뇌의 확장과 공유를 지향하는 기술 개발

인간의 뇌와 기계를 연결하는 뇌-기계 인터페이스

2013년에 오사카대학 의학부속병원에서 세계 최초로 획기적인 실험이 이루어졌다. 신체 기능을 잃은 근위축증 환자가 머리로 생각하기만 해도 문자 입력 기계를 사용하여 의사를 전달하고, 로봇 팔을 조작 하여 공을 움켜쥘 수 있게 된 것이다.

뇌와 외부의 기계를 연결하고 그것을 조작할 수 있게 하는 일련의 기술은 뇌-기계 인터페이스라고 불린다. 이 실험의 성공으로 인간의 뇌와 기계를 연결하는 기술의 개발은 원래 목적이었던 장애자 지원뿐만 아니라 의료, 간호, 복지, 교육 등 폭넓은 용도로 진전하고 있다.

BMI 연구 개발은 뇌과학뿐만 아니라 뇌와 기계를 연결하는 폭 넓은 분야의 기술을 필요로 한다. 예를 들면 뇌의 미약한 자기 데이터에서 뇌의 기능을 탐지하는 연구, 그 데이터를 기계언어로 번역하는 정보과학, 기계 조작을 실현하는 기계공학 등을 결집시킬 필요가 있다. 이런 전자공학, 제어공학은 일본이 뛰어난 분야라고 할 수 있다.

BMI 기술의 첫 관문인, 뇌가 생각하는 것을 읽어내는 기술은 새로운 연구 분야도 만들어낸다. 예를 들면, 교토대학 대학원 정보학연구과의 가미타니 유키야쓰교수가 진행하는, 지각한 영상이나 꾼 꿈을 뇌의 신호로 인코딩하여 컴퓨터에서 영상으로 재현하는 연구도 그것의 하나이다. 인간의 다양한 사고를 컴퓨터에 연결하는 기술은 뇌-컴퓨터 인터페이스라고 불리며, 인간 능력의 확장이라는 21세기 과학의 꿈과 직결되는 기술이다.

2016년 미국 테슬라 사의 CEO 일론 머스크는 인간의 뇌에 칩을 심어서 AI컴퓨터와 접속하는 기술을 개발하는 새로운 회사를 세웠다. SNS세계의 절대강자인 메타(페이스북)도 같은 기술의 개발을 표명하고 있다. 이전부터 AI의 위험성에 우려를 표명했던 머스크는 이 기술을 사용하여 인간의 뇌에 의해 AI의 폭주를 막는 것이 목적이라고 말하고 있다.

인간의 뇌를 컴퓨터가 아니라 다른 사람의 뇌와 직접 연결할려는 아이디어도 있다. 이미 쥐 실험에서는 성공했으며, 연구자들은 미래의 목표로 인간의 뇌의 지식을 전송하는 것을 내걸고 있다.

인류의 지성을 공유하려 하는 이 꿈은 과연 실현될수 있을까?

재생하는 뇌세포 발견을 계기로 진행되는 뇌의 재생의료 연구

뇌질환 치료에 기대를 모으고 있는 줄기세포

신경세포는 주로 태아일 때 만들어지며 출생 후에는 만들어지는 신경세포가 격감한다고 알려져 있다. 성인이 되면 새로운 신경세포는 생기지 않으며 질환으로 잃어버린 세포를 재생하는 일은 불가능하다고 여겨져 왔다. 

그런데 1998년에 게이오대학의 오카노 히데유키 교수가 성인의 뇌실 주위에서 새로운 신경세포를 만들어내는 줄기세포를 발견했다. 이것을 계기로 뇌의 재생의료 연구가 거대한 도약의 시간을 맞이하고 있다.

신경세포를 재생하는 치료법이란 무엇일까? 현재, 가장 그것의 필요성이 지적되는 치매의 한 가지 원인이 되는 파킨슨병에 대해 알아보자. 파킨슨병은 중뇌의 흑질에서 대뇌 기저핵의 선조체로 도파민을 보내는 신경이 손상되면 발병하는 질환이다.

현재 연구가 진행되고 있는 것은 이 손상된 부분에 세포 재새을 촉진하는 세포(도너세포)를 이식하는 치료법이다. 도너 세포의 후보로 현재 기대를 모으고 있는 것이 줄기세포이다. 줄기세포란 생물의 몸을 만드는 세포의 원천이 되는 세포이다. 증식 과정에서 다양한 세포로 분화(변화)하여 우리 몸의 장기를 만들어간다. 이 줄기세포를 목적한 세포로 분화시켜서 배양하여 손상된 뇌의 부분에 이식하는 것이다.

최근 연구에서 도너 세포로 이용할 수 있을 만한 줄기세포가 잇따라 발견되고 있다. 골수에서 발견된 골수줄기세포, 뇌의 신경으로 분화하는 신경줄기세포, 인간의 수정란 배에서 만들어지는 ES세포(배아줄기세포), 그리고 교토대학의 야마나카 신야 교수가 마우스의 피부에서 만들어낸 iPS세포 등이다.

이를 도너 세포 후보가 실용화되려면 아직 많은 과제가 있다. ES세포는 인간의 수정란을 사용하므로 윤리적인 문제가 있으며 iPS세포는 암으로 변할 위험성 등 안전성 과제가 남아 있다. 

그런 연구 가운데 이미 임상실험이 시작된 것이 뇌경색 재생치료를 위한 골수줄기세포이식이다. 먼저 뇌경색 환자 본인의 골수에서 골수줄기세포를 분리하여 증식 배양한다. 다음으로 이 배양세포를 대량 배양하여 동결보존한다. 그러는 동안에 검사를 거친 다음 녹여서 정맥주사로 투여한다. 이 방법은 환자 본인의 줄기세포라는 점에서 면역거부반응이 없고, 또한 주사함으로써 환자의 부담이 적다는 점이 뛰어나다고 말할 수 있다.

이런 치료법은 아직 실용 단계에 이르지는 않았지만 가까운 미래에 주사 한 번으로 뇌질환 치료가 가능해지는 시대가 올지도 모르겠다.