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[헤럴드경제=구본혁 기자] 영화 ‘인셉션’처럼 타인의 기억을 읽고 이를 조작해 행동마저 제어할 수 있는 시대에 한 발짝 가까워졌다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌과학과 현정호 교수는 미국 존스홉킨스 의과대학 연구팀과 공동 연구로 특정 신경세포 및 회로와 특정 행동과의 인과관계를 검증할 수 있는 툴을 개발했다고 30일 밝혔다.

Cal-Light(캘라이트)는 빛과 칼슘을 동시에 이용해 원하는 때에만 빛을 켜고 끔으로써 활성화된 신경세포만을 시각화하거나 활성을 조절할 수 있는 기술이다. 캘라이트 기술이 효율적으로 구동되기 위해서는 특정 행동에 따라 활성화된 신경세포를 표지(Labeling)해야 한다. 또 특정 세포의 활성을 제어할 수 있는 스위치도 필요하다. 하지만 기존 캘라이트 기술은 활동전압에 비의존적인 칼슘신호에 의해 특정 신경세포가 표지될 수 있는 등 정확도가 다소 떨어질 수 있다는 단점이 존재했다.

연구진은 신경세포의 활동전압에 의해 촉발된 세포내 칼슘 상승을 빛을 이용하여 선택적으로 유전자 발현으로 전환하는 세포체에 표적을 맞춘 ST-캘라이트 시스템을 개발했다. 이는 세포체에서 발생하는 활동전압에만 더욱 의존적인 표지가 가능하므로 기존 캘라이트 기술 대비 훨씬 좋은 효율로 표지가 가능한 기술이다.

또 기존 캘라이트 기술을 업그레이드한 ST-캘라이트 기술은 단백질이 세포체에 집중되므로, 칼슘과 빛에 대한 반응성이 증가해 특정행동에 관여하는 신경세포들을 기존 대비 더 높은 시공간해상도로 표지가 가능하다. 이 기술을 활용해 뇌전증 등의 신경과적인 뇌질환 역시 전임상 단계에서 치료가 가능하다는 것을 실험동물을 통해 규명했다.

ST-캘라이트를 이용해 표지된 운동학습시 활성화되는 신경세포들(노란색).[DGIST 제공]

연구진은 세포체 표적 캘라이트 유전자를 조건부로 삽입한 유전자조작 쥐를 제작함으로써 살아있는 동물에서 신경세포 표지와 조절을 통해 특정 신경세포 및 신경회로와 특정 행동과의 인과관계를 검증할 수 있게 되었다. 특정행동에 관여하는 신경세포를 정확히 표지하고 조절할 수 있는 이 기술을 통해 기존에 연구하기 어려웠던 특정 신경세포 앙상블과 행동 사이의 연결고리를 찾는 핵심 기술로 활용될 수 있을 전망이다.

현정호 교수는 “이번 연구결과는 특정 신경세포의 활성을 제어할 수 있는 스위치를 이용해 감정·행동을 조작함으로써 즐거웠던 기억을 주입할 수도, 잃어버린 기억을 복원시키는 것도 가능할 것”이라며 “우울증이나 알츠하이머병의 새로운 치료법 개발의 전략을 제시할 수 있을 것으로 예상된다”고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케인션즈’에 2022년 12월 13일 온라인 게재됐다.