호주-영국-캐나다 뇌과학자, 의학자로 구성된 연구팀
인간 뇌세포 추출 배양해 컴퓨터 게임 진행 여부 실험
육체와 분리된 뇌세포도 게임가능...알콜에 노출되면 게임능력 저하

21세기 접어들면서 가장 눈부시게 발전한 연구 분야는 다름 아닌 뇌과학 분야이다. 뇌과학 연구가 활발하면서 그동안 베일에 싸여있던 뇌 작동 메커니즘이 하나 둘씩 풀리고 있다. 그렇지만 우리가 알고 있는 부분보다 모르는 부분이 더 많다. 이 같은 상황에서 뇌신경과학자들이 마치 SF에서나 볼 수 있는 것처럼 육체에서 분리해 따로 떼어놓은 뇌세포로 컴퓨터 게임을 작동시킬 수 있다는 사실을 확인했다.

호주 합성생물학기업 코티컬 랩스, 허드슨 의학연구소, 모나쉬대 재료과학과, 인공지능·데이터과학과, 터너 뇌·정신보건연구소, 모나쉬 의생명영상학센터, 멜버른대 의생명공학과, 영국 런던대(UCL) 신경학연구소, 캐나다 고등과학연구소 공동 연구팀은 실험용 접시에 담은 인간과 생쥐의 뇌세포가 단순한 컴퓨터 게임을 할 수 있다는 것을 확인했다. 접시에 담긴 뇌세포조차 시간이 지남에 따라 행동을 수정하는 지능을 나타낼 수 있다는 의미이다. 이 같은 놀라운 연구 결과는 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 10월 13일자에 실렸다.

연구팀은 배양접시에 쥐의 뇌 세포와 인간 뇌 세포를 추출해 뇌 세포의 움직임을 읽을 수 있는 미세전극 배열 위에서 배양했다. 연구팀은 이들 뇌세포에 약한 전기자극을 가해 예전 오락실에서 볼 수 있는 ‘퐁’이라는 공 주고받기 게임을 할 수 있는지 실험했다. 특히 게임을 진행하면서 뇌 세포내 신경세포(뉴런)이 상호작용을 통해 세포를 변화시킬 수 있는지 관찰했다.

그 결과 게임을 처음 시작할 때는 전기자극을 통해 컴퓨터 화면에 공이 어느 쪽에 있고 얼마나 떨어져 있는지 신호를 가했는데 시간이 지날수록 신경세포간 상호작용을 통해 스스로 게임을 진행하는 놀라운 현상을 발견했다. 일반적으로 동물을 이용해 뇌신경, 또는 행동실험을 할 때는 보상, 처벌을 통해 학습을 시키기 때문에 뇌의 상호관계와 발달정도를 정확히 파악하기 어려웠다.

연구팀은 한 발 더 나아가 뇌 세포가 있는 배양접시에 농도가 다른 에틸알코올을 가해 약물이나 알코올이 뇌에 미치는 영향을 관찰했다. 알코올이 가해지면 뇌세포의 게임 능력이 현저하게 떨어지는 것이 확인됐다. 사람이 술을 마시면 뇌 활동이 둔감해지는 것과 같은 원리라는 것이다.

연구팀은 이번 연구 결과가 신약개발 과정에서 동물실험 없이 뇌 독성이나 작용메커니즘을 파악하는데 도움을 줄 것으로 기대하고 있다. 또 인공지능(AI) 기술 개발에도 활용될 수 있을 것으로 예상하고 있다.

연구를 이끈 코티컬 랩스의 최고과학책임자(CSO) 브랫 케이건 박사는 “이번 연구는 뇌가 어떻게 작동하는지, 뇌전증이나 치매 같은 뇌질환이 어떻게 발생하게 되는지 이해시켜주는 새로운 통찰력을 제시하고 있다”라고 말했다. 케이건 박사는 또 “그동안 인공지능 연구자들은 실리콘 기반의 칩을 이용해 인간의 뇌와 비슷한 전자뇌를 만들려는 시도를 했는데 이번 연구를 통해 실리콘 기반 시스템과 실제 인간의 뇌세포는 전혀 다른 방식으로 작동한다는 것을 알 수 있다”고 덧붙였다.