人들은 非盧人들에 비해 빠른 狀況 對處 및 判斷力이 떨어지며 學習과 記憶 能力도 크게 減退한 모습을 찾아볼 수 있다. 게티이미지뱅크 提供
一般的인 ‘老人’이라는 單語는 어떤 이미지인가. 主로 生物學的 ‘老化’와 聯關되어 聯想되므로 大部分 否定的인 便이다. 事實 老人이라는 單語 自體에도 ‘老化한 사람’이라는 意味가 담겨져 있다.
표준국어대사전에서 ‘老人’의 뜻은 ‘나이가 들어 늙은 사람’이라고 定義하고 있으며 社會的으로도 出生 後 어느 程度 以上 나이(藥 60~65歲)가 든 사람들은 老人으로 分類한다고 한다.
老人이 되면 感覺과 運動, 認知 等 身體 機能들이 老化에 依해 크게 減退하고 老化에 따라 關聯 疾患에 걸리는 確率도 增加한다. 그래서 老人들은 非盧人들에 비해 빠른 狀況 對處 및 判斷力이 떨어지며 學習과 記憶 能力도 크게 減退한 모습을 찾아볼 수 있다.
그러므로 빠른 社會 흐름에 뒤쳐져서 直接 現場을 뛰기 보다는 뒷房(?)에 눌러앉아 젊은이들의 配慮나 받아먹어야 하는 存在라 여기는 境遇도 많다. 科學 分野에서도 이러한 생각들은 例外가 아니어서 정부 出捐 硏究機關에서도 ‘賃金피크制’라는 것을 두어서 大略 60歲 程度가 되면 硏究 現場에서 물러나라는 意味로 給與를 段階的으로 削減한다.
그러나 눈을 돌려 類似한 硏究活動을 하고 계시지만 60代에 접어들어도 熱情的인 硏究活動을 하시는 大學 敎授님들을 볼 수 있는데 여러 생각이 들게 한다.
‘老人’은 나이뿐만 아니라 다른 意味도 內包하고 있다. 人間의 經驗이 知識의 量과 比例하던 現代社會 以前에는 나이가 많은 사람들은 아무리 힘이 떨어지고 가끔 깜빡 하는 모습을 보이더라도 젊은이들에게는 찾아볼 수 있는 智慧를 갖고 있다고 생각해 왔다.
그래서 ‘老人’이라는 單語에는 ‘賢者’의 意味도 숨어있기도 한다. ‘賢者’로서의 老人은 그들이 살아온 時間과 겪어온 經驗에 比例한 知識을 머리 속에 保管하고 있으므로 오래된 ‘圖書館’의 이미지와 비슷하다. 그래서인지 옛 아프리카 俗談에 ‘老人 한 名이 죽으면 圖書館 하나가 없어지는 것과 같다’라고 한 것 같다.
例를 들어, 映畫 ‘인턴’을 볼 때마다 우리는 老人에 對한 이미지를 다시 생각해봐야 할 것 같다는 생각이 든다. 70歲의 시니어 인턴 ‘벤’(로버트 드니로)李 30歲의 스타트업 經營者 ‘줄리’(앤 헤서웨이)에게 일과 生活 모두에 훌륭한 멘토 役割을 해내는 모습을 볼 수 있기 때문이다.
게다가 ‘벤’이 그 흔한 ‘拷問’이나 ‘社外理事’와 같은 자리를 찾아다닌 것이 아니라 이제 막 成長하고 있지만 未來는 不透明한 會社에, 그것도 會社 組織 內에서 가장 初入段階人 ‘인턴’에 挑戰했다니! ‘벤’은 現代版 賢者로서의 ‘老人’의 모습이 아닐까 싶다.
하지만 다른 映畫 ‘老人을 위한 나라는 없다(No Country for Old Men)’를 보면 現代 社會는 漸漸 老人들의 智慧의 價値가 漸漸 떨어질 수 있다는 생각이 든다. 映畫 題目은 예이츠의 詩 ‘비잔티움으로의 航海(Sailing to Byzantium)’ 의 첫 句節에서 따온 것인데 이 詩에서의 ‘老人’은 늙었지만 지성과 智慧를 갖춘 存在를 의미한다.
現代社會가 老人들을 위한 나라가 아닌 理由는 ‘(精神보다 肉體的인 面에 熱狂하는) 젊은이’들로 가득한 世上은 不確實하고 混沌으로 가득차 있기 때문에 老人들의 智慧에 기대어 살기에 적합하지 않기 때문이다. 이 映畫에서도 지혜로운 者(老人)가 豫測할 수 있는 水準을 벗어난 事件들이 줄을 잇는다.
이처럼 急速히 變化하고 다양하고 새로운 情報가 넘쳐나는 現代社會에서는 ‘圖書館’이나 ‘百科事典’의 有用性이 漸漸 떨어지고 旣存 知識에서 얻어진 智慧의 貴重함은 漸漸 빛을 바랠 것이다.
그러므로 아는 것은 많아도 새로운 情報를 習得하고 貯藏하며 活用하는 能力이 떨어지는 ‘正常的인 老人’이 살 수 있는 社會를 만들기 爲해서는 노인들도 그동안 쌓아온 知識들에 依存하기 보다는 새로운 情報들을 빠르게 獲得하고 貯藏하는 ‘學習 能力 回復’이 必要하다. 老化에 依한 學習 能力이 떨어지는 것을 回復할 수 있는 方法은 存在할까.
안타깝지만 아직 그것을 具現할 수 있는 科學技術은 存在하지 않지만, 2022年 보스턴대 로버트 레인하트 敎授 硏究팀이 學術誌 '네이처 神經科學(Nature Neuroscience)'에 發表한 硏究結果(10.1038/s41593-022-01132-3)에 따르면 앞으로 그 可能性을 점칠 수 있게 되었다.
이 硏究에서 밝힌 바에 따르면 비침습적으로 腦의 特定 部位를 며칠 刺戟하는 것만으로도 老人들의 記憶力이 回復되었고 그 效果가 꽤나 持續되었던 것이다.
이 硏究結果를 理解하려면 우선 記憶이 種類에 따라 서로 다른 雷斧위에서 어떻게 處理되는지 理解할 必要가 있다. 一般的으로 記憶은 持續 程度에 따라 作業記憶(또는 短期記憶)과 長期記憶으로 分類되며 장기기억은 數 日 부터 平生 持續되고 作業記憶은 길어야 數 分 안에 사라진다.
長期 記憶 形成에 關與하는 腦 部位. CELL 提供
作業記憶 中 一部는 長期記憶으로 轉換되어 오래 남을 수 있지만 大部分은 빠르게 揮發되어 버리는데, 學習情報가 長期記憶으로 貯藏되기 위해서는 特定 腦部位, 例를 들어 海馬(hippocampus)와 海馬와 連結되어 있는 여러 皮質(cortex)들 같은 腦部位의 活性이 매우 重要하다. 다른 한 便으로는 短期記憶은 主로 前頭葉(frontal lobe) 內 여러 皮質 領域들의 活性을 통해 形成되었다가 빠른 時間 사라지는 것으로 알려져 있다.
作業(短期) 記憶 形成에 關與하는 腦 部位. Frontiers Media 提供
人間의 境遇 記憶 情報가 維持되는 것과 높은 聯關性이 있는 腦 活性 패턴이 作業記憶과 長期記憶 關聯 腦 部位에서 各各 發見된다고 알려져 있다. 例를 들어 아래마루小葉(inferior parietal lobe) 內 쎄타波桐 (theta oscilation; 4~8 Hz)은 作業記憶 情報 維持에 重要한 것으로 보이며, 배外側前前頭葉(dorsolateral prefrontal cortex) 內 감마波桐 (gamma oscilation; 30~100 Hz)은 長期記憶에 聯關된 것으로 알려진 것이다.
tACS 및 tDCS의 原理 및 이를 活用한 腦刺戟의 시뮬레이션 例示. Frontiers Media 提供
PL과 같은 皮質 部位에서의 쎄타 活性은 作業記憶 情報를 담고 있는 神經活性이 여러 神經細胞에서부터 發生하고 그것들의 銃 合이 쎄타 活性으로 測定되는 것으로 생각되고 있다.
記憶 學習 中에 IPL의 活性을 妨害하면 作業 記憶 程度가 크게 낮아지므로 (https://doi.org/10.1162/jocn_a_00304) 이 部位에 記憶 情報를 끌어내는 데 도움이 될 수 있는 狀態, 세타 活性과 같은 神經活性을 誘導한다면 記憶 增强 效果를 얻을 수 있을 것이라 豫想해볼 수 있다.
DLPFC는 海馬와 함께 長期記憶 情報를 貯藏하는 場所로서 기억 情報들은 初期에 海馬를 包含한 側頭葉 內에 貯藏되었다가 漸次 DLPFC와 같은 皮質 領域과 側頭葉間 連結性 强化를 통해 安定的으로 貯藏되는 것으로 알려져 있다.
아직 그 仔細한 메커니즘은 잘 모르지만 기억 情報를 構成하는 各 要素들은 海馬 內 감마波動과 같은 빠른 頻度의 神經活性과 聯關性이 높다는 것이 알려져 있다(10.1038/nn.4374).
쎄타 活性을 調節하면 記憶情報들 間 區分이 確實해져서 情報間의 衝突이 낮아지고 이는 特定 情報를 다른 情報들과 區分하여 ‘選擇的’으로 貯藏하는데 도움이 될 수 있다고 여겨지고 있다.
DLPFC內 감마波動의 活性이 正確히 어떻게 長期記憶과 關聯되어 있는지 確實하지는 않지만 DLPFC가 短期記憶의 여러 情報들의 組織化를 증가시킴으로써 長期記憶으로의 轉換을 도울 것으로 생각된다. 또한 長期記憶 情報를 引出할 때도 DLPFC와 같은 皮質 領域들의 役割이 必須的이므로, 記憶과 關聯된 DLPFC의 特定 活性 패턴은 正常的 記憶 機能이 維持하는 것을 나타내는 것이라 볼 수 있다.
老化가 進行되면 이러한 單/長期 記憶과 關聯된 腦 속 棋戰들이 함께 또는 選擇的으로 弱化되는 것으로 생각된다. 그렇다면 特殊한 方法으로 老化에 依해 弱化된 것들을 다시 强化시키면 老化性 記憶 減退를 막을 수 있지 않을까. 老化에 依해 弱化된 學習과 記憶 關聯 腦活性 調節 技術은 어떻게 可能할까.
腦의 活性을 非浸濕的으로 調節할 수 있는 技術들이 다양하게 開發되고 있지만 그 中 가장 脚光받고 安全한 것으로 檢證된 技術들은 크게 電流 또는 磁氣場을 利用하는 方式이다. 腦의 神經活性은 電氣的 性質을 띠고 있으므로 두 方式 모두 腦의 特定 部位 神經回路網의 活性度를 充分히 調節할 수 있게 된다. 모두 머리 밖에서 手術을 거치지 않고 電流나 磁氣場을 흘려줌으로써 腦 活性을 調節할 수 있는 技術들이다.
tACS 및 tDCS의 原理 및 이를 活用한 腦刺戟의 시뮬레이션 例示. Frontiers Media 提供
따라서 以前부터 硏究者들은 單/長期 記憶과 關聯된 腦 部位에 記憶과 關聯된 腦 活性 패턴을 人爲的으로 調節하여 記憶 改善 效果를 誘導해보려 努力해왔다. 問題는 그 結果가 實驗 條件이나 硏究 對象에 따라 일정하게 導出되지 않았던 것이다.
特히 老人을 對象으로 한 記憶 改善 硏究의 數字는 많지도 않았다. 또한 技術的 限界로 인해 精密하게 腦의 特定 部位에 活性을 調節하는 것도 쉽지 않은 狀態였다.
레인하트 敎授 硏究팀은 精密度가 旣存보다 매우 높은 技術 中 하나인 高解像度 警두個 交流刺戟(HD-tACS; high-definition transcranial alternating current stimulation) 技術을 活用하여 老人의 低下된 記憶 改善을 誘導해보기로 하였다. HD-tACS는 旣存의 警두個 交流 刺戟 (tACS)보다 特定 雷斧위에 願하는 波動의 活性을 일으킬 수 있도록 開發된 非侵襲적 腦刺戟 技術이다.
硏究팀은 65~88歲 年齡의 150名 老人들을 對象으로 하였으며 이중맹검(double-blind)으로 遂行되었다. 對象者들은 特定 疾患을 앓고 있지 않는 正常的 老人들이지만 모두 老化性 記憶 減退 또는 輕度認知障礙를 갖고 있었다.
高解像度 警두個 交流刺戟은 20分間 4日 連續으로 加해졌다. 위에서 說明했듯이 作業記憶과 長期記憶은 IPL 및 DLPFC領域의 特定 活性들에 依해 增加할 것으로 豫想되므로 노인들은 두 그룹으로 나뉘어 IPL과 DLPFC 領域에 8番의 HD-tACS를 쎄타波(4Hz)와 감마波(60Hz)를 誘導하도록 處理 받았다.
HD-tACS를 利用한 IPL 및 DLPFC 刺戟
그 結果, IPL에 쎄타波를 誘導하는 HD-tACS를 받으면 老人들의 作業記憶이 有意味하게 增加하였다. 記憶 增强 效果는 刺戟을 받은지 3日째부터 確然히 觀察되었고 1달 後에도 維持되었다. DLPFC에 감마波를 誘導하는 HD-tACS를 받은 境遇는 長期記憶이 2日次부터 增加하고 亦是 1달째에도 그 效果가 維持되었음을 確認할 수 있었다.
HD-tACS를 活用한 老人의 作業 및 長期記憶 增强 結果
個人別로 그 效果 差도 엿볼 수 있었는데, 元來 낮은 記憶力을 갖고 있었던 老人들은 HD-tACS를 받으면 더 높은 記憶 增强效果를 얻을 수 있기도 하였다.
더욱 흥미로운 點은, HD-tACS의 效果가 어느 腦部位 및 腦 活性 波長을 誘導하느냐에 따라 매우 選擇的으로 記憶 增强 效果를 보인다는 것이다. IPL에 쎄타波를 誘導할 境遇에만 作業記憶이 增加하지만 감마波를 誘導하면 效果가 없었다. 마찬가지로 DLPFC에 감마波를 誘導할 境遇에만 記憶이 增加하지 쎄타波의 效果는 有意味하지 않았던 것이다.
이러한 結果는 tACS에 依한 神經回路의 電氣刺戟이 無作爲的으로 腦機能을 변화시키거나 記憶과 關聯된 腦活性을 誘導하는 것이 아니라는 것을 意味한다. 게다가 短期 記憶과 長期記憶을 擔當하는 腦 部位가 서로 다르다는 旣存의 硏究結果 및 作業記憶과 長期記憶이 各各 特定 神經活性에 依한 시냅스 可塑性 形成에 依해 調節될 것이라는 旣存 動物實驗 結果들과도 어느 程度 類似性을 보인다.
記憶增强 效果가 1달까지 維持되는 것은 亦是 長期 시냅스 可塑性의 效果에 依한 것이라 볼 수 있다. 長期 시냅스 可塑性은 새로운 遺傳子 및 蛋白質의 變化를 隨伴하며 神經回路網의 構造的 變化를 惹起한다. 따라서 HD-tACS에 依해 새롭게 發生된 神經回路網 活性은 長期 시냅스 可塑性을 調節하는 棋戰들의 스위치를 켜게 되어 腦機能 變化를 오랫동안 維持할 수 있게 만들 것이라 豫想할 수 있다.
特히나 老化性 認知機能 減退 程度가 훨씬 낮았던 老人들에게서 HD-tACS에 依해 더 높은 記憶 回復 및 增强 效果를 얻었다는 結果는, 老化에 依한 記憶 低下는 長期 시냅스 可塑性 메커니즘이 老化에 依해 많이 低下되었기 때문이라는 事實을 暗示한다.
4日 동안의 腦刺戟 過程 中 記憶 增强效果의 速度와 1달 後 增加한 記憶 能力의 程度는 有意味한 相關關係를 갖기도 하였다. 이러한 結果들은 老化로 인해 低下된 시냅스 可塑性 메커니즘은 回復 不可能한 것이 아니고 다시 回復될 수 있으며 기억 低下의 程度가 甚하더라도 HD-tACS에 依해 다시 復舊된다면 記憶 增强 惠澤을 가장 크게 누리는 效果를 얻을 수 있다고 解釋할 수 있다.
旣存에 報告되었던 硏究結果들에서는 非侵襲적 腦刺戟에 依한 記憶 增强 效果들이 恒常 일정하게 誘導되지 못했었기 때문에, 레인하트 硏究팀의 硏究結果가 果然 信賴할만한 것인가에 對한 評價는 앞으로 獨立的인 硏究를 통해 再現되는가에 따라 이루어질 수 있을 것이다.
또한 이 硏究에서는 特定 種類의 記憶情報(單語 回想)의 回復을 試驗했는데, 앞으로 다른 種類의 情報들의 學習과 記憶에도 效果가 있는지 궁금하다. 特定 또는 다양한 種類의 學習과 記憶을 向上시키는데 特定 波長의 腦活性을 증가시키는 것만으로도 充分하다면 이와 關聯된 神經生物學的 메커니즘도 깊게 理解할 必要도 있다.
HD-tACS와 같은 非侵襲적 刺戟에 依한 老人의 記憶 向上이 繼續 再現되는 것으로 確認된다면, 韓國과 같은 가파른 高齡化에 접어든 社會에서 老化性 認知機能 減退로 苦痛받는 많은 사람들에게 큰 惠澤을 줄 수 있을 것으로 期待할 수 있다.
박형주 韓國腦硏究院 韓國腦硏究院 神經血管單位體 硏究그룹長
※筆者紹介
박형주. 韓國腦硏究院 神經血管單位體 硏究그룹에서 勤務 中이며 대구경북과학기술원(DGIST) 腦認知科學專攻 兼任敎授다. 現在 생쥐 모델을 活用해 學習과 記憶을 調節하는 細胞間 相互作用의 分子 棋戰을 硏究하고 있으며, 腦 속 記憶 形成 및 變化에 對한 興味로운 硏究結果를 一般人들에게 紹介하는 著述 作業도 같이하고 있다.
