빛으로 뇌를 켜고 끈다

[태이자 이재운1045]

(왼쪽부터) 칼 다이서로스 미국 스턴퍼드대 교수, 페터 헤게만 독일 훔볼트대 교수, 게오르크 나겔 독일 뷔르츠부르크대 교수.

2026년 광유전학으로 노벨생리의학상을 받은 학자들(2026)

게오르크 나겔(0540, Georg Nagel, 1953.08.24)

페터 헤게만(0660, Peter Hegemann, 1954.12.11)

칼 다이서로스(1155, Karl Deisseroth, 1971.11.18)

기쁘다,

빛으로 뇌를 켜고 끈다는사실이 밝혀졌다

- 빛으로 뇌를 켜고 끈다 : 광유전학, 난치성 뇌 질환 새 길 열어

우울증·조현병·뇌전증 개선 가능성 입증… 노벨상 계기로 바이오코드 S코드 연구에도 탄력

빛을 이용해 살아 있는 뇌 신경세포를 실시간으로 제어하는 '광유전학(Optogenetics)'이 우울증, 조현병, 뇌전증(간질), 조울병 등 기존 약물로 다스리기 어려웠던 뇌 신경 질환을 개선하는 유력한 대안으로 주목받고 있다. 특히 올해 광유전학 개척자들에게 노벨 생리의학상이 수여되면서, 뇌 신경망 작동 기전을 규명하고 이를 응용하려는 연구가 한층 활기를 띠고 있다.

광유전학은 빛을 감지하는 미생물의 단백질 유전자를 특정 신경세포에 도입한 뒤, 빛을 비추어 세포막의 전기 신호를 1000분의 1초 단위로 켜고 끄는 기술이다. 기존 약물 치료가 뇌 전체에 광범위하게 퍼져 부작용을 일으키거나 반응이 나타나기까지 긴 시간이 걸렸던 것과 달리, 광유전학은 질환과 직결된 특정 신경망만 핀셋으로 집어내듯 정밀하게 조절한다.

실제 연구에서 뇌전증의 경우, 발작 신호가 감지되는 순간 억제하는 빛을 쏘아 흥분한 뉴런을 즉각 잠재움으로써 발작 전파를 차단하는 성과를 보였다. 우울증과 조울병 역시 보상 체계와 감정을 조절하는 도파민 회로 및 변연계를 빛으로 자극하거나 진정시켜 무기력과 조증 상태를 빠르게 완화할 수 있음을 확인했다. 대뇌피질의 억제 신경망 이상으로 40Hz 주기의 감마파 동기화가 무너지는 조현병에서도, 빛 자극을 통해 감마파 동기화를 복원하자 인지 기능이 정상 궤도를 되찾는 결과가 나타났다.

이번 광유전학의 노벨상 수상을 계기로 광유전학이 뇌의 심층 영역인 담장핵(Claustrum) 분석은 물론, 생체 리듬과 신경망 동기화를 탐구해 온 연구자들에게도 큰 활력을 불어넣을 것으로 보인다.

최근 뇌과학계에서 담장핵을 중심으로 대뇌피질 전반의 서파와 신경망이 동기화된다는 연구 논문들이 속속 발표되면서, 담장핵을 전뇌동기화의 핵심 중추로 해석해 온 '바이오코드(BioCode)'와 'The 호모사피엔스' 가설 역시 유력한 과학적 뒷받침을 얻게 되었다. 장차 고도의 주의 집중 상태인 삼매(사마디)와 통찰의 의식 상태가 담장핵 차원의 전뇌동기화와 어떻게 맞물리는지 구체적으로 밝혀진다면, 뇌과학과 의식 연구에 획기적인 전환점이 될 것이다.

바이오코드는 1990년, 생체시계의 분자 메커니즘을 바탕으로 인체 생체리듬과 기질 특성을 분석하는 'S코드 이론'을 정립해 왔다. 생체시계가 시간의 흐름에 따른 신체 내 주기와 리듬의 기준점을 제시한다면, 광유전학은 그 리듬을 조율하는 뇌 신경 회로의 작동을 미세 단위에서 검증하고 조절할 수 있는 정밀 도구를 제공하기 때문이다.

광유전학을 통해 밝혀지는 신경세포 활성 자료가 바이오코드의 S코드 분석 모델과 결합할 경우, 개인별 뇌파 동기화 상태와 신경망 편차를 객관으로 측정하고 맞춤형 뇌 질환 대응책을 세우는 데 크게 이바지할 수 있다. 빛으로 뇌 신경망을 조율하는 광유전학의 진보는 생체시계와 생체리듬을 탐구해 온 독자적 연구 체계와 맞물려, 인간의 의식과 뇌 질환을 해석하는 새로운 지평을 열어갈 전망이다.

한편, 바이오코드의 시간성 연구는 1990년 우크라이나 출신 소련 의학자 블라디미르 딜만(0135)의 신경내분비계 이론으로부터 출발했다. G코드와 S코드 중 S코드가 바로 이 생체시계와 리듬의 원리를 응용한 개념이다. 1991년 국내에 <생체시계>라는 이름으로 딜만의 이론과 저서를 직접 소개·출간한 바 있으며, 이후 2017년에 이르러 세포 수준의 24시간 일주기 생체시계 분자 메커니즘이 노벨 생리의학상(제프리 홀, 마이클 로스배시, 마이클 영)을 통해 완전하게 규명되었다. 이번 광유전학 노벨상 수훈은 신경망의 시간적·공간적 작동 원리를 밝혀 줄 또 하나의 결정적 열쇠가 될 것이다.

생체시계로 노벨 생리의학상을 아래 학자들(2017)

마이클 로스배시(0815, Michael Rosbash, 1944.03.07)

제프리 홀(0920, Jeffrey C. Hall, 1945.05.03)

마이클 영(0115, Michael W. Young, 1949.03.28)

그 이후 9년 만에 이번에는 광유전학으로 또 노벨상을 받았다. 광유전학은 여전히 S코드를 증명하는 중요한 증거다. 바이오코드는 이제 G코드의 진짜 비밀이 밝혀지기를 기다릴 수 있게 되었다.

1990년 1월에 인도에서 원서를 구하고, 1991년에 1차 번역하여낸 <생체시계>. 이후 생명과학자인 경기대 김병선 교수에게 의뢰, 번역을 다듬어 다시 냈다. 당시 대학 생명과학 교재로 많이 쓰였다. 미국에서도 모르던 학문을 한국 대학에서 먼저 쓰인 것이다.