노령인구 증가 속도가 제일 빠른 나라는 싱가포르로서 2020년에는 1994년 대비 2배다. 한국의 경우 콜롬비아에 이어 3위로 약 1.8배 증가할 것이라 전망했다.
인구가 노령화되면 각종 질병에 노출되기도 하겠지만 이와 더불어 뇌기능도 함께 감퇴하게 된다. 뇌기능 감퇴에는 알츠하이머, 치매 등과 같이 현대 의학적인 관점에서 볼 때 불치병도 있겠으나 그렇게 심하지 않으면서 뇌기능의 약화 즉, 기억력 혹은 학습효과가 감퇴되는 경우가 많다.
그러나 뇌기능 감퇴는 비단 노인들만의 문제는 아니라고 본다. 최근 기업의 과도한 경쟁과 더불어 회사원들은 과중한 업무에 시달리고 있다. 젊은 학생들의 경우도 이와 다르지 않아 짧은 시간 내에 많은 수의 교과목을 소화해야 하므로 이로 인한 스트레스는 엄청나다고 본다.
이러한 상황에서 만약 어떤 생약재가 스트레스로부터 뇌 신경세포를 보호함과 동시에 뇌기능을 개선하여 학습효과와 기억력을 증진시킨다고 한다면 얼마나 좋겠는가? 그렇게 된다면 같은 시간 공부를 한다고 하더라도 능률이 높아 많은 양의 지식을 습득하게 될 것이다.
대한민국 식약청에서 발간한 ‘건강기능식품공전’에 명기된 고려인삼의 기능은 ‘1) 피로회복 2) 면역력 증진 3) 혈소판 응집 억제를 통한 혈액흐름에 도움 4) 기억력 개선에 도움을 줌’이다. 즉, 고려인삼은 뇌신경 기능을 개선 혹은 활성화함으로써 기억력을 개선해 준다는 이야기이다.
뇌기능 개선에 대한 인삼의 효능에 대하여 알아보기 전에 우선 어떤 기작을 통하여 우리는 특정 지식과 경험을 기억하게 되는지와 어떤 모델을 이용하여 특정 생약재가 뇌기능을 개선하는지를 밝혀내는 방법에 대해 공부해 둘 필요가 있다. 뇌에서 기억에 관여하는 부위는 해마(hippocampus)이며 해마 중에서도 CA1 부위가 가장 중요한 역할을 한다.
독자의 이해를 돕고자 실험동물을 예로 들어 설명하고자 한다. 어떤 이유로든 흰쥐의 등에 바람이 휙 지나감으로써 쥐가 깜짝 놀랐다고 가정하자. 등에 바람이 느껴지는 원인은 여러 가지가 있겠으나 우리는 3가지 상황을 설정해 놓고 이야기를 풀어나가기로 한다.
첫 번째로는 단순히 등에 자연풍이 지나갔을 경우, 두 번째는 높은 곳에서 떨어지면서 등에 바람이 느껴졌을 경우, 세 번째는 지진과 같이 심한 요동을 통해 바람 부는 것과 같은 느낌을 받았다고 하자. 이 3가지 사건의 공통점은 등에 바람 부는 것이 느껴졌다는 것과 놀랐다는 점이나 바람이 느껴지는 것 이외에도 상황별로는 다른 느낌들도 있었을 것이다.
예를 들면 단순히 자연 바람이 불었다면 바람만 느꼈을 터이지만 추락한 상황에서는 떨어지는 느낌, 지진의 상황에서는 심한 흔들림도 함께 느꼈을 것이다.
따라서 이들 3가지 상황에 있어서는 공통점과 다른 점이 있어 각각의 기억은 사안별로 이와 같은 ‘느낌의 집합’을 CA1에 존재하는 신경세포에 저장하되 상황별로 반응하는 신경세포의 수를 달리 할 뿐만 아니라 CA1부위를 입체적으로 그려 놓고 볼 때 신경세포가 반응하는 부위도 다른 것으로 밝혀지고 있다.
보다 상세히 설명하면, 지진이 있었다고 한다면 1) 놀람 2) 몸의 뒤틀림 3) 심한 진동이 합쳐져 지진에 대한 기억으로 저장될 것이며 이러한 느낌의 집합을 전문용어로는 ‘클리크(clique)’라고 한다.
반면, 높은 곳에서 추락한 기억은 1) 놀람 2) 몸의 뒤틀림 3) 추락 경험으로서 1)과 2)는 두 사건에 있어 공통점이 있으나 3)은 다르다는 것이다.
이처럼 놀란 사건들은 한꺼번에 모여 다면체 기둥을 이루게 되며 대부분의 클리크에서는 공통점을 가지나 한두 가지에서 달라 사건별 기억이 구분되게 된다. 이러한 기억의 coding은 실제로 매우 단순하다.
즉, 그림 1에서 보는 바와 같이 ‘0’과 ‘1’ 다시 말하면 ‘특정 느낌(예: 몸 뒤틀림 혹은 추락)’이 ‘있다 혹은 없다’로 나누어져 기록되게 된다. 이러한 기억 메커니즘은 전자공학과 IT 산업에서도 널리 이용하고 있다.
더 깊이 들어가 신경세포의 분자 수준에서 어떤 일이 일어나는지 알아보기로 한다. 정상적인 상황에서의 신경전달은 1) ‘도파민(dopamine)’을 생산하는 신경세포가 활성화되면 시납스 전 신경(presynaptic neuron) 낭(vesicles 혹은 sacs)에 싸여 있던 신경전달물질(이 경우 도파민)이 시납스 후 신경세포(postsynaptic neuron) 사이의 갭(gap) 혹은 간극(cleft)에 도파민을 방출하게 된다.
방출된 도파민중 일부는 시납스 후 신경세포에 존재하는 도파민 수용체에 결합되어 특정 반응을 일으키게 된다. 반면, 수용체와 결합하지 못한 과잉의 도파민은 다시 시냅스 전 신경에 있는 채널을 통하여 재흡수 되어 회수되게 된다.
시납스 활동을 증진시키는 약물 중 메칠페니데이트계(예: Ritalin, Concerta)의 경우는 방출된 도파민이 시납스 전 신경으로 재흡수 되어 들어오지 못하도록 통로를 봉쇄함으로써 간극에 존재하는 도파민이 계속하여 반응(전기 자극)을 증폭시키게 된다.
암페타민계(예: Adderall)의 경우는 작용점이 달라 도파민이 들어가야 할 낭을 이들 약물이 모두 차지하여 도파민이 몽땅 방출되게 됨은 물론 재흡수도 못하게 된다.
다음으로는 장기간 기억(long-term memory) 관련 기전에 대하여 알아보기로 한다. 여기에는 ‘글루타메이트(glutamate)’가 연관되어 있다. 즉, 시납스 전 신경으로부터 글루타메이트가 방출되어 1) AMPA 및 NMDA 수용체와 결합하게 되면 2) NMDA 수용체로의 칼슘 유입이 증가하게 되며 이렇게 되면 신호 전달이 폭포처럼 순차적으로 일어나 3) 2차 신호전달물질인 cyclic AMP (cAMP)를 대량 생산하게 된다.
cAMP는 더 나아가 다른 분자들을 활성화 시키며 이러한 일련의 반응은 결국 세포의 핵에 전달되어 CREB 단백질을 활성화시키게 된다. CREB 단백질은 DNA에 작용하여 기억 관련 단백질 합성을 증진시키며 이 단백질들은 결국 글루타메이트 방출 및 수용 신경계를 연결시키는 신호전달을 강화 시키게 된다.
만약 약물이 AMPA 수용체 혹은 AMPA 수용체를 경유하여 cAMP를 더욱 오래 작용하도록 해 준다면 기억력을 증진시킬 수 있게 되는 것이다. 현재 이런 작용을 가진 몇 가지 약물은 임상 시험 단계에 돌입해 있다.
건국대학교 의료생명대학 생명과학부 김시관 교수
환경미디어 편집위원
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