stuber, G. D. (2015). In vivo calcium imaging to illuminate neurocircuit activity dynamics underlying naturalistic behavior. Neuropsychopharmacology, 40(1), 238.
Fan, D., Rich, D., Holtzman, T., Ruther, P., Dalley, J. W., Lopez, A., ... & Holzhammer, T. (2011). A wireless multi-channel recording system for freely behaving mice and rats. PloS one, 6(7), e22033.
Kennedy, H., Van Essen, D. C., & Christen, Y. (Eds.). (2016). Micro-, meso-and macro-connectomics of the brain (Vol. 216). Berlin: Springer.
참조 웹사이트:
https://www.wired.com/2014/07/luc-besson-lucy-2/
https://namu.wiki/w/%EB%A3%A8%EC%8B%9C(%EC%98%81%ED%99%94)#fn-1
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다.
[기사 오류 신고하기]
"안녕하세요. [영틀신반] 연재를 맡게 된 박성모 입니다. 간략히 제 소개를 하자면, 현재 캐나다 토론토 Sickkids hospital 소속 연구센터의 Neuroscience Mental Health Program 소속인 Dr. Sheena Josselyn lab의 Research Fellow 5년차 입니다. 제 연구의 주된 관심사는 learning & memory 인데요. 연구를 하면서 재미있는 논문들을 자주 접하게 됩니다. 또한 관련 기술이나 개념을 영화의 소재로 사용한 부분들이 자주 눈에 띄어서 이렇게 연재를 통해 알기 쉽게, 유익하게 풀어가고자 합니다. 제가 앞으로 다룰 영화는 이미 많이 알려진 영화들과 Netflix 에서 실험적으로 만들어진 영화들이 대상입니다. 다소 중국집 이름 느낌이 나는 저의 연재글을 재미있게 함께 읽어주시면 감사드리겠습니다."
다른 연재기사 보기
전체 보기