뇌에 전기 흘리면 나타나는 복잡한 세계, 신약 개발의 계기 된다

수술을 통해 뇌 깊숙이 전극을 삽입하고 전기 자극을 주어 뇌 질환을 치료하는 ‘심부 뇌 자극술’은 파킨슨병을 비롯해 우울증과 강박장애 등의 치료에 활용되고 있다. 최근에는 이를 대뇌피질에 적용해 치매와 같은 인지장애를 개선하려는 연구도 활발하다.
영화에서는 뇌 자극 수술을 받은 사람이 기억을 잃거나 인격이 변하는 장면이 종종 등장하지만, 이는 주로 수십 년 전의 상황을 바탕으로 한 설정이다. 그동안의 연구를 통해 심부 뇌 자극술은 임상에서 안전하게 활용되는 치료법으로 자리 잡았다.
그런데 심부 뇌 자극술이 뇌에 정확히 어떤 변화를 일으키는지는 아직 충분히 밝혀지지 않았다. 다만 전기 자극이 신경세포의 전기적 활동이나 신경세포 사이의 연결 부위인 시냅스에 영향을 줄 것이라는 예상이 있고, 실제로 그런 내용을 담은 연구 결과도 있다.
하지만 전기 자극이 뇌를 구성하는 세포의 생물학적 상태를 어떻게 바꾸는지에 대해서는 알려진 것이 많지 않다. 약물치료에서는 약이 신경세포의 활동뿐 아니라 유전자 발현과 같은 분자 수준의 변화에 어떤 영향을 미치는지 연구해 치료 원리와 부작용을 이해할 수 있다. 전기 자극 치료 역시 그 효과를 제대로 이해하려면 이런 생물학적 변화까지 살펴볼 필요가 있다.
미국 텍사스대 사우스웨스턴 메디컬센터 소속의 제너비브 코놉카 교수가 이끄는 연구진은 사람의 뇌 조직을 이용해 이 문제에 접근했다.
사실 뇌는 다른 장기와 달리 연구를 위해 조직을 얻기가 매우 어렵기 때문에 사람의 뇌에서 치료 과정 중 어떤 변화가 일어나는지를 직접 연구하는 것도 쉽지 않다. 그런데 최근 뇌전증의 진단과 치료 등을 위해 뇌 조직을 확보해야 하는 상황에서 얻어진 조직의 전기적 활동과 분자적 변화를 분석하는 기술이 크게 발전하고 있다.
연구진은 뇌수술을 받은 환자에게서 얻은 사람의 측두엽 피질을 얇게 잘라 배양한 뒤, 여러 개의 미세 전극이 배열된 장치를 이용해 전기 자극을 가했다. 자극 전후로 수많은 신경세포 활동을 동시에 기록하고, 이어서 개별 세포의 유전자 발현과 조절 상태까지 분석했다.
먼저 전기 자극 이후 신경세포의 활동을 살펴봤다. 자극을 받은 뇌 조직에서는 전반적으로 신경세포 활동이 증가했다. 연구진은 수㎜ 범위에 있는 많은 신경세포의 활동을 동시에 측정할 수 있는 장치를 이용해 이들의 시간적 패턴도 분석했다. 그 결과 전기 자극은 단순히 신경세포의 활동량을 늘리는 데 그치지 않고, 여러 신경세포가 서로 연결된 형태로 활동하는 패턴을 강화하는 것으로 나타났다. 전기 자극이 개별 신경세포뿐 아니라 신경세포 집단 전체의 활동에도 영향을 미친다는 뜻이다.
연구진은 여기서 한 걸음 더 나아가, 이런 변화가 일어나는 동안 세포 내부에서 어떤 분자적 변화가 나타나는지도 살펴봤다. 이를 위해 ‘단일세포 오믹스’라는 분석법을 사용했다. 신경세포는 전기신호를 주고받는 동시에, 그 활동 상태에 맞춰 유전자 발현도 변화시킨다. 전기 자극을 받은 뇌 조직에서도 신경세포의 전기적 활동 변화와 함께 유전자 발현의 변화가 나타났다.
특히 신경세포가 활성화될 때 발현돼 시냅스의 변화를 유도하는 것으로 알려진 유전자들이 두드러지게 변했다. 전기 자극으로 촉진된 신경세포들의 활동 패턴 강화에 이러한 유전자들이 관여할 가능성을 보여주는 결과다.
이번 연구는 심부 뇌 자극술이 어떻게 작동하는지 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다. 뇌에 치료 목적으로 가하는 전기 자극은 신경세포가 원래부터 학습하고 소통하는 데 사용하던 생물학적 메커니즘을 활용하는 것으로 볼 수 있다.
더 흥미로운 점은 이번 연구에서 변화가 확인된 일부 유전자가 이미 신약 개발의 표적으로 연구되고 있다는 것이다. 앞으로 뇌의 특정 신경회로와 유전자 작용을 정밀하게 조절하는 약물을 개발한다면 전기 자극 치료와 유사한 효과를 약물로 구현할 가능성도 생각해 볼 수 있다. 전기를 이용해 뇌를 치료하는 시대를 넘어, 뇌가 작동하는 원리를 약물로 재현하는 시대가 올 수 있을지 주목된다.
살인을 모의하는 이발사와 그를 짝사랑하는 파이 가게 주인. 섬뜩한 이야기를 능청스럽고 유쾌하게 주고받으며 무대를 누빈 김예진(24·서경대 뮤지컬학과 졸업)과 유기웅(25·서경대 뮤지컬학과 4학년)은 제9회 경향뮤지컬콩쿠르에서 대상을 받은 주인공들이다.
지난달 22일 열린 콩쿠르 본선에 대학·일반부 단체로 참가한 두 사람은 뮤지컬 <스위니 토드>의 ‘어 리틀 프리스트(A Little Priest)’를 선보였다. 복수를 꿈꾸는 스위니 토드와 그를 연모하는 러빗 부인이 기상천외한 살인 계획을 블랙코미디로 풀어내는 넘버다. 두 사람은 익살스러운 연기 합과 팽팽한 호흡으로 고난도 듀엣을 소화하며 심사위원들을 사로잡았다.
지난 16일 서울 중구 경향신문사에서 만난 두 사람은 “대상은 꿈에도 생각지 못했다”며 수상 당시를 떠올렸다. 단체 부문 최우수상까지 이름이 불리지 않아 수상은 물 건너갔다고 생각했단다. 마지막 순간 대상 수상자로 호명됐을 땐 서로를 바라보며 입을 틀어막았다.
“정말 꿈같았어요. 사실 본선 이틀 전까지도 ‘내가 뮤지컬을 계속하는 게 맞나?’ 고민했거든요. 꿈을 향해 나아갈 수 있는 큰 원동력이 됐습니다.”(유기웅)
“살면서 가장 많은 축하를 받은 것 같아요. 집에 갔더니 미니 현수막이 걸려 있고, 부모님이 서로를 ‘대상자 어머니’, ‘대상자 아버지’라고 부르고 계시더라고요.(웃음)”(김예진)
개그맨이 꿈이었던 유기웅은 중학교 1학년 때 호기심에 뮤지컬 동아리에 지원하며 처음 무대의 맛을 알게 됐다. “남학생 지원자가 세 명뿐이라 얼떨결에 뽑혔다”는 소년은 이후 뮤지컬의 매력에 빠져 배우의 길을 가게 됐다.
명절이면 친척들 앞에서 춤과 노래를 도맡아 하던 ‘끼쟁이’ 소녀 김예진은 중학생 때 친구를 따라 연기학원에 갔다가 뮤지컬 넘버에 마음을 빼앗겼다. “노래를 하면서 다른 세상을 다녀올 수 있다는 걸 처음 알았어요. 너무 짜릿했죠.”
두 사람의 인연은 대학에서 시작됐다. 서경대 뮤지컬학과 선후배인 두 사람은 지난해 학교 수업 발표에서 <스위니 토드>의 스위니와 러빗 부인 역을 맡으며 처음 페어로 호흡을 맞췄다. 새벽 5시까지 연습하고, 아침이면 함께 운동장을 뛰며 동작과 연기를 궁리했다. 당시 담당 교수에게 들은 인상적인 평가는 “노래를 잘한다”거나 “춤을 잘 춘다”가 아니었다. “둘이 정말 즐거워 보인다”는 말이었다.
종강 뒤에도 학교에서 마주치면 마치 인사처럼 ‘어 리틀 프리스트’를 주고받았다. 콩쿠르 출전을 제안한 건 김예진이었다.
공교롭게도 두 사람은 경향뮤지컬콩쿠르와 구면이다. 고등학교 3학년 때 각각 고등부에 도전했다가 예선에서 고배를 마셨다. 몇 년 뒤 대학에서 만나 이번에는 한 팀으로 같은 콩쿠르의 문을 다시 두드린 셈이다.
서로의 눈만 바라봐도 노래가 저절로 나올 만큼 찰떡호흡을 자랑하는 두 사람이지만 본선 이틀 앞두고는 위기가 찾아왔다. 연습 중 안무 동선이 꼬이자 쌓인 피로와 부담감이 터져 함께 눈물을 쏟아낸 것이다. 유기웅은 “한바탕 울며 속내를 털어내자 오히려 마음이 가벼워졌고 호흡도 한결 단단해졌다”고 돌아봤다.
두 사람이 캐릭터에 다가가는 방식은 사뭇 다르다. 유기웅은 배역을 맡으면 인물의 ‘일대기’를 만들 정도로 분석에 몰두한다. 그는 자신이 연기한 ‘스위니’를 “잔혹한 살인자이기 이전에 복수에 눈이 멀어 결국 가장 사랑했던 사람까지 잃어버린 불쌍한 사람”이라고 해석했다. 평소 화를 잘 내지 않고 긍정적인 자신의 성격과 정반대인 인물이어서 더 매력을 느꼈다고 한다.
김예진은 반대로 러빗에게서 자신과 닮은 모습을 찾았다. 사랑하는 사람에게 끊임없이 마음을 확인받고 싶어 하는 모습이다. “저도 늘 함께 있는 사람이 행복했으면 하는 마음에 상대의 반응을 많이 살펴요. 그런 부분이 닮았어요. 사람으로 파이를 만들지는 않지만요.(웃음)”
절친 선후배인 두 사람은 배우로서 서로를 어떻게 바라보고 있을까. 김예진은 유기웅을 “자기관리가 철저하고 몰입도가 높아 무대에서 상대가 저절로 배역에 빠져들게 만드는 배우”라고 평가했다. 유기웅은 김예진을 “타고난 끼와 센스를 갖춘 데다 지독한 연습벌레로 상대의 연기까지 살려주는 배우”라고 추켜세웠다.
두 청춘의 시선은 이제 더 넓은 무대를 향한다. 유기웅은 언젠가 <스위니 토드>의 스위니 역으로 대극장 무대에 서는 날을 꿈꾼다. ‘믿고 보는 배우’가 되고 싶다는 김예진은 꼭 해보고 싶은 배역으로 <위키드>의 엘파바와 <스위니 토드>의 러빗 부인을 꼽았다.
“관객이 없으면 배우도 존재할 수 없잖아요. 무대 위에서 관객과 하나가 되어 함께 웃고 함께 눈물 흘릴 수 있는 배우가 되고 싶습니다.”(유기웅)
“저 역시 힘들 때마다 뮤지컬 넘버를 들으며 많이 울고 위로를 받았어요. 관객들이 제 노래와 연기를 보는 동안만큼은 지친 마음을 잠시 내려놓고 온전한 행복을 느끼셨으면 좋겠습니다.”(김예진)

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