구글 이미지 인식 딥러닝 인공지능(AI), 종양 식별 가능

구글의 이미지 인식하는 AI로 종양의 돌연변이를 확인할 수 있다는 연구결과가 발표되었다. 2종류의 폐암을 97%의 정확도로 판별할 수 있게 되었다고 한다. 미래에는 인공지능과 인간 병리학자의 협업으로 더 나은 의료를 받을 수 있다고 예상된다.

구글의 이미지 인식 딥러닝 인공지능 AI로 암과 종양의 식별이 가능하다

'Nature Medicine'에 발표된 연구에 따르면 뉴욕대학교(NYU)의 연구원들은 구글의 기존 딥러닝 알고리즘을 재교육하여 주요 2종류의 폐암을 97%의 정밀도로 판별할 수 있게 되었다. 이런 종류의 인공지능은 이미지로 얼굴, 동물, 물체 등을 식별하는 구글의 온라인 서비스에 사용되는 것과 동일한 기술을 사용하고 있다.

인간 병리학자들은 사진으로 종양을 식별하기 위해 엄청난 훈련을 받는다. 이번의 NYU의 신경회로망은 지금까지 병리학자가 할 수 없었던 방법도 학습했다고 한다. 1장의 사진에서 각 종양에 유전자 변이가 대량 발생하고 있는지 여부를 확인하였다. 이에 대한 논문저자 Aristotelis Tsirigos는 이번 인공지능이 인간 의사만큼 뛰어나다는 것보다 새로운 통찰력을 제공할 수 있다는 점이 중요하다고 말했다.

이번 연구를 위해 Tsirigos의 연구팀은 구글의 알고리즘이 먼저 1000 종류의 물체를 식별하도록 훈련했다. 'Inception v3'라는 오픈소스 알고리즘을 사용하였다. 암 조직과 건강한 조직의 이미지는 'The Cancer Genome Atlas (TCGA)'가 공개하는 환자의 조직 샘플 라이브러리에서 확보하였다. 이를 통해 얻은 수십만장의 암 조직의 이미지를 알고리즘에게 보여주었다.

Inception가 암 세포를 99%의 정확도로 식별할 수 있게 되자, 다음 단계로 선암종(Adenocarcinoma, LUAD)과 편평세포암종(squamous cell carcinoma, LUSC)의 2종류의 폐암을 구별하도록 학습시켰다. 두 종류는 모두 가장 많이 발병하는 폐암이다. 현미경으로 보면 비슷하지만 치료법이 다르다.

시리고스 연구팀은 다시 TCGA 데이터를 이용하여 Inception에 슬라이드 사진과 함께 각각의 종양의 유전자 프로파일을 주었다. 새로운 이미지로 실험을 실시했는데, 어떤 이미지에 암 조직이 나타나고 있는지를 식별할 뿐만 아니라 특정 조직 샘플의 유전자 변이도 식별 할 수 있었다.

연구팀은 인공지능을 훈련시키기 위해 인간 병리학자의 도움을 구했었다. 처음에는 프로젝트 참여를 두려워했으나 협력자를 찾는 것은 쉬웠다. 의사들은 Inception이 무엇을 할 수 있는지 궁금해 하였다. 병리학자들은 폐암뿐만 아니라 자신들의 프로젝트를 해결할 방법도 궁금해했다.

저자 시리고스는 인간 의사를 기계로 완전히 대체할 수는 없으리라고 말했다. 기계는 간단한 문제에 대응하고 병리학자들은 더 깊은 문제에 대응할 수 있다. 물체 인식을 기계에 맡겨도 인간만이 할 수 있는 의료범위는 충분히 남아있다.

출처 : Wired, GOOGLE AI TOOL IDENTIFIES A TUMOR'S MUTATIONS FROM AN IMAGE

발췌 : In new research published today in Nature Medicine, scientists at New York University re-trained an off-the-shelf Google deep learning algorithm to distinguish between two of the most common types of lung cancers with 97 percent accuracy. This type of AI—the same tech that identifies faces, animals, and objects in pictures uploaded to Google’s online services—has proven adept at diagnosing disease before, including diabetic blindness and heart conditions.

논문 : Nature Medicine, Classification and mutation prediction from non–small cell lung cancer histopathology images using deep learning

Abstract : Visual inspection of histopathology slides is one of the main methods used by pathologists to assess the stage, type and subtype of lung tumors. Adenocarcinoma (LUAD) and squamous cell carcinoma (LUSC) are the most prevalent subtypes of lung cancer, and their distinction requires visual inspection by an experienced pathologist. In this study, we trained a deep convolutional neural network (inception v3) on whole-slide images obtained from The Cancer Genome Atlas to accurately and automatically classify them into LUAD, LUSC or normal lung tissue. The performance of our method is comparable to that of pathologists, with an average area under the curve (AUC) of 0.97. Our model was validated on independent datasets of frozen tissues, formalin-fixed paraffin-embedded tissues and biopsies. Furthermore, we trained the network to predict the ten most commonly mutated genes in LUAD. We found that six of them—STK11, EGFR, FAT1, SETBP1, KRAS and TP53—can be predicted from pathology images, with AUCs from 0.733 to 0.856 as measured on a held-out population. These findings suggest that deep-learning models can assist pathologists in the detection of cancer subtype or gene mutations. Our approach can be applied to any cancer type, and the code is available at https://github.com/ncoudray/DeepPATH

커피 마시면 알츠하이머, 파킨슨 병의 발전 가능성을 감소

일반적으로 마시는 커피가 알츠하이머 병과 파킨슨 병의 발전 가능성을 감소시킬 수 있다는 연구결과입니다. 새로운 연구에 따르면 커피를 마시면 알츠하이머와 파킨슨 병이 발생하는 것을 막을 수 있다고합니다.

건강에 미치는 커피의 영향에 대한 기존 연구와 비슷한 결과입니다. 안좋으리라는 선입견과 달리 커피는 건강에 좋은 효과를 많이 가집니다. 특히 블랙커피의 건강상 잇점은 분명해 보입니다.

커피를 마시면 알츠하이머와 파킨슨 병의 발전 가능성을 감소시킨다

논문 초록에 의하면 '커피 섭취는 알츠하이머병(AD)와 파킨슨병(PD)의 발생 위험을 감소시킨다. 하지만 커피가 인간의 신경보호를 하는 메커니즘은 완전하게 이해하지 못했다'고 하네요.

연구팀은 라이트 로스트, 다크 로스트, 카페인 없는 다크 로스트의 3가지 커피로 조사하였습니다. Mancini 박사는 "카페인을 제거한 다크 로스트는 초기 실험에서 동일한 효능을 보였습니다. 그래서 우리는 보호효과가 카페인 때문이 아니라는 것을 관찰했습니다."

Mancini 박사는 커피콩 로스팅 과정의 결과로 등장하는 페닐인단(phenylindanes)으로 알려진 화합물 그룹을 확인했습니다. Phenylindanes은 알츠하이머 병과 파킨슨 병에 공통적으로 나타나는 단백질 조각인 '아밀로이드 베타 및 타우(beta amyloid and tau)'를 막거나 억제하는 유일한 화합물이었습니다.

출처 : University Health Network. "Drinking coffee may reduce your chances of developing Alzheimer's, Parkinson's." ScienceDaily
Summary: A new study suggests drinking coffee may protect you against developing both Alzheimer's and Parkinson's disease

논문 : Ross S. Mancini, Yanfei Wang, Donald F. Weaver. 'Phenylindanes in Brewed Coffee Inhibit Amyloid-Beta and Tau Aggregation'. Frontiers in Neuroscience

Abstract :Coffee consumption has been correlated with a decreased risk of developing Alzheimer’s disease (AD) and Parkinson’s disease (PD), but the mechanism by which coffee may provide neuroprotection in humans is not fully understood. We hypothesized that compounds found in brewed coffee may elicit neuroprotective effects by inhibiting the aggregation of amyloid-beta (Aβ) and tau (AD) or α-synuclein (PD). Three instant coffee extracts (light roast, dark roast, decaffeinated dark roast) and six coffee components [caffeine (1), chlorogenic acid (2), quinic acid (3), caffeic acid (4), quercetin (5), and phenylindane (6)] were investigated for their ability to inhibit the fibrillization of Aβ and tau proteins using thioflavin T (ThT) and thioflavin S (ThS) fluorescence assays, respectively.
 ... (중략) ...
While the neuroprotective effect of coffee consumption is likely due to a combination of factors, our data suggest that inhibition Aβ and tau aggregation by phenylindane 6 (formed during the roasting of coffee beans, higher quantities found in dark roast coffees) is a plausible mechanism by which coffee may provide neuroprotection. The identification of 6 as a dual-inhibitor of both Aβ and tau aggregation is noteworthy, and to our knowledge this is the first report of the aggregation inhibition activity of 6.

게임 테트리스, 불안과 스트레스 감소

세계적인 게임 테트리스에는 불안과 스트레스를 감소시키는 효과가 있다고 한다. 불확실하게 기다리는 시간 동안 집중하게 한다. 테트리스는 불안한 마음을 편안하게 해주는 오락활동이 된다는 의미이다. 기존에 일반적 게임의 장점으로 언급되던 결과가 다시 반복되어 확인된 연구라고 생각된다.

위에서부터 내려오는 여러 색의 블럭을 쌓아가는 테트리스는 확실히 시간을 죽이기 좋은 게임이었다. 요즘은 더 많은 게임이 있지만 상당히 오래 전부터 널리 알려져있는 대표적 게임이다. 이번에 연구자들은 사람들이 많이 해본 대표적 게임인 테트리스로 연구하여, 게임이 사람의 마음에 생기는 불안이나 스트레스를 완화하는 효과가 있다는 결과를 얻었다.

어떤 게임이든 오래 플레이 해본 사람은 실제 사회에서도 게임 안과 같은 상상이나 경험을 하게 된다. 마치 눈 앞에 게임 안의 일이 발생하는 상상을 하는 경우가 있다. 이것은 뇌 속의 이미지와 감각이 게임에 의해 지배되고 있는 상태이다. 테트리스에는 교통사고를 당한 사람의 외상후 스트레스 장애(PTSD)를 경감하는 효과가 있는 것도 확인되었었다.

테트리스 게임으로 불안과 스트레스를 감소시킨다

이러한 테트리스 효과가 오는 원인의 하나로 게임에 강하게 집중하고 빠져드는 상태인 "몰입 Flow"를 들 수 있다. Flow 상태를 경험한 사람은 공간이나 시간으로부터 분리되어 흐르는 물 속에 존재하는 듯한 감각에 사로 잡혔다는 느낌을 받는다.

이번에 스위니 교수는 이러한 테트리스 효과가 사람의 불안한 감정에 미치는 효과를 연구하였다. 시험 등으로 스트레스를 받은 사람들에게 테트리스 게임을 하게 했더니 비교군에 비해 가장 강하게 몰입 상태에 들어가 마음의 불안이 누그러질 수 있었다.

출처 : ArsTechnica, 'Study: Tetris is a great distraction for easing an anxious mind'

논문 : Emotion, 'A better distraction: Exploring the benefits of flow during uncertain waiting periods'

Abstract : A worrisome period of uncertainty frequently precedes important life events, and many of the coping strategies people employ during such waiting periods are ineffective. Distraction can be efficacious, but individuals awaiting uncertain news often fail to lose themselves in a sufficiently diverting activity. Across three studies—two observational and one experimental—we test whether flow-inducing activities provide a better distraction and improve the waiting experience. In Study 1, law graduates (N = 125) who experienced more flow while awaiting their bar exam results reported less worry, fewer negative emotions, and more positive emotions. However, they were often unable to accurately identify personally relevant flow-inducing activities. Study 2 replicated these findings in a longitudinal study of doctoral-level students in the academic job market (N = 141). Study 3 experimentally tested the effects of engaging in a flow activity (via an adaptive Tetris game) on undergraduate participants (N = 309) waiting for peers to rate their physical attractiveness. Study 3 successfully replicated the findings of Studies 1 and 2 with a measure of subjective flow experiences, but the manipulation was only effective for bolstering positive emotion and mitigating negative emotions; it did not reduce worry. Our findings point to challenges in moving people toward flow but suggest that engaging in flow may boost well-being during a period of uncertainty and make waiting a little easier.

아들 딸 출생 비율? 아버지 유전자로 결정된다

남자 여자 성별 결정은 아버지 염색체에서 결정됨을 알고 있다. 이번 연구는 성별 결정이 아니라, 아기가 출생할 때 아들 딸 비율 즉 남녀 비율이 아버지 유전자에 의해 결정된다는 내용이다. 성별 결정이 아니라 비율이 남성 유전자에 영향을 받는다는 의미이다.

수백년의 가계도를 연구한 결과 남성 유전자가 아들 또는 딸을 결정하는 역할을 함을 알 수 있었다. 남자들은 부모에게서 아들이나 딸 중에 어느 성별을 더 많이 낳는 경향인지를 물려받는다. 즉 형제가 많은 남자는 아들을 가질 가능성이 높고, 자매가 많은 남자는 딸을 가질 확률이 높다.

아들 딸 출생 비율? 아버지 유전자로 결정된다

뉴캐슬 대학교에서 수천명의 가정을 대상으로 연구하였다. Corry Gellatly의 연구에 의하면 남성이 부모로부터 더 많은 아들 혹은 더 많은 딸을 갖는 경향을 물려받는다고 한다. 많은 형제들을 가진 남자가 아들을 가질 가능성이 더 높은 반면, 많은 자매들을 가진 남자는 딸을 가질 가능성이 더 높다. 이번 연구는 북미와 유럽에서 1600년부터 927개의 가계도로 556387명의 사람들에 대한 정보를 조사하여 얻은 결과이다.

남자가 X염색체 또는 Y염색체를 전달하느냐에 아기의 성별이 결정된다. X염색체는 엄마의 X염색체와 결합하여 여자아이를 만들고 Y염색체는 엄마 염색체와 결합하여 남자아이를 만든다.

뉴캐슬 대학교의 연구는 한 남성의 정자가 더 많은 X염색체를 포함하고 있는 또는 Y염색체를 포함하고 있는지를 아직 발견되지 않은 유전자가 통제하고 있다고 제안한다. 즉 Y정자를 더 많이 가진 남성의 숫자와 X정자를 더 많이 가진 남성의 수의 비율이 매년 태어나는 아이들의 남녀성별 비율에 영향을 미친다.

X와 Y 염색체 비율을 조절하는 유전자는 세 가지 조합이 가능하다. mm의 남자는 아들을 더 많이 낳고, mf는 같은 비율, ff의 남자는 딸을 더 낳는다. 자세한 내용은 아래 과학사이트 원문이나 논문을 참조하면 된다. 다만 이러한 세 가지 경우가 있기에 평상시에는 남녀 비율이 유지되고 전쟁 후에는 아들이 많이 태어난다. 남녀 비율 유지는 위 그림이 어느 정도 설명하고 있다.

그러면 전쟁 후에 소년이 더 많아지는 이유는 무엇일까. 쉽게 말해 전쟁으로 남자가 죽으면 확률적으로 남자 아이를 낳을 남자가 많아지기 때문이라고 한다. 1차 세계대전이 끝난 후 영국에서 여자아이 100명 당 남자아이는 102명이었다. 형제가 많은 남자이든 자매가 많은 남자이든 전쟁에서 죽는 비율은 같다고 보면 전쟁 후에는 결국 형제가 많은 남자의 비율이 높아진다. 남자가 적어지면 형제가 많은 남자가 상대적으로 많이지고 결과적으로 아들이 많이 태어난다는 의미이다. 

이에 대해 몇가지 경우의 예로 설명해보려고 했는데, 글을 쓰면서 다시 생각해보니 논리의 오류가 있어보여 덧붙이지 못했습니다. 아래 출처의 글이나 논문을 읽고 이에 대해 더 잘 이해가 되신 분은 댓글로 설명해주면 좋겠습니다.

출처 : Newcastle University. (2008, December 12). Boy Or Girl? It's In The Father's Genes. ScienceDaily

Summary : A study of hundreds of years of family trees suggests a man's genes play a role in him having sons or daughters. Men inherit a tendency to have more sons or more daughters from their parents. This means that a man with many brothers is more likely to have sons, while a man with many sisters is more likely to have daughters.

논문 : Gellatly et al. Trends in Population Sex Ratios May be Explained by Changes in the Frequencies of Polymorphic Alleles of a Sex Ratio Gene. Evolutionary Biology

Abstract : A test for heritability of the sex ratio in human genealogical data is reported here, with the finding that there is significant heritability of the parental sex ratio by male, but not female offspring. A population genetic model was used to examine the hypothesis that this is the result of an autosomal gene with polymorphic alleles, which affects the sex ratio of offspring through the male reproductive system. The model simulations show that an equilibrium sex ratio may be maintained by frequency dependent selection acting on the heritable variation provided by the gene. It is also shown that increased mortality of pre-reproductive males causes an increase in male births in following generations, which explains why increases in the sex ratio have been seen after wars, also why higher infant and juvenile mortality of males may be the cause of the male-bias typically seen in the human primary sex ratio. It is concluded that various trends seen in population sex ratios are the result of changes in the relative frequencies of the polymorphic alleles of the proposed gene. It is argued that this occurs by common inheritance and that parental resource expenditure per sex of offspring is not a factor in the heritability of sex ratio variation.

맹장, 파킨슨병의 잠재적인 출발점

파킨슨병의 원인에 대한 연구이다. 약간 당황스럽게도 맹장이 파킨슨병의 잠재적인 출발점으로 확인된다는 논문이 발표되었다. 몇몇 외국 과학사이트에서 동시에 이슈로 올라오고 있다.

맹장이 파킨슨병의 잠재적인 출발점으로 확인되다

이번 연구에 의하면 맹장은 질병과 연관된 단백질의 저장고 역할을 하며 맹장 절제술은 파킨슨병 발병 위험을 줄여준다고 한다. 인생의 초기에 맹장을 제거하면 파킨슨 병에 걸릴 위험을 19-25%까지 감소시킨다고 한다.

출처 : ScienceDaily, Van Andel Research Institute. "Appendix identified as a potential starting point for Parkinson's disease: Appendix acts as a reservoir for disease-associated proteins; appendectomy lowers the risk of developing Parkinson's."

Summary: Removing the appendix early in life reduces the risk of developing Parkinson's disease by 19 to 25 percent, according to the largest and most comprehensive study of its kind. The findings solidify the role of the gut and immune system in the genesis of the disease, and reveal that the appendix acts as a major reservoir for abnormally folded alpha-synuclein proteins, which are closely linked to Parkinson's onset and progression.

논문 : Science Translational Medicine, Bryan A. Killinger, ... "The vermiform appendix impacts the risk of developing Parkinson's disease."

Abstract : The pathogenesis of Parkinson’s disease (PD) involves the accumulation of aggregated α-synuclein, which has been suggested to begin in the gastrointestinal tract. Here, we determined the capacity of the appendix to modify PD risk and influence pathogenesis. In two independent epidemiological datasets, involving more than 1.6 million individuals and over 91 million person-years, we observed that removal of the appendix decades before PD onset was associated with a lower risk for PD, particularly for individuals living in rural areas, and delayed the age of PD onset. We also found that the healthy human appendix contained intraneuronal α-synuclein aggregates and an abundance of PD pathology–associated α-synuclein truncation products that are known to accumulate in Lewy bodies, the pathological hallmark of PD. Lysates of human appendix tissue induced the rapid cleavage and oligomerization of full-length recombinant α-synuclein. Together, we propose that the normal human appendix contains pathogenic forms of α-synuclein that affect the risk of developing PD.

식생활 패턴 변경해도 성인 장내 세균은 다양해지지 않는다

식생활 패턴을 변경해도 성인의 장내 세균은 다양해지지 않는다는 연구결과가 나왔다. 최근 가공식품을 먹던 어른과 어린이가 가공식품이 없으며 수렵 채집 농업의 식생활을 하면 장내세균총(gut microbes)은 어떻게 변화하는지 연구되었다.

식생활 패턴 변경해도 성인 장내 세균은 다양해지지 않는다

일반적으로 장내 세균이 다양하면 건강하다고 보았다. 지금까지의 연구에서 가공식품이 적은 전통적 식생활을 하고 있는 사람은 도시적 식생활을 하는 사람에 비해 장내세균이 다양하다고 알려졌었다. 그러나 도시 생활하는 사람이 전통적 생활를 하면 장내세균은 더 다양해지는지에 대해서는 알지 못했다.

Rutgers 대학교의 미생물 생태학자인 Maria Gloria Dominguez-Bello와 베네수엘라 과학조사기관의 미생물학자인 Monica Contreras의 연구결과이다. Yekwana 마을에서는 사람들이 수렵, 채집, 농업으로 살고 있다. 옥수수, 베리, 파인애플의 야생 과일과 물고기와 야생 닭고기 등을 먹고 산다. 마을을 방문한 7명은 생선과 고기 식사를 1일에 2번 먹고 나머지는 과일 등을 먹었다. 체류하면서 강에서 목욕을 하는 등 자연 리듬에 맞추어 생활했다.

Dominguez-Bello에 따르면 서구식 식사에 비해 현지 식생활은 동물성 단백질이 적고 식이섬유가 매우 많으며 지방이 적다고 한다. 전통적 식사는 가공식품에 비해 화학적으로 복잡하고 다양한 장내세균을 만들기에 유리하다고 보여졌었다. 전통적 식사에는 항균제도 포함되어 있지 않기에 장내 다양성 증가에 좋다고 여겨졌었다.

16일 후 연구원들은 체류자의 피부, 입, 코, 분변에서 샘플을 모으는 동시에 같은 연령의 마을 사람으로부터도 샘플을 수집해 검사 결과를 비교했다. 연구 결과에 의하면, 마을을 방문한 성인에게서 장내 세균총은 현저하게 변화하지 않았다. 한편 방문했던 2명의 아이는 장내세균의 종류의 수치가 증가하였다. 2명이라는 샘플수는 통계적으로는 매우 적기에 명확한 결론을 내리긴 어렵다. 아이의 나이는 4세와 7세였다. 이에 대해 연구원은 흥미롭다고 말하였다.

왜냐하면 지금까지 연구에서는 아이의 장내세균총은 3세가 되면 어른과 같이 안정된다고 알려져 있었기 때문이다. Dominguez-Bello에 의하면 이런 결과는 장내 세균총은 3세까지 성숙하는 것이 아니라 더 시간이 걸릴지도 모른다는 사실을 나타낸다고 한다. 앞으로 Dominguez-Bello는 12명의 아이를 마을에 데려가 다음 연구를 실시할 예정이다.

이번 연구에서 아이의 장내세균총은 지금까지 생각해온 이상으로 적응성이 있다고 나타났다. 도시에서 사는 아이라도 가공식품이 아닌 식물섬유가 많으며 지방이 적은 식사를 하면 장내세균을 다양화 시킬 수 있음을 나타낸다.

참조 : sciencedaily, Switching to hunter-gatherer lifestyle may increase diversity in children's gut microbes, Aug 29, 2018
          mSphere, Changes in the Gut Microbiota of Urban Subjects during an Immersion in the Traditional Diet and Lifestyle of a Rainforest Village

인간 망막, 실험실에서 만들다 색각장애 녹내장 치료 가능성

실험실에서 인간 망막을 만드는데 성공했다. Color vision에 대해 이해도가 높아질 것이다. 색각장애와 녹내장 치료에 새로운 가능성이 생겼다고 한다. 일반적으로 망막은 아기가 태내에 있을 때 발달하므로 생성과정을 관찰, 연구하기는 어렵다. 존스 홉킨스 대학교 연구자들은 지금까지 힘들다고 여겨졌었던 망막 형성을 해냈다. 이번 연구결과는 색각장애나 녹내장 치료에 크게 도움이 될 것으로 보인다.

연구팀 Kiara Eldred에 의하면, 삼차원 장기 '망막 오가노이드 organoid'를 만들기 어렵고 완성까지 몇년이 걸렸다고 한다. 미성숙 망막세포를 오가노이드로 만들려면 1년 걸리고, 세포가 망막 알가노이드로 성장한지 몇 주 되면 아주 조금 안정되지만 최초 일주일은 매일 살펴주어야 한다. 운이 좋으면 세포를 태내 아기가 갖는 3차원 구조로 성장시킬 수 있다.

인간 망막, 실험실에서 만들다 색각장애 녹내장 치료 가능성

Eldred와 Bob Johnston는 파리의 시각에 대해 연구하고 있었다. 그러나 동물 마다 몇가지 색을 지각하는지는 다르다. 예를 들어 쥐는 빨강을 지각할 수 없다. 즉 인간 색각이 어떻게 발달하는가를 알기 위해서는 인간 망막을 실험실에서 만들 필요가 있다. 그래서 인간 망막을 성장시키는 연구를 시작했다.

태아의 몸속에서 우선 발달하는 것은 푸른색을 지각하는 세포이고 다음에 붉은색과 녹색을 지각하는 세포가 발달한다. 동물을 대상으로 한 연구로부터 색을 지각하는 추상체의 발달에는 갑상선 호르몬의 기능이 관계하고 있음을 알고 있었다. 그래서 연구자들은 시험관 안에서 발달한 세포에 갑상선 호르몬을 주었는데 갑상선 호르몬이 주어진 오르가노이드는 붉은색, 초록색을 지각하는 추상체가 더 많이 만들어졌다다.

그 후 갑상선 호르몬이 색각을 만드는 트리거가 되고 있음을 수년에 걸쳐 확인했다. 그러나 왜 추상체가 녹색과 붉은 지각만을 더 발달시키게 되는지는 밝혀지지 않았다.

어떻게 색각이 발달하는가에 대한 이해는 색각 장애나 황반변성 치료에 도움이 되리라 생각된다. 연구자는 이번 연구의 목표에 대해 "1순위는 색각 장애의 사람들에게 색각을 되찾아 주는는 것"이라고 말하였다. 이번 연구가 기존 색각장애 연구를 가속화시키리라 보고 있다. 또다른 목표는 녹내장, 황반변성 같이 실명하게 만드는 병의 연구에 도움이 되는 것이다.

출처 : www.npr.org  Human Retinas Grown In A Dish Reveal Origin Of Color Vision
        science.sciencemag.org  Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids

인간 게놈에 들어간 바이러스가 마약 중독과 상관 관계 있다

마약 중독이 고대에 외부에서 인간 게놈(유전체)에 들어간 바이러스과 상관 관계가 있다는 연구결과가 발표되었습니다.

인간 게놈에는 사실 외부에서 혼입된 바이러스가 일정 부분 관여하고 있으며 게놈의 일부로서 유전되고 있습니다. 레트로 바이러스에서 유래한 것으로 보이는 외래성의 게놈 배열은 "내생 레트로 바이러스"라고 불리며 인간 뇌에도 큰 영향을 주고 있다고 생각되고 있습니다. 그런데 내재성 레트로 바이러스가 마약 중독과 상관 관계가 있다는 연구 결과가 보고되었습니다.

인간 게놈 중에는 아주 오랜 옛날에 침입하여 이후 유전되어 온 내재성 레트로 바이러스가 산재하고 있습니다. 많은 내재성 레트로 바이러스는 모든 인간에게 같이 유전되고 있지만 일부 내재성 레트로 바이러스는 게놈에 대한 혼입 비율에 개인차가 있다고 합니다.

옥스퍼드 대학교과 아테네 대학교가 공동으로 실시한 연구에서는 레트로 바이러스의 일종인 'HERV-K HML-2(HK2)'이 도파민 방출과 관련하는 유전자(RASGRF2) 근처에 존재하면 약물 중독자가 되기 쉽다고 합니다. 깊은 상관 관계가 있음이 발견되었습니다.

인간 게놈에 들어간 바이러스가 마약 중독과 상관 관계 있다

연구팀은 영국과 그리스에서 C형 간염 및 에이즈에 감염된 피실험자를 대상으로 게놈의 HK2의 오염 상태를 분석했습니다. 피실험자들이 질병에 감염된 경로는 약물 주사이며 모두 약물 중독에 빠진 적이 있는 사람들입니다. 일반적으로 RASGRF2 유전자의 근처에 HK2가 존재하는 비율은 5~10%라고 하는데, 약물 중독된 피험자를 대상으로 한 분석에서는 통상의 2배에서 3배 비율로 RASGRF2 유전자의 근처에 HK2가 존재했다고 합니다. 연구팀은 RASGRF2 유전자의 근처에 HK2가 존재하는 것과 약물 중독 사이에 유의한 상관 관계가 있다고 생각하고 있습니다.

연구를 지휘한 옥스퍼드 대학교의 Aris Katzourakis 교수는 "아직까지는 사람은 각각 개인 차이를 보이는 레트로 바이러스가 인체에 어떤 영향을 미치고 있는지 모르는 것이 많았습니다. 이번 연구는 HK2가 인간의 특징에 영향을 미치고 있음을 세계 최초로 제시했습니다"라고 말하였습니다.

그동안 '인간의 내재성 레트로 바이러스가 병을 일으키는 요인이 아닌가'라는 지적은 있었지만, 내재성 레트로 바이러스는 무해하다는 설이 일반적이었습니다. 내재성 레트로 바이러스가 인간 게놈에 혼입된 것은 현대인이 탄생하기보다 오래 전 일이에 '약물 중독이기에 HK2가 RASGRF2 유전자의 가까이에서 늘었다'라고 생각할 수 없습니다.

많은 사람의 내재성 레트로 바이러스는 다수의 사람들에서 공통적으로 존재하는 반면에, HK2에 대해서는 게놈으로 혼입에 개인차가 있다고 합니다. 인간 내재성 레트로 바이러스는 자기 복제를 목적으로 숙주인 인간이 전달하는 복제 신호를 이용합니다. 그 때 근처에 존재하는 게놈의 발현과 기능에 영향을 줄 수 있기에, HK2의 혼입은 근처의 게놈 전사에 큰 영향을 주게 됩니다. 연구팀은 HK2가 인체에 미치는 영향을 보다 깊이 연구하면 약물 중독 치료제 개발에 도움이 될 수 있으리라 밝혔였습니다.

출처 : sciencedaily.com 'Evidence that addictive behaviors have strong links with ancient retroviral infection'
논문 : Human Endogenous Retrovirus-K HML-2 integration within RASGRF2 is associated with intravenous drug abuse and modulates transcription in a cell-line model. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018; 201811940

몸을 따뜻하게 하는 목욕과 사우나는 운동만큼 건강에 유익

신체를 따뜻하게 덮히는 목욕이나 사우나는 운동과 마찬가지로 건강에 유익하다고 연구결과가 보고되었습니다. 당뇨병 환자의 치료법으로도 효과적일 가능성이 있습니다. 온천을 즐겨본 사람은 그 효과를 잘 아실겁니다. 욕조에 몸을 완전히 담그거나 사우나로 몸을 녹이는 것은 운동과 마찬가지로 건강에 효과적이라는 과학연구 결과가 속속 나오고 있습니다.

경험적으로 온천욕이 건강에 효과적이라고 생각되어 왔습니다. 그러나 과학 실험을 수반하는 연구는 그다지 진행되지 않았습니다. 몸을 따뜻하게 하면 건강에 도움이 된다는 사실이 최근 다양한 연구로 밝혀지고 있습니다.

The effect of passive heating on heat shock protein 70 and interleukin-6: A possible treatment tool for metabolic diseases?, Temperature, 2017

몸을 따뜻하게 하는 목욕과 사우나는 운동만큼 건강에 유익

Loughborough 대학교 연구팀은 뜨거운 목욕이 혈당 조절과 에너지 소비에 미치는 영향을 조사했습니다. 실험에서는 14명의 남성 피실험자가 참여하였습니다. 40도 욕조에서 1시간 있는 것과 1시간 자전거 타기를 하는 2가지 행동을 한 후, 연소된 열량을 측정하고 이후 24시간 후의 혈당치를 측정하였습니다. 결과적으로 더 많은 칼로리를 소비한 것은 자전거 타기였습니다. 1시간 목욕에 의해서 연소된 열량은 약 140kcal로 30분 걷기의 효과 밖에 안되었지만, 혈당치에 관해서는 목욕 후가 자전거 보다 최대치가 10% 낮게 나왔습니다.

연구팀의 다른 연구에서는 목욕 등으로 정기적으로 몸을 녹이는 반복적인 '수동적 가열(Passive Heating)'에 의해서 면역력이 향상되는 것으로 드러났습니다. 병이나 감염으로부터 몸을 지키는 항염증 반응의 정도를 간접 가열과 운동에 대하여 비교한 결과 간접 가열에 의해서 얻을 수 있는 항염증 반응은 운동 후와 같은 수준이었습닏. 반복적으로 몸을 덮히기는 2형 당뇨병과 같은 장기적인 질환에서 발생하는 만성적 염증을 줄이는 효과가 있음을 시사하고 있습니다.

사우나의 나라인 핀란드에서는 2015년에 자주 사우나를 하는 남자는 수동적 가열 때문에 심장 혈관 기능을 개선하여 심장 발작이나 뇌졸중 발병 위험을 줄일 수 있다는 연구결과를 발표하였습니다. 또한 2016년에는 오리건 대학교의 연구팀에 의해 '정기적인 온욕은 혈압을 낮추는 효과가 있다'라는 연구결과가 발표되었습니다. 이후 다른 연구에서는 간접 가열을 받으면 혈관을 팽창시키고 혈압을 낮추는 인자인 일산화질소의 농도가 상승된다는 사실이 발견되었습니다. 2형 당뇨병에서는 일산화질소의 수용 능력이 저하하는 것이 알려져 있습니다. 수동적 가열이 혈압을 낮추는 메커니즘이 간접 가열에 의한 일산화질소의 농도 상승이었습니다.

구글 인공지능 부문 딥마인드에서 의료 서비스에 비트코인의 블록체인 기술 활용

구글(Google)의 인공지능 사업부문인 딥마인드(DeepMind)에서 의료 서비스에 비트코인(Bitcoin)의 블록체인 기술을 활용하려 합니다. 최근 구글의 인공지능 딥마인드 기술은 암 치료에도 응용되는 등 의료 부문에도 진출하고 있습니다. 헬스케어 부문으로서 'DeepMind Health'도 발족되어, 영국 국민보건 서비스(NHS)와 협업을 시작하였습니다. 그런데 구글이 NHS에 대한 정보나 권한을 가지지 않을까 하는 우려와 비판도 생기고 있습니다. 이에 구글은 비트코인에서 사용되는 '블록체인' 기술을 사용한 '분산형 디지털 기록 시스템'을 계획하고 있다고 합니다. 의료 분야의 개인정보를 다루면서 생길 문제점에 대해 미리 대비하는 것입니다.

DeepMind Health는 영국의 병원 및 NHS와 연계하여 환자 정보를 실시간 추적하는 신기술 'Verifiable Data Audit'을 2017년 안으로 적용시키려 하고 있습니다. Verifiable Data Audit은 환자의 데이터를 암호화하고 자동적으로 기록하는 디지털 장부입니다. 병원은 이런 기술을 이용하여 환자의 정보를 개별적으로 관리하지 않아도 데이터베이스에 모여진 자료를 근거로 심각한 질병을 미리 검출할 수도 있습니다.

환자 정보를 실시간 추적하는 신기술 'Verifiable Data Audit'

시스템을 구축하기 위해 구글은 NHS 재단의 병원과 데이터 공유 계약을 맺었습니다. 과거 5년간 160만명의 환자 데이터를 구글이 실시간으로 다룰 수 있게 되었습니다. 그러나 'New Scientist'에서는 구글이 NHS의 개인 정보를 갖는 일이 대해 우려하고 비판하는 기사를 실었습니다.

이러한 비판을 받고 딥마인드는 환자들에게 설명회를 하였습니다. 'DeepMind Health'에서 취급하는 데이터는 Google과 공유되지 않으며, 데이터의 공유에는 환자의 동의가 필요하다는 것을 설명하였습니다. DeepMind Health의 블로그에서는 데이터를 보유하고 있는 조직이 동의 없이 환자의 기록을 연구 목적에 사용할 수 없다는 것을 설명하고 있습니다.

이처럼 섬세한 개인 정보를 취급하면서 DeepMind는 비트 코인에 사용되고 있는 기술"블록 체인(분산형 네트워크)"를 환자의 디지털 기록에 응용할 계획이라고 말합니다. 블록 체인은 중앙 집권적이 아니라 전 세계에 분산하는 컴퓨터에 데이터를 위치시킴으로써 리스크 헤지를 실시하는 시스템. 어떤 기술인지는 이하의 기사를 읽으면 잘 압니다.

구글 인공지능 부분 딥마인드, 의료 서비스에 비트코인의 블록체인 기술 활용

블록체인과 동일하게 DeepMind Health의 디지털 데이터베이스의 기록은 추가만 할 수 있어서 몰래 누군가 삭제할 수 없으며 제3자에 의해 조작이 되지 않습니다. 하지만 블록체인 분산화 시스템은 디지털 데이터의 검증을 하기 위해 시스템의 참여자 모두의 단말기에서 복잡한 계산을 반복하게 됩니다. 이러한 사용자들의 전력 에너지 사용량은 키프로스 공화국의 소비전력과 비슷한 수준이라고 하네요.

딥마인드 보안 부문의 책임자인 Ben Laurie는 데이터의 안전성을 확보하기 위해 블록체인을 사용하게 되면 엄청난 손실이 있다고 말합니다. 그래서 딥마인드는 모든 데이터를 분산화할 필요는 없다고 주장하고 있습니다. 하지만 이들의 시스템은 아직 개발중이어서 최종적으로 어떤 형태로 완성될지 아직 알 수 없습니다. 장기적으로 환자가 어디서 어떻게 데이터가 쓰였는지 자신이 검증할 수 있도록 기능을 향상시키겠다고 합니다.

임신하면 여성 뇌에 변화가 생겨 어머니로서의 힘이 강해진다는 연구결과

네이쳐 뉴로사이언스에 논문이 게재되고 사이언스 매거진에도 소개된 최신 연구결과입니다. 여성은 임신하면 호르몬 균형이 크게 변동하며 신체에도 변화가 있는 것으로 알려져 있었습니다. 그런데 이에 그치지 않고 뇌에도 변화가 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 네이처 논문 제목은 '임신은 인간 뇌 구조를 오래동안 변화시킨다'이며, 사이언스 메거진의 기사 제목은 'Pregnancy resculpts women’s brains for at least 2 years'입니다.

논문: Pregnancy leads to long-lasting changes in human brain structure, Nature Neuroscience (2016) doi:10.1038/nn.4458

임신하면 여성 뇌에 변화가 생겨 어머니로서의 힘이 강해진다는 연구결과

이번 연구는 네덜란드 라이덴 대학교 신경과학자 Elseline Hoekzema와 스페인 바르셀로나 대학 연구팀이 진행한 결과입니다. 연구팀은 여성 25명에 대해서 임신 전과 출산 후에 3주에서 수개월 동안 2차례의 뇌 스캔을 실시하였습니다. 이와 동일한 간격으로 부인이 초산을 하는 아버지 19명, 아이 없는 남자 17명, 임신 경험이 없는 여성 20명도 스캔을 하여 비교 분석하였습니다. 뇌 회백 질량의 변화를 조사했습니다.

결과에 따르면 임신한 여성만이 회백질과 해마의 용량이 줄어든 것으로 나타났습니다. 임신을 할 때 자연 임신이나 체외 수정의 여부와는 상관 없이 일관되게 나타났습니다. 따라서 MRI스캔을 실시하여 여성이 임신했는지를 100% 예측하는 것이 가능했다고 합니다.

엄마가 된 25명 중에 이후에 다시 임신하지 않은 11명을 대상으로 2년 후에 다시 MRI스캔을 실시하였습니다. 이 결과 해마의 용량은 회복하고 있었지만 회백질의 용량은 감소한 상태를 유지했습니다. 즉 2년이라는 장시간이 지나자 어느 정도 회복하였지만 여전히 뇌 상태를 조금 달랐다는 의미입니다.

또한 출산 후 어머니들에게 자신의 어린이를 포함하여 아이들의 사진을 몇장 보여주면서 뇌 기능을 MRI스캔으로 확인하였습니다. 자기 아이의 사진을 보았을 때는 회백질의 잃어버린 뇌 영역이 강한 신경 활동을 보였습니다. 자신의 아이를 볼 때 뇌 반응이 다르다는 것입니다.

이번에 회백질의 감소가 예상된 영역은 사회적 인지를 담당하는 영역입니다. 하지만 해마 용량 감소를 다 합쳐도 기억력 감퇴나 인지 기능 저하와 같은 안좋은 영향은 나오지 않았습니다. 연구팀은 불필요한 시냅스를 제거하고 신경 네트워크의 효율을 높이고 있는 것이 아닐까 생각하고 있습니다.

이번 연구에서는 임신한 여성의 뇌에 장기적인 변화가 있다는 증거를 최초로 제시하였습니다. 추가적인 연구가 필요하기는 하지만, 어쨋든 아이를 낳으면 여자의 몸과 뇌는 변화하여 어머니가 되는데 도움이 된다는 연구결과입니다.

임신 기간 비타민D 결핍증이 자폐증 발병과 관련되었다는 연구결과

임신 기간 중의 비타민D 결핍증이 태내에 있는 아기의 자폐증 발병 확률과 관련되어 있다는 최신 연구결과입니다. 호주의 Queensland Brain Institute(QBI)에서 발표한 논문입니다.

임신 기간 비타민D 결핍증이 자폐증 발병과 관련되었다는 연구결과

QBI의 McGrath 교수와 네덜란드 에라스무스 의학센터(Erasmus Medical Cente)의 Henning Tiemeier 박사를 포함한 연구팀이 발표한 연구결과에 따르면, 임신 20주에 들어선 임신부의 비타민D 수준이 낮은 상태에 있다면 태어난 아이가 6살이 되었을 때에 자폐증이 될 가능성이 높다고 합니다. 맥그라스 교수는 "임신 중의 엽산 섭취가 태아의 이분척추(Spina bifida) 발생률을 저하시키는 것과 마찬가지로, 임신 중에 비타민D 보충제를 섭취하는 것은 자폐증 발생률을 저하시킬 가능성이 있습니다"라고 말하였습니다.

이번 연구는 약 4200명의 산모 혈액 샘플을 조사해서 이뤄진 결과이며, 공중 위생의 관점에서도 중요한 의미를 갖고 있습니다. 비타민D는 뼈를 강하게 하는 기능이 있다고 알려져 있으며 뇌의 성장에도 영향을 미칠 가능성이 있습니다. 비타민D는 태양빛을 쬐어서 얻을 수 있지만 식품이나 보충제로 섭취하는 것도 가능합니다.

맥그라스 교수는 "임산부가 햇볕을 받는 것은 피부암의 위험이 있어 권장하지 않지만 저가로 구입하기 쉬운 비타민D 보충제로 자폐증 발병률을 예방할 수 있을 것입니다"라고 말하였습니다. 아마도 자외선으로 인한 피부암 발병률이 높은 호주의 경우에서는 더욱 유용하겠습니다.

논문: Gestational vitamin D deficiency and autism-related traits: the Generation R Study, Molecular Psychiatry advance online publication 29 November 2016

척수 손상에도 뇌의 명령을 전달하여 걸을 수 있게 하는 기술

두뇌에 칩을 삽입하여 뇌가 보내는 신호를 컴퓨터로 받아 신체의 다른 부위로 전달하는 기술입니다. 이러한 연구는 예전부터 여러 연구팀에 의해 진행되어 왔습니다. 최근 소식에 의하면 뇌와 척수에 삽입한 장치를 이용하여 척수 손상으로 하반신 불수가 된 원숭이가 걸을 수 있게 하였다고 합니다.

취리히 공과대학교의 Grégoire Courtine 교수가 이끄는 연구팀이 척수가 손상된 원숭이를 걷는 실험을 성공시켰습니다.

논문: A brain–spine interface alleviating gait deficits after spinal cord injury in primates, Nature 539, 284–288 (10 November 2016)

척수 손상에도 뇌의 명령을 전달하여 걸을 수 있게 하는 기술

Courtine 교수 팀은 뇌의 신호를 척수가 손상된 부분을 우회하여 하체에 전달하는데 성공했습니다. 구체적으로 말하면 운동을 조절하는 대뇌 피질에 100 개의 전극을 넣고 그 전극에 연결된 장치를 사용하여 뇌에서 전달되는 신경 신호를 컴퓨터로 전송하였습니다. 컴퓨터는 수신된 신호를 디코딩하고 뇌가 다리에 어떤 움직임을 지시하는지 읽어 내었습니다.

이후 컴퓨터는 디코딩된 정보를 척수의 바로 아래에 묻힌 신경 자극 장치로 전송합니다. 이러한 장치는 척수에 연결되어 컴퓨터로부터 수신한 정보를 척수에 전달합니다. 이렇듯 척수의 손상된 부분을 우회하여 뇌의 신호를 신체 아래로 전달하여 원숭이를 걷게 할 수 있었습니다. 이번 시스템의 이름은 Brain-spine Interface라고 하네요.

이번 연구는 척수 손상 부분을 우회하여 신호를 보내어 보행이 가능하도록 만든 세계 최초 연구라고 합니다. 그러나 저자인 Courtine 교수는 인간에게 적용하려면 추가 실험과 연구가 필요하다고 하네요. 당연한 말이겠죠. 동물 실험을 통해 추가적으로 성능을 개선하고 모르던 문제점을 밝혀내면 점차 인간에게도 적용할 시기가 찾아올 것입니다.

체내 시계는 산소 농도로 리셋 된다

이스라엘 연구팀이 산소 농도의 변화에 의해서 하루의 생체 리듬(서캐디언 리듬)이 초기화하는 것을 발견했습니다. 산소 농도를 저하시켜서 실험쥐의 시차가 완화시킬 수 있었습니다. 연구원들은 생체 리듬에 영향을 주는 요소로서 빛의 양, 음식, 산소 농도가 중요한 역할을 하는 것을 발견했습니다.

보통 사람들은 시차를 강하게 경험하기 전에는 일주기 생체 리듬이 얼마나 자신의 생활에 영향을 미치는지 알기 힘듭니다. 이번 연구에 의하면 시차로 너무 졸립다면 신선한 공기를 마시면 좋다고 합니다.

체내 시계는 산소 농도로 리셋 된다

이스라엘 연구팀은 식사, 체온 변화, 산소가 생체 리듬을 조절하는지 조사했습니다. 논문에 따르면 연구원들은 세포 속의 산소 농도를 단지 3퍼센트, 하루 2번 변화를 주었는데 쥐 세포의 일주기 생체 리듬을 조정할 수 있음을 발견했습니다. 산소 농도 변화에 의해서 세포는 리셋되어 새로운 주기에 맞출 수 있다는 뜻입니다.

연구원들은 다음에는 고산소 레벨이 생체 리듬에 어떤 영향을 미치는지 조사하겠다고 합니다. 산소가 생체 시계에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 것은 시차 해소만이 아니라, 심혈관 질환, 수면 장애, 다른 건강 문제에 대해서도 중요한 도움이 되리라 생각하고 있습니다.

항생제가 효과 없는 공포의 슈퍼박테리아를 죽이는 새로운 방법

항생제가 효과 없는 슈퍼박테리아에 대한 보고가 최근 증가하고 있습니다. 영국 정부에서 발표한 보고서에 따르면, 2050년에는 슈퍼 세균이 3초마다 한 사람을 죽이는 수 있다고 합니다. 내성을 가진 슈퍼 박테리아에 대항하기 위하여 새로운 항생 물질의 개발도 이루어지고 있습니다. 하지만 아래 논문에서는 전혀 다른 접근법으로 슈퍼박테리아에 대항하는 기술을 개발하고 있습니다.

논문: Combating multidrug-resistant Gram-negative bacteria with structurally nanoengineered antimicrobial peptide polymers, Nature Microbiology 1, Article number: 16162 (2016)

항생제는 인간의 수명을 크게 늘리는데 기여한 20세기 최고의 발명품 중의 하나입니다. 그러나 요즈음은 페니실린의 발견자인 알렉산더 플레밍이 노벨상 수상 연설에서 말했던 "무지한 인간이 세균을 죽이는데 충분하지 않은 양의 약을 복용함으로써 세균에 저항력을 부여할 위험이 있습니다"라는 말이 현실로 다가오고 있습니다. 항생제가 듣지 않는 슈퍼박테리아에 대한 보고가 증가하고 있습니다.

박테리아는 번식 속도가 빠르고 공격력을 남긴 채 약점을 제거하고 진화하기 때문에 항생 물질은 본질적으로 더 강한 박테리아를 만들게 됩니다. 또한 현재 효과를 발휘한 항생제라도 몸에 들어온 해로운 세균을 죽이면서 세균의 주위에 있는 인간의 건강한 세포까지 손상을 미친다는 결점이 있습니다. 위장 내에는 소화를 돕거나 면역계를 강화하거나 등 몸에 좋은 영향을 미치는 세균도 많이 존재하지만 항생 물질은 이들 세균이 번식하는 환경을 파괴합니다.

항생제가 효과 없는 공포의 슈퍼박테리아를 죽이는 새로운 방법

멜버른 대학교의 박사 과정에 있는 Shu Lam는 이러한 상황을 감안하여 항생제를 사용하지 않고 슈퍼박테리아를 죽이는 기술을 만들어 냈습니다. Lam가 고안한 방법은 세균에 생물 물리학상 스트레스를 주어 '자살하게' 하는 것입니다. 이러한 방법이라면 슈퍼 세균을 죽이고도 주변의 건강한 세포에 손상을 입히지 않습니다.

Lam은 2개의 아미노산(펩티드)으로 구성된 폴리머를 묶어 특수한 나노 입자를 만들었습니다. 별 모양을 한 이 입자가 세균의 세포막을 뚫고 최종적으로 파괴한다고 합니다. 2종류의 폴리펩티드를 합하여서 만든 나노 입자는 1개의 폴리펩티드를 사용할 때와 다른 특성을 얻는다고 합니다.

이번에 발표된 기술은 아직 쥐를 대상으로 진행한 연구결과입니다. 6종류의 슈퍼박테리아에 대해서 실험하였는데 현재 슈퍼박테리아는 이 방법에 대해서 저항성을 갖지 못했습니다. 임상 시험을 할 때까지에는 추가적인 실험이 필요하지만, 어쨋든 슈퍼박테리아에 대항할 수 있는 큰 가능성을 보여주었습니다.

현재 일반적으로 진행되고 있는 '새로운 항생 물질을 개발'하는 방법은 단기적 해결 수단은 될 수 있지만, 결국 악순환이 되어 슈퍼박테리아에 대항하기 위한 근본적인 방법이 될 수 없습니다. Lam의 방법은 실제로 슈퍼 세균에 대해서 효력을 발휘한다는 사실만이 아니라 지금까지와는 전혀 다른 혁신적 접근법이라는 점이 높이 평가되고 있습니다.

음악을 듣고 감동하고 소름돋거나 그렇지 않은 사람의 두뇌 차이

음악을 듣고 감동을 느꼈을 때에 소름이 돋는 일이 있습니다. 오싹한 느낌이 드는 것인데요. 논문에서는 심미적 반응(aesthetic responses)이라고 하는데요. 소리를 듣고 왜 소름이 끼치는지에 대한 이유는 오랫동안 논란이었습니다. 지금도 아직 자세한 메카니즘을 알 수 없습니다. 하지만 음악을 듣고 소름이 돋은 사람은 뇌의 특정 부분이 강화되어 있다는 사실이 실험에서 밝혀졌습니다.

음악을 듣고 감동하고 소름돋거나 그렇지 않은 사람의 두뇌 차이

서던캘리포니아 대학교의 대학원생인 Matthew E. Sachs가 하버드대학교에서 진행했던 연구입니다. 음악을 듣고 소름이 돋은 순간에 뇌에 어떤 변화가 일어나고 있는지 조사했습니다. 일반적으로 음악을 듣고 소름이 돋은 사람은 전체의 3분의 2에서 절반이라고 알려져 있었습니다. 삭스는 먼저 200명 이상을 대상으로 온라인 설문 조사를 하여, 소름이 돋은 사람과 그렇지 않은 사람을 골라냈습니다.

실험에서는 음악으로 소름이 돋은 10명과 돋지 않는 10명으로 그룹을 나눈 다음에 자신의 마음에 드는 곡을 들려주었습니다. 그리고 음악을 듣고 있을 때의 뇌 상태를 MRI로 조사하고 확산텐서영상(DTI)을 촬영하였습니다. 이를 통해 각각의 그룹이 음악을 들었을 때의 뇌 상태의 차이에서 소름이 돋을 때의 뇌의 변화를 찾았습니다.

결과에 따르면 소름이 돋은 그룹의 피실험자는 뇌 속에 있는 소리를 처리하는 부위(superior temporal gyrus)와 감정과 관계된 곳으로 여겨지는 부위(insula and medial prefrontal cortex) 사이에 많은 연결이 나타났습니다.

즉 청각에 관계하는 부분과 감정에 관련된 부분 사이의 강한 관계가 있으면 음악을 들었을 때에 깊은 감동을 받게된다고 합니다. 다만 일반적인 추위를 느꼈을 때 일어나는 머리털이 서는 현상이 왜 음악을 들었을 때에 일어나는가라는 근본적인 질문에 대한 답변은 아직 불분명합니다.

삭스는 "음악을 들으면서 소름이 돋는 사람과 그렇지 않은 사람의 뇌에서 차이가 발견하였지만, 이러한 차이가 선천적인 것인지 후천적인 것인지는 아직 모릅니다. 실험에서 나타난 사실은 음악을 듣고 소름이 돋거나 그렇지 않는 이유를 뇌에서 찾았다는 것 뿐입니다"라고 말하고 있습니다.

참조 : Brain connectivity reflects human aesthetic responses to music, Social Cognitive & Affective Neuroscience, (2016) volume 11, issue 6, page 884-891.

뜨거운 커피, 마테차, 음료의 발암성

과거에 세계보건기구(WHO)는 "커피는 방광암의 원인이 되는 발암성 물질을 포함한다"고 주장하였었습니다. 하지만 지난 25년 동안 커피와 암의 관계에 대하여 연구된 결과에 의하면 "커피는 암을 일으키지 않는다"는 사실을 알 수 있었습니다. 반면에 음료 종류에 관계 없이 너무 뜨겁게 마시면 암을 일으킬 수 있다고 보고되고 있습니다. 커피 외에 마테차와 같은 다른 뜨거운 음료의 경우에도 발암성이 있다고 합니다.

커피는 암의 위험성을 줄여준다

WHO 발표에 따르면, 커피는 방광암 외에도 췌장암, 전립선암 등의 원인도 아니라고 합니다. 오히려 간암, 자궁암 등 20여 종류 이상의 암이 발생할 위험성을 줄여준다는 사실이 밝혀졌습니다.

WHO는 관련 조직인 국제 암 연구기관(IARC)로부터 커피와 암의 관계를 연구한 1000편 이상의 논문을 재조사한 결과를 받은 후에 과거 조체를 변경하였습니다. 조사를 진행한 IARC에 따르면, IARC가 처음으로 '커피가 발암 가능성이 있다'라고 분류한 1991년부터 커피에 관한 과학적 연구결과는 점점 증가하였고 연구의 신뢰성도 높아져 왔습니다. 그전의 연구에는 문제가 있었습니다. 과거의 연구에서는 피실험자 중에 흡연자가 있는 경우도 있었습니다. 즉 다른 요인계가 영향을 줄 수 있었습니다.

그래서 이후 연구결과를 조사하여 종합해보니 "커피가 암의 위험성을 줄일 수 있다"라는 관계를 얻게 되었습니다. 그동안의 발표와는 정반대의 결론에 이르게 되었습니다. 현재 IARC는 커피를 식물 유래의 화학물질에 의한 항암 작용이 있는 음료수로 기록하고 있습니다. IARC가 발암 가능성이 있고 지정한 물질을 철회한 것은 처음은 아니지만 좀처럼 일어나지 않는 사건입니다.

뜨거운 커피, 마테차, 음료의 발암성

그런데 IARC는 너무 뜨꺼운 음료수는 암을 일으킨다고 발표하였습니다. 아직 증거는 한정적입니다. 하지만 중국과 남미에서는 미국, 유럽보다 6도 정도 높은 섭씨 70도에 가까운 술을 섭취한다는 사실에 주목한 연구가 있습니다. 여기서 식도암과 너무 뜨꺼운 음료수를 섭취하는 행위 사이에는 일정 관계가 있음을 보여주었습니다.

미국의 National Coffee Association에 따르면 미국인은 평균 하루 3잔의 커피를 마십니다. 우리나라도 이에 별로 뒤지지 않을 겁니다. 2015년에 커피에 지불한 금액은 전체 742억달러였습니다. 엄청난 금액입니다. 그런데 미국 이외에 전세계에서 커피 소비량은 여전히 늘어나고 있습니다. National Coffee Association은 커피를 90~96도에서 추출하는 것을 권하고 있습니다. 이제 적절한 온도가 될 때까지 식혀서 마셔야 하겠습니다.

참조 'Carcinogenicity of drinking coffee, mate, and very hot beverages', The Lancet Oncology

원인도 모르게 증가하는 ADHD 어린이

미국에서는 현재 약 8명중에 한 명의 어린이와 청소년이 ADHD라는 조사 결과가 나왔습니다. 2003년에서 2011년까지 8년 사이에 5~17세의 ADHD 발병이 42.9% 상승했다고 합니다. 이에 대해 정확한 원인은 모르고 있습니다.

원인도 모르게 증가하는 ADHD 어린이

주의력결핍 과잉행동장애(ADHD)를 가지면 놀이와 학교 활동에 방해가 될만큼 과잉행동이나 부주의하게 됩니다. 미국 어린이 사이에서 가장 흔하게 진단되는 정신질환입니다. 그런데 미국 전체 데이터에 대한 새로운 분석에 따르면 이러한 진단 사례는 더욱 증가중입니다.

학술지 Journal of Clinical Psychiatry에 발표된 연구에 따르면, 현재 미국에서 580만명의 어린이와 젊은이들이 ADHD입니다. 무려 8명중에 1명 정도로 빈도가 높습니다. 또한 2003~2011년의 8년 동안 5~17세의 ADHD 발생율은 42.9% 증가하였습니다. 8.4%에서 12%가 되었습니다.
논문: Racial and ethnic disparities in parent-reported diagnosis of ADHD: National Survey of Children's Health (2003, 2007, and 2011), The Journal of Clinical Psychiatry, (2016) v77, p52

논문 저자는 이러한 현상의 원인에 대해서는 모르겠다고 토로했습니다. 하지만 추측으로는 ADHD에 대한 인지도 향상과 과잉진단도 하나의 원인으로 생각된다고 합니다. 다만 과잉진단은 문제이지만 과소진단도 우려된다고 지적했습니다. ADHD는 이른 시기에 파악하고 치료하지 않으면 증상은 어른이 되어서도 계속될 수 있습니다.

또한 여자 어린이의 ADHD 진단 사례가 급증하고 있었습니다. 이번 연구에 따르면 8년 사이에 남자가 40% 증가한 반면에 여자는 55% 증가했습니다. 그동안 ADHD는 주로 남자 아이의 문제로 보였었습니다. 그러나 남자 어린이의 경우에는 행동으로 나타나서 증상을 확인하기 쉽지만 여자의 경우에는 비교적 조용하게 행동하기에 주의결핍 증상을 놓치기 쉬웠기 때문이라고 합니다. 즉 최근 진단이 활발히 되면서 여자 아이들의 증상을 잘 확인할 수 있게 되었기에 발생률이 더 증가한 것으로 나타났다고 합니다.

그리고 두드러지게 증가한 것은 스페인어권과 영어를 말하지 않는 자녀의 경우였습니다. 8년간 증가율에서 스페인어권의 아이는 83%, 영어로 말하지 못하는 아이는 107% 증가하였습니다.

상처가 감염되면 색깔이 변화하는 반창고

영국 연구진이 상처에 병원균이 존재하면 색깔이 변화하는 반창고를 개발했습니다. 의사가 감염을 즉시 발견할 수 있기 때문에 항생제의 불필요한 사용을 피할 수 있으리라 기대하고 있습니다.

상처가 감염되면 색깔이 변화하는 반창고

병균에 감염된 상처는 치료가 오래 걸리며 흉터를 남기기 쉽습니다. 심각한 경우에는 패혈증을 일으키기도 합니다. 그러나 감염을 진단하는 데는 오랜 시간이 거릴 수 있습니다. 그래서 어린이와 같은 고위험 환자의 경우에 의사는 예방 목적에서 항생제를 처방할 수 밖에 없습니다. 하지만 항생제를 자주 쓰면 세균이 내성을 가지게 되므로 상황을 더 악화시킬 수도 있습니다.

이번에 영국 연구진은 새로운 해결책을 고안했습니다. 자신이 덮고 있는 상처가 감염되면 색이 변화되는 반창고입니다. 세균을 감지하면 나노 캡슐 안에 포함되어 있는 형광 염료를 방출합니다. 나노 캡슐은 상처 내부에서 병원균이 분비하는 독소에 의해 활성화됩니다. 나노 캡슐은 피부 세포의 행동을 모방하여 해로운 세균이 존재할 때만 깨집니다. 평소 피부에 서식하는 무해한 세균에서는 작동하지 않습니다.

반창고는 현재 연구실에서 테스트되고 있습니다. 하지만 곧 실제 현장에서 시험될 예정입니다. 개발 되면 특히 아이들 치료에 유용합니다. 아이들은 작은 화상을 입어도 쉽게 감염 위험에 노출됩니다. 지금은 의사가 심각한 세균 감염에 의한 열이 났는지 아니면 단순한 감기 때문인지 알 수 없습니다. 반창고를 통해서 진단된다면 여러모로 도움이 될 수 있습니다.

행복이 좋은 건강과 장수를 보장하지 않는다

현대인은 복잡한 세상에 살면서 다양하고 강도 높은 압박감에 시달립니다. 정신적 신체적으로 힘든 상황을 겪게 됩니다. 사람들은 스트레스가 없다면 더욱 건강해지고 더 오래살 수 있겠다는 생각을 합니다. 그래서 우리는 스트레스를 없애고 행복해지는 방법을 찾습니다. 거의 대부분의 사람의 공통점이겠죠. 누가 싫어하겠어요. 잡지나 인터넷에서는 관련된 기사나 글을 자주 접할 수 있습니다.

행복이 좋은 건강과 장수를 보장하지 않는다

그렇다면 스트레스가 얼마나 건강에 나쁠까요? 최근 연구에서는 우리의 통념과 다른 결과를 제시하고 있습니다. 행복이 장수를 보장하지 않는다고 합니다. 옥스퍼드 대학교의 리처드 피토(Richard Peto) 교수와 연구진은 중년 여성 100만명의 데이터를 오랫동안 추적해 왔습니다. 여성들의 심리 상태, 병원 진료기록, 죽음의 원인에 대하여 조사하였습니다.

논문: Does happiness itself directly affect mortality? The prospective UK Million Women Study, The Lancet (2015)

연구 결과에 의하면 행복 그리고 이로 인해 발생한 좋은 상태는 수명에 아무런 영향을 주지 않았습니다. 사람들은 보통 스트레스와 이로 인해 침울함을 느끼고 살기보다는 행복을 느끼는 삶이 훨씬 건강하고 장수하리라는 생각을 합니다. 스트레스 상태로 놓아두지 않고 긍정적인 기분이 되어야 건강에 좋다는 의견들이 있어왔습니다.

그러나 스트레스로 인하여 사망률이 높아지는 것은 아니었습니다. 이번 연구에서는 스트레스를 느끼고 있다, 행복하지 않다라고 응답한 여성들의 10년 후 사망률이 행복하다고 응답한 여성보다 높지는 않았습니다.

물론 이러한 결과가 인간사회 전체를 보여주지 못할 수 있습니다. 단편적 결과일 수 있습니다. 자신을 행복하거나 불행하다고 정의하는 것은 상당히 주관적인 의사표현입니다. 또한 얼마나 오래 사느냐보다 얼마나 행복하게 사는 것이 중요하다고 생각하는 사람도 많습니다.

아무튼 이번 연구결과로 얻을 수 있는 중요한 결론은 스트레스에 대한 부담감을 줄여도 되겠다는 것입니다. 사실 이미 스트레스의 좋은 면에 대해서도 알려져 있습니다. 아무튼 스트레스를 느끼고 피하거나 심각하게 생각하기 보다는 그 자체를 인정하는 태도가 중요할 듯 싶습니다. 좀 힘들어도 별로 문제될 것이 없으니까요. 이번 연구를 요역하면 '힘들어도 죽지는 않는다'는 말이거든요.