원숭이 자유의지를 초음파로 제어하는 연구

원숭이를 이용한 최신 연구에 따르면 뇌 특정 영역에 고주파음을 쏘면 원숭이 핸동에 영향을 미치는 걸 알 수 있었다고 한다. 이 연구 결과는 자유의지 개념을 복잡하게 만들지만 뇌에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있게 해주며 중독 같은 질병에 대한 새로운 치료법을 만들 계기가 될 수도 있다.

학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 발표된 이 연구는 펄스 초음파를 이용해 붉은털 원숭이를 부분적으로 제어할 수 있다는 내용을 다룬다. 화면 좌우에 표시된 대상 중 어떤 걸 보는지 결정하는데 영향을 주는 것으로 밝혀진 것.

이 연구를 공동 진행한 유타대학 연구팀은 중독 등 인간 특정 질환을 수술이나 약물 없이 치료하는 비침습 기법을 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 지금까지 초음파로 실험용 쥐 뉴런 심부를 포함해 자극할 수 있다는 걸 확인할 수 있었다. 쥐 신경 활동을 조정해 신체 내 다양한 근육 운동을 유도하는 것이다. 하지만 큰 동물에서도 고주파음이 신경 조절 작용을 할지에 대해선 다루지 않았다.

이번 연구는 원숭이 두 마리를 이용해 실험을 진행했다. 뇌졸중으로 인한 뇌 손상 영향을 조사할 때 등 인간 선택 행동을 연구하는 과학자가 자주 사용하는 실험을 실시했다. 두 마리를 어두운 방에 앉히고 머리를 고정시킨 다음 화면 중앙에 있는 대상을 보게 가르친다. 직후에 화면에는 첫 번째 좌측에서 우측으로, 2번째는 반대편에 대상을 표시한다.

실험 단계에선 원숭이 전면에 FEF 그러니까 공간과 자발적 안구 운동을 관장하는 뇌 영역을 자극하는 초음파 트랜스듀서를 이용했다. 이 실험에 사용한 모든 절차는 실험동물 관리와 사용에 관한 지침을 충실히 따랐으며 스탠포드대학 동물 실험위원회 승인도 거쳤다.

연구팀이 원숭이 왼쪽 전두엽 FEF를 자극하자 원숭이는 적당한 표적에 눈을 돌렸고 반대의 경우도 마찬가지였다. 이 작용은 우연이 아닐 가능성이 높아 사전에 훈련을 받았음에도 원숭이는 초음파 영향으로 대상을 볼 확률이 2배 이상이었다고 한다. 중요한 건 이런 초음파 요법은 운동 피질에 조사해도 아무런 영향이 없다는 것. 다시 말해 신체적 반사를 일으키는 게 아니라 실제로 지각에 의한 선택에 영향을 미치고 있다는 걸 시사한다.

저출력 초음파의 짧은 펄스는 피험자 선택 행동을 제어하거나 가역적인 영향을 미쳤다는 것이다. 이 기술은 비침습적 성격과 뇌 심부 구조물을 대상으로 설정할 수 있다는 것 자체가 동물과 인간의 원인 연구나 미래에는 환자 치료에 있어서도 큰 가능성을 열었다고 할 수 있다.

인간의 귀에는 들리지 않는 고음 음파는 실제로 뇌에서 신체적 변화를 일으킨다. 이런 펄스가 뉴런 세포막을 진동시키면 근처 뉴런을 활성화하며 이에 따라 관련 반응이 생긴다는 것. 이 경우 원숭이가 왼쪽이나 오른쪽에 있는 대상에 눈을 돌리자 경향을 제어하는 신경이다. 이 기법을 이용하면 뉴런 활동 이외에 자극된 신경과 인접 뉴런과의 연결을 바꿀 수 있어 컨디션이 좋지 않은 신경을 정상 상태로 되돌릴 수도 있다는 것이다.

뇌 특정 회로의 신경 활동을 조절할 수 있는 건 다양한 형태로 도움이 될 수 있다. 질병이나 증상으로 이어질 뇌 영역 분할 등에 한몫을 한 가능성도 있다. 알코올이나 폭식증 같은 중독에 대한 비침습적 약물이 필요 없는 치료, 강박 장애 치료에 대한 가능성도 열릴 수 있다. 물론 이런 결과는 아직은 예비 단계 수준이다. 효과는 원숭이 두 마리에서 관찰됐을 뿐이다. 앞으로 이런 결과를 재현하고 폭을 넓히고 많은 연구 방법 중에서도 뇌 다른 영역이 초음파를 이용한 조정을 할 수 있는지 지켜볼 필요가 있다. 인간에 적용하기 전에 더 확실하게 영향을 주는 특정 뉴런 매커니즘에 대한 이해가 필요할 수 있다. 그렇지 않다면 표적이 된 뇌 영역에 의도하지 않은 손상이 있을 수도 있기 때문이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.