[생리학•의학] 2014년 – 뇌의 위치확인 시스템을 발견

존 오키프(John O’Keefe)

존 오키프

출생: 1939년 11월 18일, 미국, 뉴욕 주, 뉴욕
수상 당시 소속: 영국, 런던, 유니버시티 칼리지
분야: 생리학, 공간행태
 

생애

존 오키프는 뉴욕 태생으로 미국과 영국의 이중국적을 소지하고 있다. 1967년 캐나다 몬트리올 맥길 대학에서 생리심리학 박사학위를 받은 뒤, 영국으로 건너가 유니버시티 칼리지 런던에서 연구를 했다. 런던에 머물던 그는 1987년 유니버시티 칼리지의 인지신경과학 정교수로 임명되었다. 현재 유니버시티 칼리지의 세인스버리웰컴 신경회로 및 행동 연구센터 소장을 맡고 있다.

업적

자신의 위치 및 다른 장소로 가는 길을 찾는 방법에 대한 인식은 인간과 동물 모두에게 있어 매우 중요하다. 공간에서 스스로의 위치를 파악할 수 있는 능력을 이해하기 위해 존 오키프는 뇌의 중심부에 위치한 해마의 신경세포의 신호에 의한 쥐의 움직임에 대해 연구했다. 1971년, 그는 쥐 한 마리가 한 방에서 특정 위치에 있을 때 특정 세포들이 활성화되며, 그 쥐가 다른 위치로 이동하면 다른 세포들이 활성화된다는 것을 발견했다. 즉, 그 세포들은 그 방에 대한 일종의 내부 지도를 형성한다.

 

마이브리트 모세르(May-Britt Moser)

마이브리트 모세르

출생: 1963년 1월 4일, 노르웨이, 포스나보그
수상 당시 소속: 노르웨이, 트론헤임, 노르웨이 과학기술대학교(NTNU)
분야: 생리학, 공간행태
 

생애

마이브리트 모세르는 노르웨이 포스나보그 태생으로 오슬로 대학에서 심리학을 전공했고, 그곳에서 그녀의 남편이자 노벨상 공동수상자인 에드바르 모세르(Edvard I. Moser)를 만났다. 동 대학에서 1995년에 신경생리학 박사학위를 받았다. 모세르 부부는 에든버러 대학과 유니버시티 칼리지 런던에서 근무하다 트론헤임의 노르웨이 과학기술대학교로 옮겼다. 마이브리트 모세르는 신경과학과 교수이자 신경과학센터 소장으로 근무하고 있으며, 남편 에드바르 모세르와의 사이에 두 딸을 두고 있다.

업적

자신의 위치 및 다른 장소로 가는 길을 찾는 방법에 대한 인식은 인간과 동물 모두에게 있어 매우 중요하다. 2005년 마이브리트 모세르와 에드바르 모세르는 뇌 중심부에 위치한 해마 부근에서 위치 파악에 중요한 세포를 발견했다. 그들은 쥐가 공간 속에서 육각형 눈금으로 정렬된 특정 지점들을 통과할 때 일종의 위치좌표시스템을 형성하는 신경세포들이 활성화되는 것을 발견했고, 이후 이 다양한 세포 유형들의 협력 방식에 대해서도 증명했다.

 

에드바르 모세르(Edvard Moser)

에드바르 모세르

출생: 1962년 4월 27일, 노르웨이, 올레순
수상 당시 소속: 노르웨이, 트론헤임, 노르웨이 과학기술대학교(NTNU)
분야: 생리학, 공간행태
 

생애

에드바르 모세르는 노르웨이 올레순 태생으로 오슬로 대학에서 수학하면서 그의 아내이자 노벨상 공동수상자인 마이브리트 모세르(May-Britt Moser)를 만났다. 동 대학에서 1995년 신경생리학 박사학위를 받았다. 모세르 부부는 에든버러 대학과 유니버시티 칼리지 런던에서 근무하다 트론헤임의 노르웨이 과학기술대학교로 옮겼다. 에드바르 모세르는 현재 신경과학과 교수이자 트론헤임의 카블리 시스템신경과학연구소 소장을 맡고 있으며, 아내 마이브리트 모세르와의 사이에 두 딸을 두고 있다.

업적

자신의 위치 및 다른 장소로 가는 길을 찾는 방법에 대한 인식은 인간과 동물 모두에게 있어 매우 중요하다. 2005년 마이브리트 모세르와 에드바르 모세르는 뇌 중심부에 위치한 해마 부근에서 위치 파악에 중요한 세포를 발견했다. 그들은 쥐가 공간 속에서 육각형 눈금으로 정렬된 특정 지점들을 통과할 때 일종의 위치좌표시스템을 형성하는 신경세포들이 활성화되는 것을 발견했고, 이후 이 다양한 세포 유형들의 협력 방식에 대해서도 증명했다.

<시상식 연설>

국왕 폐하, 왕실가족 여러분, 존경하는 노벨상 수상자 여러분, 그리고 신사숙녀 여러분

우리는 날마다, 하루에도 여러 번, 심지어 이 노벨상 시상식으로 오는 중에도 늘 언제나 길을 찾습니다! 이 공간에 들어와 자리에 앉을 때에도, 곧바로 자신의 위치를 파악하고 장소에 대해 감지하였을 것입니다. 다시 이곳에 오게 되신다면 이곳이 세계의 다른 콘서트홀이 아니라 스톡홀름 콘서트홀이라는 것을 알고 있을 것입니다. 공간 속에서 위치를 파악하고, 길을 찾고, 방문했던 장소를 기억하는 능력은 동물과 인간 모두의 생존에 있어서 매우 필수적인 능력입니다. 이를 위해 우리는 뇌와 “내부 GPS”가 필요합니다.

그러면 뇌의 어느 부분에 위치정보시스템, 즉 내부 GPS가 있을까요? 그리고 신경세포들은 어떻게 그러한 추상적인 심리적 활동들을 정보화할 수 있을까요? 올해 노벨생리의학상 수상자들의 연구는 신경과학에 있어서 매우 중요하고 위대한 질문들에 대한 답을 제시했습니다.

1960년 후반, 존 오키프 교수는 자유롭게 돌아다니는 쥐를 대상으로 실험을 했습니다. 쥐가 자유롭게 움직이는 동안 그는 뇌의 깊은 곳에 위치한 해마의 신경세포들에 대해 기록했습니다. 여기에서 그는 쥐가 환경 속에서 특정 위치에 있을 때에만 활성화되는 세포를 발견했습니다. 쥐가 다른 장소로 이동하면 새로운 세포가 활성화되었습니다. 그는 이 세포들을 “장소세포(place cell)”라 명명했습니다. 장소세포는 쥐의 위치를 보고하고 지도를 만들어 환경을 그림으로 표현합니다. 오키프 교수는 장소세포 활동의 특정 조합으로 장소에 대한 기억이 저장될 수 있다고 제시했습니다. 이러한 혁신적인 실험들을 통해 오키프 교수는 특화된 신경세포가 익숙한 환경뿐 아니라 생소한 환경을 인식하기 위해서 어떻게 공간에 대한 인식을 처리하는지 밝혀냈습니다.

오키프 교수의 발견으로부터 30년 이상이 지나, 마이브리트 모세르 교수와 에드바르 모세르 교수가 해마 근처의 내후각 피질이라는 뇌 영역에서 놀라운 신경세포 활동의 패턴을 발견했습니다. 모세르 부부가 “격자세포(grid cell)”라고 명명한 특정 세포가 쥐들이 몇몇 장소에 있을 때 활성화되었습니다. 격자세포가 활성화되면서 육각형의 격자 패턴을 형성했습니다. 모세르 부부는 이 육각형 패턴이 환경에서 들여온 것이 아니라 전적으로 뇌 활동을 통해서 생성된 것임을 밝혀냈습니다. 많은 격자세포의 활동은 뇌속에서 환경을 경도와 위도로 구분하고 출발점에서부터 얼마나 멀리 왔는지 추적할 수 있도록 하는 좌표 시스템을 제공합니다. 모세르 부부의 혁신적인 발견은 뇌가 외부 세계에서 길을 찾을 수 있는 좌표 시스템을 가지고 있음을 증명했습니다.

지속적인 연구를 통해 격자세포는 내후각 피질의 다른 세포들과 함께 해마에 장소세포들과 회로망을 형성한다는 것을 밝혀냈습니다. 이 신경세포 회로망이 뇌의 장소처리 시스템, 즉 내부 GPS입니다.

오늘날 우리는 인간도 쥐에서 발견된 것과 유사한 장소세포와 격자세포를 가지고 있다는 것을 알고 있습니다. 여러분은 장소세포와 격자세포 덕택에 오늘밤 이곳까지 찾아 올 수 있었고, 이 멋진 홀에 있음을 인식하며, 나중에 다시 올 수 있도록 기억할 것입니다. 이 세포들이 없다면 공간 속에서 쉽게 길을 잃게 될 것입니다.

존 오키프 교수님, 마이브리트 모세르 교수님, 에드바르 모세르 교수님,

뇌의 장소처리 시스템의 주요 요소들인 장소세포와 격자세포의 발견으로 특화된 신경세포 집단들이 어떻게 협력하여 보다 높은 뇌 기능을 실현시키는지에 대한 패러다임이 바뀌었습니다. 여러분은 훌륭한 실험을 통해 우리 삶의 최대 수수께끼 중 한가지, 즉 뇌가 어떻게 행동을 도출하고 뛰어난 심리적 숙련도를 제공하는지에 대한 새로운 통찰력을 제시했습니다.

스웨덴 왕립과학 아카데미를 대표해서 축하의 말씀을 전하고 싶습니다. 이제 국왕께서 노벨상을 수여하시겠습니다.