[과학산책] 정용 교수

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이번 과학산책으로는 뇌/신경분야의 연구를 진행하고 계시는 정 용 교수님과 인터뷰를 진행하였습니다.

1. 안녕하세요, 정용 교수님. 교수님께서는 교수 임용 전 의사 생활을 하신 것으로 알고 있습니다. 의사생활 하실 때 퇴행성 뇌질환을 보는 관점과 교수가 되신 후 공학적으로 뇌질환을 보는 관점에 차이가 있나요?

의사로서 환자를 볼 때는 한 명 한 명 개인으로 생각되어 감정 이입이 많았습니다. 특히 퇴행성질환의 경우 병이 치유되는데 초점을 맞추기보다는 진전을 늦추는데 목적을 가지고 있기에 결국엔 환자의 상황이 나빠지는 모습을 보면서 의사로서 상실감과 아쉬움이 컸습니다. 반면 교수로 임용되어 연구를 진행하면서는 직접적으로 환자를 보지 않으니 좀 더 객관적으로 환자 상태를 볼 수 있게 되었습니다. 임상에서 얻은 경험을 통해 병원에서는 어떤 문제들이 발생하며 그에 따른 필요한 점을 알고 있었기에 치매를 완벽하게 치유를 하지 못하더라도 어떤 부분들을 해결했을 때 직접적으로 환자들에게 도움이 될 수 있을지에 대한 고민들을 폭넓게 생각할 수 있었습니다. 뿐만 아니라 병원에선 접하지 못했던 다양한 기술들이나 지식들을 이용해 환자들에게 어떻게 적용할지에 대한 고민들을 하면서 융합적인 사고를 할 수 있게 되었습니다.

2. 교수님의 연구실에서 동물실험을 많이 하시는 것으로 알고 있습니다. 어떤 방식으로 뇌질환과 관련된 동물연구를 진행하시는 건가요?

연구실에서는 환자 data를 이용한 연구와 동물실험을 동시에 진행하고 있습니다. 환자를 통해 얻은 data의 경우 환자의 증상과 뇌 상태의 상관관계에 대한 정보만 알 수 있습니다. 직접적인 인과관계에 대한 정보를 얻기 위해서는 뇌를 이용해 실험을 해야 하는데 이때, 사람의 뇌의 대신에 동물의 뇌로 실험하는 것입니다. 세포나 organoid와 같이 낮은 level에서의 실험도 존재하지만 뇌의 활동을 세포 하나, 유전자 하나로 설명하는 것은 실제 뇌 활동과는 거리가 있다고 생각합니다. 그렇기에 high level인 살아있는 동물 뇌를 이용해 실험을 진행하고 있습니다.

주로 연구는 뇌의 network 분석을 진행을 하는데 크게 뇌신호분석과 광학적 뇌영상기법을 사용하고 있습니다. 뇌신호분석의 경우 쥐의 뇌에 10개 이상의 전극을 사용하여 신호를 측정합니다. 광학적 뇌영상의 경우 빛이 두개골을 투과하지 못하기 때문에 피부를 열고 두개골을 열거나 얇게 만들어서 현미경이나 카메라로 신경세포 활성을 관찰하는 방법으로 얻을 수 있습니다. 뇌영상을 이용할 시 광범위한 영역의 정보를 동시에 얻을 수 있다는 장점이 있어서 Network 관찰을 하는데 사용하는 유용한 방법입니다.

이런 분석 방법들을 이용해서 뇌에서의 인과관계를 알아보기 위해 쥐에게 Optogenetics, Chemogenetics, 전기자극 혹은 뇌의 일정부분을 망가뜨리는 것으로 자극을 주어 실험하게 됩니다. 이후 쥐의 behavior의 변화, network분석등을 통해서 뇌의 pattern을 알아보게 되는 것입니다. Network 분석 외에도 퇴행성 뇌질환에서의 고혈압, 당뇨, 고지혈증과 같은 혈관성요인의 영향에 대한 것들에 대해 연구를 진행하고 있습니다. 혈관성 요인들 모두 뇌질환에 있어서 위험요소들로 작용하는데 어떤 방식으로 뇌질환에 영향을 미치는지를 알 수 있다면 기존에 알려져 있는 혈관성요인 치료방법들과 결합해 뇌질환을 완화시키고 관리할 수 있는 방법을 찾을 수 있을 것이라고 생각합니다.

3. 동물실험이외에도 환자들의 data를 가지고 연구를 진행하신다고 하셨는데 이는 어떤 방식으로 연구를 진행하시나요?

환자 data의 경우 MRI, PET 그리고 환자들의 임상정보를 결합하여서 연구를 진행하게 됩니다. MRI를 이용해서 Network 분석을 할 경우 크게 Structure와 functional network로 분리해 분석을 합니다. Structure 분석은 뇌의 조직들이 실제로 어느 부위와 연결이 되어 있는지를 diffusion tenser imaging (DTI) 방법을 이용해 촬영한 MRI image를 통해 알아내게 됩니다. Functional network는 주로 resting fMRI을 통해 connectivity를 보거나 graph이론을 적용해서 분석을 진행하게 됩니다. 이런 분석들과 기존에 알려져 있는 여러 뇌질환이 시작되는 지점 전파속도 정보들을 결합한다면 뇌의 어느 부위를 조절하면 기능을 복구할 수 있을지에 대한 test를 추가적으로 진행해 볼 수 있습니다. 나아가서는 뇌 전체를 치료하는 것보다는 국소적으로 이상부위를 조절해서 기능을 복구할 수는 방안을 만들 수 있을 것이라고 생각합니다.

4. 연구를 시작하시면서 어려우셨던 점이 있으셨나요?

처음 광학 뇌영상을 이용해 연구를 하기 위해 현미경, 동물실험 세팅 등 연구실을 시작때부터 기술적인 부분들을 해결하는 것도 쉽지 않았습니다. 뿐만 아니라 전혀 공부해 본적이 없는 Optics, 현미경 분석, 신호처리, network분석등 많은 부분들을 처음부터 공부를 해야 한다는 점에 있어서 또한 어려움이 있었습니다. 물론 다른 교수님들의 도움을 받았지만 어느 정도의 수준에 도달하는 시간동안 제가 아는 영역도 아닌 부분들을 학생들에게 지도하기도 어려웠고 오히려 제가 학생들의 도움을 받는 부분들도 많았습니다. 넓은 분야로 연구를 진행하다 보니 깊게 focus해서 연구하는 영역이 없어서 이러한 부분은 아직까지도 지속적으로 생각하고 있습니다.

5. 교수님이 가지고 계시는 궁극적인 목표가 있으신 가요?

저희 연구실은 ‘Integrative understanding through innovative technology’ 라는 모토를 가지고 연구를 진행하고 있습니다. 뇌가 어떻게 작동하고 환자들의 증상이 왜 발생하는지 연구하는 것이 정말 광범위합니다. 그렇기에 환자들의 다양한 증상들을 생물학적으로 해석을 한다는 것은 한계가 있다고 생각합니다. 그렇기에 시작한 것이 brain mapping을 통해 뇌 어느 부위에서 무슨 역할을 담당하는지를 환자의 뇌영상을 통해서 확인하는 것에서 시작했습니다. 하지만 이방법은 뇌의 한영역이 한기능을 모두 담당하는 방식이 아니기 때문에 한계가 존재하기에 현재는 Network를 통해서 환자들의 증상들이 일어나는 이유를 알아보고자 하는 연구들을 진행하고 있습니다.

사람들이 생각하기에 치매를 해결하는 방법은 일반적으로 단백질들의 변성이 일어나지 않도록 하거나 복구하는 것을 방법이라고 생각합니다. 하지만 의사의 입장에서 본다면 단백질 변성이 일어나더라도 환자의 뇌 기능에 문제가 없다면 이 또한 해결방안이라고 생각합니다. 예를 들어 감기를 치료한다고 해서 저희는 그것을 바이러스 치료라고 하지 않습니다. 다만 증상이 일어나는 대로 콧물이 나면 콧물 약, 기침이 나면 기침약을 먹어서 해당 증상을 완화시킵니다. 이처럼 치매를 근원적으로 치료를 하고자 접근하는 것이 가장 이상적이지만 쉽지 않은 경우 차선 혹은 fixable한 치매 해결책을 제시하고 싶습니다. 기본적으로 뇌가 어떻게 작동을 해서 환자들에게서 인지기능 장애가 생기는가 더 나아가서 이런 장애들을 해결할 수 있는 진단기술, 치료법을 뇌의 pattern을 통해 해결하는 것이 목표입니다.

6. 마지막으로 카이스트 학생분들 한 말씀 부탁드립니다.

제가 드리고 싶은 말씀은 두려움이 없이 도전하라는 것입니다. 자신이 하고자 하는 과목이라면 어렵더라도 부딪혀보는 것이 중요합니다. 저 또한 처음 연구를 시작할 때 필요로 인해 새로운 분야에 대한 공부들을 시작하였습니다. 하지만 요즘은 학점을 잘 따는 과목위주나 자기에게 편한 과목위주로 수업을 듣는 경향이 있는 것 같습니다. 공부라는 것이 쉬운 것 만해서는 발전을 하지 못합니다. 계속해서 어려운 것을 부딪히는 것이 필요하고 도전적인 정신을 가지는 것이 필요합니다. 세상을 살아가는데 있어서 risk가 없는 세상은 존재하지 않습니다. Risk를 겪어보고 감수해본 사람만이 경험을 가지고 나아갈 수 있습니다. 특히 학생때는 risk를 가지고 실패를 하더라도 용인이 되는 시기이기에 학생 때 도전을 해보고 실패를 해보는 경험을 가지는 것이 중요합니다. 바이오 뇌공학과를 시작한 것도 이런 도전이었고 새로운 과에 대한 확신이 없는 상태에서 과를 선택했다는 거 자체가 저희과 학생들은 기본적으로 도전적인 정신을 가진 학생들이라고 생각합니다. 그렇기에 이 자세를 잃지 말고 나아가길 바라겠습니다.

조재욱 기자(jjo2883@kaist.ac.kr)