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오바마 대통령의 BRAIN 프로젝트 덧글 0 | 조회 13,843 | 2014-03-22 10:05:41
관리자  

마음의 치료를 받고 계신가요? 뇌의 치료가 필요합니다.

- 오바마 대통령은 BRAIN Initiative의 수장인가? -

2014.03.22.

정 동 철

 

며칠 전 뇌 연구실 뇌 응용과학 게시판에 실린 글,

정신과 의사의 고민?

왜지?

마음의 치료를 받고 계신가요? 뇌의 치료가 필요합니다.

하고 싶은 얘기다.

각종 중독은 물론 알쯔하이머(치매)를 비롯 정신분열병 모두가 뇌의 질환이기 때문이다.

그럼에도 정신과의사는 "정신치료"라는 굴례에서 벗어나기 힘든 처지에 있다.

필자가 <정신과의사의 임상과 생활실태(I)>를 발표한 것은 1985년이었다.

당시 선호하는 치료방식은 약물치료, 정신치료, 그리고 가족치료가 가장 중요한 것으로 지목되었다.

당시로선 파격적 질문이긴 했지만 정신분열증 치료수단으로 컴퓨터에 의한 신경회로 교정에 대한 응답은

총 83명(회신률 21.7&) 중에 3명이 예상되는 방법이라고 응답했다.

질문을 한 쪽이나 긍정적으로 응답을 한 쪽 모두 당시로선 예외적이라 볼 수 있다.

그러나 그런 시대는 이미 당시 예상한 대로 오고 있다. 완료형은 아니다.

 

지난 해 미국 오바마 대통령은 BrainTechnology의 중요성을 알았다.

선도적으로 신경과학 즉 뇌과학을 연구/개발하지 않고선 대국의 입지를 지킬 수 없다는 의미다.

그것은 아래 인용한 동아일보 인터넷판을 참고하면 곧 알 수 있을 것이다.

 

장장 10년이 넘었다.

해암 뇌 의학 연구소

이것은 정동철신경정신과의원 부숙 연구소로 표방되어 왔었다.

일찍이 예상하고 있었던 탓이다.

그러나 현실은 각박하다. 어려운 과제, 이제 지성병원 전담 뇌의학 연구실을 정식으로 개설하게 됐다.

쌓이고 모였던 자료, 새로운 정보 그리고 전개될 연구

이 모두는 공유되어야 할 것이라 여겨 일반 대중의 이해를 돕기 위애 소개글을 올리게 된다.

전문적 표현이 불가피하게 필요한 설명을 보다 쉽게 요약 소개하는 것은 그래서 자유게시판을 이용하는 것이다.

 

동아일보 인터넷판 저서 소개에 대한 것부터 아래에 실어본다.

오바마 대통령의 공식 선언의 배경을 알게 될 것이다.

연후의 오바마 BRAIN Project를 중심으로 이어가 그 내용을 간략하게 요약 소개하기로 한다.

 

6월 13일 브라질 월드컵 개막식에는 하체가 마비된 소년이 등장해 시축하는 보기 드문 광경이 연출된다. 헤드기어에서 뇌파를 모아 이 신호를 의족에 전달해 공을 찰 수 있게 해준다. 두뇌의 기억과 생각을 기계에 저장할 수 있고 외부 장치나 아바타를 통해 생각한 그대로를 구현하는 세상이 다가오고 있음을 보여주는 징표다. 

가쿠 석좌교수의 ‘마음의 미래(Future of Mind)’가 그리는 미래의 모습이기도 하다.

일본계 미국인으로 뉴욕시립대 석좌교수인 저자는 세계적인 이론물리학자이면서 ‘평행우주’ ‘미래의 물리학’ 같은

인기 과학책을 쓴 대중과학저술가다. 이번에는 우주만큼이나 여전히 인간에게 미지의 영역으로 남아있는 두뇌 연구를 파헤쳤다. 그는 “지난 15년 동안의 뇌 연구가 인류 역사 전체에 걸친 연구보다 더 많은 사실을 알아냈다”고 밝혔다.

그는 현재 진행되고 있는 3개의 프로젝트를 주목했다.

유럽연합(EU)이 10억 유로(약 1조4851억 원)를 투입해 진행하는 ‘휴먼 브레인 프로젝트’는

두뇌를 컴퓨터에 시뮬레이션하고 있다.

미 정부가 지원하는 ‘선진신경기술을 통한 뇌연구(BRAIN)’ 프로젝트팀은 뇌의 신경세포 지도를 그리고 있다.

마이크로소프트의 공동 창업자인 억만장자 폴 앨런은 두뇌 발달을 통제하는 뇌세포를 해독하는 프로젝트를 후원한다.

그는 이들 프로젝트를 중세 유럽 대성당을 짓는 것에 비유했다.

성당을 짓는 데 100년 넘게 걸리는 것처럼 뇌 연구도 상당한 성과를 이뤘지만 아직도 가야 할 길이 멀다는 것이다.

미국의 프로젝트팀은 현재 15만 개의 신경세포를 지닌 초파리의 뇌 조직을

1m의 500억분의 1 넓이로 단층 촬영해 데이터를 축적하고 있다.

저자는 “현 속도라면 이를 마무리하는 데 20년이 걸릴 것으로 보인다.

그런데 인간 두뇌의 신경세포는 1000억 개”라고 지적했다.

유럽의 프로젝트도 14만7456개의 프로세서와 15만 GB(기가바이트)가 내장된 슈퍼컴 ‘블루진’으로 인간 신경세포와 신경전달물질의 4.5%만 재현해냈다. 제대로 작업을 하려면 수천 대의 블루진이 필요하다.

저자가 조명한 또 다른 미래는 ‘초인 지능’이다.

미래학자 레이 커즈와일이 인간의 생각을 컴퓨터에 저장해

서로의 생각을 네트워크로 읽고 소통하는 세상이 2040년경 도래할 것이라고 주장한 것에 대해선 회의적이라고 밝혔다. 하지만 시간의 문제이지 불가능한 것은 아님을 강조했다.

미 육군은 초기 개발비용으로 630만 달러(약 68억 원)의 연구비를 투입한 ‘텔레파시 헬멧’ 연구를 진행하고 있다. 헬멧은 실험 참가자가 생각한 36개 단어를 정확하게 맞혔다. 이 헬멧이 완성되면 전쟁터에서 통신 장비 없이도 서로의 생각을 주고받으면서 작전 수행이 가능해진다.

저자는 궁극적으로 정신이 몸을 떠나 에너지의 형태로 자유롭게 우주를 탐험할 미래도 올 것이라고 주장했다.

The science behind Obama’s BRAIN project.

잎에서 이미 지적한 바 오바마 대통령은 정식으로 공개선언을 한다.

2013년 4월 2일

The RAIN(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) initiative가 그것이다.

물론 반론도 만만치 않다. 방대한 것은 물론 그만큼 다음 세대로 이어질 프로젝트에

지나친 시간과 투자가 소요된다는 것, 벅차고 자칫 정치논리에 앞선다는 것.

그러나 진행형이다. 예상되는 결과가 너무나 매력적이기 때문이다.

아래 사진을 보자.

신경세포 집단에 V자의 전극이 심어져있다.

30년 전 신셍세포 하나하나, 그리고 서로 연결된 회로하나의 의미를 알아내게 될 것이란 필자의 예상,

거기까지는 너무 멀기만 하다. 새로운 아디어가 탄생한 것이다.

이미 밝혀진 특정부위의 신경집단에 삽임된 전극을 통해 그 활동내용을 알아낸다는 것, 그것은 흥분되는 일이다.

기억에 관여되는 해마의 CA 1 영역의 신경세포 집단에

전극을 수백만 신경세포 하나하나에 부탁하지 않고신경세포집단의 역할을 알아내게 된다는 것이라면

대단한 의미를 제공한다. BRAIN project의 매력이다. 치료와 직결되는 열쇄를 얻는 셈이다.

Cell Patch Clamp

A row of neurons in the CA1 region of the hippocampus, a part of the brain involved in memory. If you look closely, there is a V-shaped glass piece on top of one of the middle neurons. This is a patch electrode, one of the techniques currently used to record specific neurons in the brain. The challenge of the BRAIN project is to develop a technique that has similar resolution and precision but that could be applied to millions of neurons instead of just one.Photo from Rosentod released in the public domain.

출처: http://blog.brainfacts.org/2013/04/the-science-behind-obamas-brain-project/#.UyzjQmfNuUk

 

 

1. The molecular ticker tape.

 

첫번째 BRAIN project의 도전은 분자 기억 테이프molecular ticker tape다.

이것은 분자를 이용해서 DNA(생물의 유전현상에 큰 역할을 하는 핵산의 일종) polymerase (DNAP),

또는 보통 현미경으론 볼 수 없는 생물학적 신경세포의 활동을

프린트애서 볼 수 있는 것과 같은 결과를 얻는다. 누구도 완성된 결과물을 가지고 있는 것은 아니다.

      그러나 아래 사진은 그 가능성을 말해주고 있다.

: the DNA Polymerase

Illustration of the DNA polymerase, one of the molecules that might be used to create molecules of DNA that would be used as a molecular “ticker tape” (a recording) of neural activity.Photo from Yikrazuul released under the Creative Commons license

출처: http://blog.brainfacts.org/2013/04/the-science-behind-obamas-brain-project/#.UyzjQmfNuUk

 

Challenges 도전

1. Create the custom version of the DNA polymerase and show that it works.

2. Study alternatives to the calcium-induced errors.

3. Solve the problem of which cell is being recorded.

 

Pro 찬성

- This would be the best technique that we can think of to record all neurons in a brain.

Con 반대

- It is not developed yet.

 

2. Optical imaging.

 

Calcium imaging을 통해 시각적으로 신경세포의 기능과 관여된 영역 및 양적 수를 볼 수 있다. 

동시에 수많은 신경세포의 흥분도가 크면 클 수록 아래 사진과 같이 브라이트한 색조로 확인 된다.

Calcium을 신경세포에 넣음으로서 가능한 것이다.

신경세포의 흥분도를 알게 된다는 것은 어떤 결과가 어떤 영역과 관계된다는 사실을 말하므로

뇌의 활동을 샅샅이엿 볼 수 있다는 의미다. 

Calcium imaging of neurons

Neurons of a mouse viewed using calcium imaging. Note that the mouse was anesthetised for the moment the photo was taken to avoid movement.Photo from Mittmann et al. 2011 reproduced with special permission from Nature Neuroscience. The license that applies to this blog does not apply to this photo.

출처: http://blog.brainfacts.org/2013/04/the-science-behind-obamas-brain-project/#.UyzjQmfNuUk

 

Challenge 도선

1. 공간적 그리고 수적 신경세포들의 관여 내용이 결국 BRAIN project의 목표로 설정된 셈이자 도전이다.

 

Pro 찬성

- Realistic method that has been proven to work already.

Con 반대

- Difficult to apply in the deep parts of the brain and is generally more useful on neurons maintained in artificial conditions, rarely in behaving animals or humans.

 

3. Silicon-based nanoprobes.

 

한마디로 BCI(Brain-Computer Interface, 뇌와 컴퓨터 사이의 인터페이스)를 연상하면 될 것이다.

앞에서 소개한 브라질 월드컵경기 거기서 시축될 장면을 연상하면 BCI의 의미가 어떤 단계에 와있으며

그 결과는 어떻게 될 것인지 능히 예측이 가능하리라 본다.

아래 그림과 사진은 바로 그 장면과 이치를 설명하고 있다.

File:Brain-computer interface (schematic).jpg

Diagram of the BCI developed by Miguel Nicolelis and colleagues for use on Rhesus monkeys

출처: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Brain-computer_interface_(schematic).jpg

 

File:Monkey using a robotic arm.jpg

Monkey operating a robotic arm with brain–computer interfacing (Schwartz lab, University of Pittsburgh)

출처: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Monkey_using_a_robotic_arm.jpg

 

Challenge 도전

1. Make them smaller with more recording sites.

Pro 찬성

- Realistic method that has been proven to work already.

Con 반대

- The technique is invasive and requires adding a piece of electronic in the brain.

 

Other aspects.

 

최근 발표되는 BRAIN project에 대한 책자들은 한결같이 신경세포의 영향력을 인식 기록하는 것이 저부가 아니라 오히려 neural activity에 변화를 유도할 수 있는 수단을 강구함이 중요하다고 본다.

그것은 바로 인간의 해당된 다양한 행동양식을 바꿀 수 있다는 기대 때문이다.

곧 치료에 응용될 수 있음을 의미하는 것이다. 도전이자 숙제다. 더구나 침습적 방법엔 한계가 있음을 지적한다.

 

BRAIN Project가 왜 중요하며 구체적으로 많은 펀드가 조성되어있다는 것은

그만큼 기대하는 바가 크다는 것을 의미한다.

 

 

위에 설명된 내용으로 볼 때

대한민국 역시 신경과학적 연구에 적극적일 수 밖에 없음은 주지의 사실이다.

성격상 막대한 재정이 요구되는 연구이기에

우주를 알아내는 것 보다 더 복잡하고 어렵다는 뇌 과학,

그래서

국가, 대기업, 유수한 대학 연구기관이 참여한다는 것은 기본일 것이다.

IT강국으로서 소홀함이 없을 것이라는 점 익히 알고 있다.

그러나 고려할 부분이 있다.

대형 조직에서만 연구결과가 성과를 걷을 수 있다는 보장은 없다.

마치 대기업과 중소기업의 혐업으로 경쟁력을 갖는 것처럼

뇌 과학, 또는 뇌 의학에 대한 연구 역시 거대 조직만의 전유물일 수는 없다.

작은 병원에서 그것도 감히 연구소를 표방한다는 것을 냉소적으로 보기보단 거기서 창출되는 연구결과에 대해

깊은 배려와 협연이 필요하다는 점, 잊지 말아야 할 것이라 본다.

 

병원 내 뇌 의학 연구소는 꾸준히 진행될 것이다.

그럴만한 이유가 설명한 대로 그래서 존재하기 때문이다. 어렵고 고달프지만....

 

주: 제목에서 '마음의 치료' 곧 '정신치료'가 당장 무용지물이라는 의미가 아니다.

거기엔 한계가 있게 될 시재적 전환은 불가피하다는 것이며

그렇더라도

"정신치료" 자체 보다는 그 이념을 바탕에 둔 정신과의사의 자세는 여전히 타과 의사가 할 수 없는 특수분야라는

사실을 분명히 해 둠과 동시에 오래가 없기를 바란다.

 

 

 

 

더 보기 참고 및 출처 논문 및 사이트;

정동철 정수경: 정신과의사의 임상과 생활실태(I). 서울의대정신의학보. 1985, 10:7~23

http://blog.brainfacts.org/2013/04/the-science-behind-obamas-brain-project/#.UyzjQmfNuUk

http://news.donga.com/Main/3/all/20140322/61908769/1

http://www.braintech.kr/admin/management/board/blap05/?method=view&no=1918&page=1

http://en.wikipedia.org/wiki/Brain–computer_interface

 

 
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