[노화의 미래기술] 뇌 과학, 노화의 미스터리를 풀다

 

"인간의 뇌는 우주에서 가장 복잡한 시스템이다.“
 
인간의 뇌는 약 1000억 개의 신경세포와 100조 개의 시냅스(신경세포 간 연결부위)로 이뤄진 복잡하고 정교한 기관이다. 학습, 기억, 감정, 의사 결정 등 우리를 '인간'답게 만드는 모든 활동은 뇌에서 비롯된다. 그러나 이 경이로운 기관도 노화의 영향에서 자유로울 수 없다. 노화에 따라 뇌세포는 점차 감소하고, 신경 연결은 약해지며, 인지 기능은 저하된다. 이는 기억력 감퇴, 주의력 결핍, 판단력 저하 등으로 나타나 일상생활에 어려움을 초래할 수 있다.
 
하지만 최근 뇌과학의 눈부신 발전은 노화의 미스터리를 풀어내고, 인지 기능 저하를 예방하며, 건강한 뇌를 유지할 수 있는 가능성을 제시하고 있다. 뇌 영상 기술, 분자생물학, 인공지능(AI), BCI(뇌-외부 장치 간 상호작용 방식) 기술의 발전은 뇌 연구에 새로운 도구를 제공하고 있으며, 노화 과정에 대한 이해를 깊이하고, 인지 기능 저하를 예방하며, 뇌 건강을 증진하는 데 기여하고 있다.
 

컨피던트 에이징의 핵심

 
컨피던트 에이징(자신감 있는 노화)은 노화에 굴하지 않고 마지막 순간까지 삶의 의미를 찾고 가치를 창출하면서 당당하고 주체적으로 삶을 살아가는 것을 의미한다. 컨피던트 에이징을 이루기 위한 생물학적 기초의 핵심은 인지기능의 보존에 있다. 이는 뇌신경과학적 근거에 기반한 다차원적 접근을 통해 실현 가능하다.
 

노화는 자연스러운 현상이지만, 노화 과정에서 뇌세포의 감소 및 기능 저하, 신경전달물질 분비 감소, 뇌 혈류량 감소, 만성 염증 등이 발생해 인지 기능 저하를 야기할 수 있다. 그러나 뇌는 놀라운 가소성(可塑性)을 지닌 기관이다. '뇌 가소성'이란 뇌가 경험과 학습에 따라 끊임없이 변화하고 적응하는 능력을 말한다. 즉, 뇌는 고정된 것이 아니라 끊임없이 변화하고 발전할 가능성을 가지고 있다.
 
최근 뇌과학의 급격한 발전은 이러한 뇌 가소성을 활용해 노화 과정에 적극적으로 개입하며, 인지 기능을 유지하고 증진시킬 수 있는 가능성을 제시하고 있다.
 

뇌과학이 제시하는 인지 기능 유지 및 증진 전략

 
약물치료, 인지 훈련, 건강한 생활 습관 유지, 뇌 자극 기술 등은 뇌 건강을 증진하고 인지 기능을 유지하는 데 도움이 되는 방법들이다.
 
약물치료는 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환의 진행을 늦추고 인지 기능 저하 속도를 늦추는 데 효과적이다. 인지 훈련은 컴퓨터 게임, 퍼즐, 바둑, 독서, 악기 연주, 외국어 학습 등 다양한 활동을 통해 뇌를 꾸준히 자극하는 것을 포함한다. 건강한 생활 습관 유지는 뇌 건강 증진의 기본이다. 규칙적인 운동, 균형 잡힌 식단, 충분한 수면, 스트레스 관리는 뇌 건강에 필수적이다.
 
최근에는 경두개 자기 자극(TMS), 경두개 직류 자극(tDCS)과 같은 비침습적인 뇌 자극 기술이 주목받고 있다. 이러한 기술들은 뇌 활동을 조절해 인지 능력을 향상시키는 데 효과적인 것으로 밝혀졌다. 신경발생(Neurogenesis)은 해마와 같은 특정 영역에서 지속적으로 발생하며, 이는 기억과 학습의 신경생물학적 기반이 된다. 시냅스 가소성(Synaptic plasticity)은 신경세포 간 연결 강도를 조절해 새로운 경험과 지식의 통합을 가능케 한다. 수초화(Myelination)는 신경섬유를 감싸는 절연체를 형성해 신경신호 전달의 효율성을 높이며, 신경 회로 재구성(Neural circuit rewiring)은 손상된 기능의 복구를 가능하게 한다.
 

뇌는 변화한다

 
뇌 가소성이란 뇌가 경험과 학습에 따라 끊임없이 변화하고 적응하는 능력을 말한다. 과거 성인의 뇌는 변하지 않는다고 생각됐다. 하지만 이제는 성인의 뇌에서도 끊임없이 새로운 신경세포가 생성되고 기존 신경세포 간 연결이 강화되거나 약화될 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 즉, 우리의 뇌는 마치 찰흙처럼 유연하게 변화하며 새로운 환경과 경험에 적응하는 놀라운 능력을 지니고 있다.
 
이러한 뇌 가소성 덕분에 우리는 새로운 것을 배우고, 기억을 형성하고, 환경 변화에 적응하며 살아갈 수 있다. 예를 들어, 새로운 언어를 배우거나 악기를 연주하는 것은 뇌의 구조와 기능을 변화시켜 새로운 신경 회로를 형성하고 기존 회로를 강화한다. 또 뇌졸중과 같은 뇌 손상 후에도 뇌는 손상된 부위의 기능을 다른 부위가 대신하도록 스스로를 재구성하는 능력을 보여준다.
 
뇌 가소성은 다양한 메커니즘을 통해 이뤄진다. 새로운 신경세포가 생성되는 신경 발생(Neurogenesis)은 학습과 기억에 중요한 역할을 하는 해마와 같은 특정 영역에서 활발하게 일어난다. 시냅스 가소성(Synaptic plasticity)은 신경세포 간의 연결 강도가 경험과 학습에 따라 강화되거나 약화되는 과정을 말하며, 이는 기억 형성과 학습의 기초가 된다. 수초화(Myelination)는 신경세포의 축삭(軸索·axon)을 감싸는 수초의 양이 변화하는 과정으로, 신경 신호 전달 속도를 증가시켜 뇌 기능을 향상시킨다.
 
마지막으로 신경 회로 재구성(Neural circuit rewiring)은 뇌 손상이나 질병으로 인해 손상된 신경 회로가 재구성되는 과정을 말하며, 뇌는 이를 통해 손상된 부분의 기능을 다른 영역이 대신하도록 해 기능을 회복할 수 있다.
 
뇌 가소성은 나이, 환경, 학습, 운동, 수면, 스트레스 등 다양한 요인의 영향을 받는다. 어린 시절에는 뇌 가소성이 높아 새로운 것을 배우고 습득하는 능력이 뛰어나지만, 나이가 들수록 뇌 가소성은 점차 감소한다. 그러나 성인의 뇌에서도 뇌 가소성은 유지되며, 적절한 자극과 노력을 통해 뇌 가소성을 증진시킬 수 있다. 풍부한 환경, 끊임없는 학습, 규칙적인 운동, 충분한 수면, 스트레스 관리 등은 뇌 가소성을 유지하고 증진시키는 데 도움이 되는 요소들이다.
 
뇌 가소성은 컨피던트 에이징을 위한 핵심 요소이다. 뇌 가소성을 유지하고 증진시킴으로써 노화에 따른 인지 기능 저하를 예방하고, 건강하고 활기찬 노년 생활을 누릴 수 있다. 뇌 가소성은 우리에게 끊임없이 배우고 성장할 수 있는 능력을 제공하며, 컨피던트 에이징을 위한 희망적인 메시지를 전달한다.
 

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI): 인간 뇌의 새로운 지평

 
BCI 기술은 뇌 신호를 직접 해독하고 조절해 인간 능력을 증강시키는 새로운 가능성을 제시한다. 생각만으로 컴퓨터를 조작하거나 로봇 팔을 움직이는 것은 더이상 공상 과학 소설 속 이야기가 아니다. 일론 머스크가 설립한 뉴럴링크는 뇌에 칩을 이식해 생각만으로 컴퓨터를 조작하는 기술을 선보였다. 이는 BCI 기술의 획기적인 발전을 보여주는 사례이며, 앞으로 BCI 기술은 의료, 교육, 엔터테인먼트 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 전망된다.
 
BCI 기술은 뇌졸중, 척수 손상 등으로 운동 능력을 상실한 환자들의 재활 치료에 활용될 수 있으며, 인지 기능 저하 치료, 학습 능력 향상 등 다양한 분야에서의 활용 가능성이 연구되고 있다. 예컨대, BCI 기술을 활용해 뇌졸중 환자가 생각만으로 로봇 팔을 움직여 물건을 잡거나 컴퓨터를 조작할 수 있도록 돕는 연구가 진행되고 있다. 또한, 알츠하이머병으로 인해 기억력이 저하된 환자의 뇌에 BCI 장치를 이식해 외부 저장 장치에 저장된 기억을 불러오거나, 새로운 기억 형성을 돕는 기술이 개발될 수 있다.
 
뉴럴링크는 2024년 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받아 인간을 대상으로 한 임상 시험을 시작했다. 앞으로 뇌 질환 치료, 인지 기능 증진, 인간 능력 확장 등 다양한 분야에서 혁신적인 기술을 선보일 것으로 기대된다.
 

뇌신경과학의 윤리적 책임

 
뇌신경과학의 급격한 발전은 윤리적, 사회적 문제를 야기할 수 있다. 인지 능력 증진 기술의 사회경제적 격차 심화, 인간 존재의 본질적 가치 훼손 등 다양한 문제들이 발생할 수 있으며, 이러한 문제들을 해결하기 위해서는 다학제적 접근과 사회적 합의가 필수적이다.
 
예를 들어, 만약 BCI 기술을 통해 기억력이나 학습 능력을 향상시키는 것이 가능해진다면, 이러한 기술은 누구에게나 공평하게 제공돼야 할 것이다. 만약 소수의 사람들만이 이러한 기술을 이용할 수 있다면, 사회경제적 불평등이 심화될 수 있다. 또한, BCI 기술을 통해 개인의 생각이나 감정을 읽어내거나 조작하는 것이 가능해진다면, 이는 심각한 사생활 침해로 이어질 수 있다. 따라서 뇌신경과학 기술의 개발과 활용에 있어 윤리적, 사회적 책임을 잊지 말아야 한다.
 
뇌과학 기술은 만능 도구가 아니며, 건강한 생활 습관 유지, 적극적인 사회 참여, 긍정적인 마음가짐 등 개인의 노력 또한 중요하다. 뇌과학 지식을 바탕으로 스스로의 삶을 주체적으로 설계하고 건강한 노년을 준비하는 것이 컨피던트 에이징의 핵심이다.
 
뇌과학은 아직 밝혀지지 않은 미지의 영역이 많은 분야이다. 하지만 인류는 끊임없는 연구와 노력을 통해 뇌의 비밀을 밝혀내고, 인간 능력을 확장하며, 더 나아가 인류의 삶을 더욱 풍요롭게 만들고자 노력하고 있다. 2030년 세계 최고 장수 국가가 될 것으로 예상되는 한국은 인류 한국 역사상 가장 현명한 'K-시니어' 세대를 통해 단순한 수명 연장을 넘어 삶의 질 향상까지 이끌어낼 수 있을 것으로 기대한다. 여기서, 뇌신경과학과 노화 연구의 발전은 한국 사회의 고령화 문제 해결에 중요한 역할을 하는 것을 넘어서 인류의 고령화 문제에 해답을 제시할 것으로 기대된다.

권순용 가톨릭대학교 서울성모병원 정형외과 교수 [사진=아주경제 DB]