전날 보던 박문호 박사님의 유투브 강의 옆에 알고리즘으로 추천된 서울대 김성연 교수님의 뇌과학 관련 학부강의를 보다보니 광유전학과 칼 다이서로스 교수님 얘기를 하더군요.

일전에 공부한 마크베어 신경과학 책에, 쥐의 대뇌에 연결된 광섬유의 사진이 하도 특이하고 광유전학 채널로돕신이 특별해서 기억하고 있었는데 바로 그걸 연구한 교수님이 저분이더군요.

김성연 교수님은 박사과정을 저분 랩에서 보낸듯하고 같이한 공동연구로 네이처에 논문 여러편을 내서 박사과정임에도 세계적으로 주목을 받았던 분인듯 합니다.

그 칼 다이서로스 교수가 작년 25년도 아산재단에서 주는 어떤 의학상을 수상하러 한국에 왔고 김교수님도 아산재단 의학상을 받은듯합니다. 칼교수의 21년도에 책인 projections가 올해초 감정의 기원 이라는 제목으로 번역 발간되 바로 주문했습니다.

조류의 일종인 클로미도모나스 레이나르티 의 안점에 있는, 빛을 받으면 열리는 이온채널을 유전공학적으로 바이러스벡터를 이용해 포유류에 이식성공하고.

그 유전자가 발현된 로돕신채널 단백질이 기능을 발현해 쥐의 대뇌에 파란파장의 빛을 쬐주자 그 뇌세포가 흥분하고 그 세포의 고유기능을 행동으로 발현하게 된다는 사실을 입증한 것이 칼교수의 큰 학문업적이더군요.

이부분은 신경과학의 엄청난 혁명적 사건으로 받아들여지고 그 전설적인 논문이

2005년 네이처에 실린

"Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity" 이더군요.

이 기술이 신경과학이나 뇌과학에 의미있는 이유는 기존의 뇌연구방법과는 다르게 특별히 원하는 세포를 정조준해 그 세포의 기능을 켜거나 끌수있는 통제력을 갖게됬다는 사실때문 이라는군요.

그런데 칼교수의 이름이 제가 일전에 읽은 마크베어의 신경과학 교과서 인터뷰란에서

(특이하게 이 신경과학 교과서는 중요한 학문적 업적을 언급할때 그 관련자의 인터뷰기사를 같이 싣더군요. 이부분이 놀라운 혜안이라고 생각하는 것이 공부를 할때 지식자체도 중요하지만 그와 관련된 감정이 지식의 저장에 상당한 영향을 미쳐서 학교 다닐때도 선생님이 좋아야 그과목 공부가 잘되지요.
지식은 사람이라는 감정과 연결될때 기억이 더 잘되는걸 역시 신경과학자들의 책이라 잘 알고 이런 배려를 한듯합니다.)

얼핏 기억하는 이름과 조금 다른듯한 느낌이 들어 찾아보니.

광유전학의 개념은 DNA발견의 그 크릭이 미리 예상할 정도로 일반적인 개념이었고 실질적으로 광유전학의 개념을 정립한 것은 게오르그 나겔 교수님이더군요.

인터뷰도 역시 이분 이름의 기사로 되있고.

그 글 말미에 칼 다이서로스 교수가 자신들이 발견한 채널로돕신을 학문적으로 공유하기를 바래서 전달했다는 얘기가 나오면서 칼교수의 이름이 나오더군요.

아하 이거구나.

공부를 하면서 기억이 반복되고 확고해지며 새로운 연결이 형성될 때 느끼는 희열은 박박사님이 자주 얘기 하지만 대단한 기쁨이더군요.

확연하게 어떤 문자적 저장 결과물이 아니어도 희미한 기억의 흔적이 연결되고 연상되면서 어떤 언어화하기 힘든 이미지의 형태가 완성되가는 그 기쁨.

이래서 공부를 하는 것 같습니다.

그다음 작업으로 저 논문을 읽다보니, 대단한 발견이고 항상 노벨상 0순위로

칼교수가 언급된다는 말이 단순히 제자라서 김성연교수가 언급하는 게 아니라 정말로 학계의 전반적인 얘기일 수 있겠다 싶게 중요한 학문적 성취를 이루었더군요.

전반적인 흐름을 살펴보니 게오르그 나겔 교수팀이 어느정도 개념화 시킨것을

진짜로 기술적으로 칼교수팀이 실제화 해서 그것도 포유류의 뇌에서 발현시켰다는 사실은 신경과학과 의학의 영역에서 엄청난 일이더군요.

그런데 논문을 읽다보니 저자 이름중에 장펑이라는 어쩐지 낯이 익은 이름이 보여서 잘 기억을 해보니 작년 이맘때쯤 공부한, 2020년 노벨상 수상한 크리스퍼 가위와 다우드나 교수 관련해서 그와 원천기술의 상업적 이용특허에 관한 분쟁을 하며 관련 학문에 등장하던 젊은 중국인 교수의 이름이 장펑교수가 아니었던가 싶더군요.

그래서 찾아보니 역시나 그 교수가 맞더군요.

급히 예전 읽었던 윌터 아이작슨의 코드브레이커(크리스퍼 관련해서는 다우드나 본인의 책 크리스퍼가 온다 보다 이책이 전반적인 흐름을 평가하기엔 적절해 보이더군요)를 펼쳐보니 장펑교수의 챕터가 나오고 하버드 졸업후 스탠퍼드에서 박사학위 과정을 거친다는 장면이 나오더군요.

바로 그 스탠퍼드 랩이 저 광유전학을 확립한 칼 다이서로스 교수의 랩.

학문외적이긴 하지만 기존의 공부와 주변기억이 하나하나 연결되면서 완성될때 느끼는 쾌감은 정말...

사람에 대한 관심과 감정이 이렇게 확연해지니 그 본체인 크리스퍼 가위와 광유전한 채널로돕신 등등이 관심이 안갈수가 없고 기억이 안될 수가 없겠습니다.

그런데 여기서 자연스레 장펑교수와 관련해 인간적인 의문이 드는게.

장펑교수가 스탠퍼드 거친후 하버드에 자신의 랩을 차리고 연구한 분야가 크리스퍼 가위의 포유류 내 적용.

원천기술은 다우드나와 샤르팡티에 교수님이 보유하고 있지만 그걸 포유류에 적용하는 기술은 전혀 다른거라는 입장이 사실 저 분쟁의 핵심.

그런데 이 흐름은 사실 러프하게 보면 칼 다이서로스 교수와 게오르그교수의 상황과 너무 비슷하지 않나?

학문적 원천기술은 다른 학자들이 발견하고 정립했지만 그 기술을 실질적으로 인간과 근연관계인 포유류에 적용하는 기술은 또다른 차원의 고차원적인 학문영역이다라는 입장.

이런 연구방향 설정과 입장은 혹시 박사과정을 보낸 스탠포드 다이서로스교수의 행보에서 영향을 받은 것인가 하는 지극히 개인적 인간적인 의문이 들더군요.

그런데 전체적인 학계의 반응이나 사회의 반응은 왜 천양지차로 칼교수와 장교수를 대하는가 하는 연이어지는 의문.

혹시 장펑교수가 백인이 아닌 동아시아의 중국인이기 때문이 아닌가 싶은 유치한 의문까지.

그러나여러가지 상황들을 찾아보고 몇가지 기사들, 학계입장들을 종합해보니 대체로 칼 다이서로스 교수는 조금 특이한 아이디어를 실직적인 기술로 정착시키고 새로운 학문분야를 개척했다는 학계의 인정이 대부분이고.

장펑교수는 당시 크리스퍼가위 기술이 공개되고 전세계 랩들이 경쟁적으로 후속 연구를 펼치던 상황에서 먼저 포유류에 적용한 상황의 결과물이기에 칼교수의 채널로돕신 포유류 적용과는 많이 다른 성격이 있더군요.

그리고 다음날 주문한 칼교수의 책, 감정의 기원이 도착해 읽어보니 번역제목이 너무 포괄적이고 학문과 거리가 멀어보여 정신과 의사이기도 한 저자의 에세이식의 책인가 하고 실망하던 느낌과는 다르게 첫 저작 projections 바로 그책의 번역본이 맞고, 학문적인 내용들이 제법 실려있어 재밋게 읽고있습니다.

번역자가 일반독자를 너무 의식해 해부학 용어들을 너무 한글식으로 번역하려 애쓰면서 pons, parabrachial N. 를 다리뇌, 팔곁핵 으로 번역하는 등의 무리수가 연속적인 읽기를 방해하기는 하지만 BNST에서 출발하는 parabrachial N, lateral hypothalamus, vta로 각각 가는 회로의 광유전학 채널로돕신을 이용한 연구 이야기는 매우 흥미롭더군요.

그런데 여기서 저 연구얘기를 하는 장면이 전날 얼핏 서울대 김성연교수의 프로필을 찾아보던 중 대학측에서 소개한 소개란의 몇가지 논문의 제목하고 비슷한 느낌이 들어 구글스칼라에 관련 논문들을 찾아보니.

2013년 네이처에 계시된 논문 몇편에 칼 다이서로스교수와 공동저자로 C.H.Kim 이라는 이름이 보여서 찾아서 읽어보고 책과 비교해보니 김성연교수가 맞더군요.

이때가 박사학위 과정임에도 불구하고 저 논문의 파급효과가 상당해 학계에서 제법 주목을 받았나 봅니다.

저 혼자만의 생각이지만 이런 학문적 성과를 높게 사서 젊은 나이에 바로 서울대 교수님으로 오시게 된것은 아닐까싶습니다.

그정도로 의미있는 연구고 논문이었는데 칼교수의 책에서 이름정도는 언급해줬으면 하는 바램도 있었지만 관련 연구자들이 엄청나게 많을텐데 현실적으로 책에 전부다 언급하는 것도 상황상 이상하기는 하다 싶기도 합니다.

그리고 또하나 책을 읽다보니 광유전학을 설명하는 장면에서, 얇은 광섬유를 통해 빛을 직접적으로 쏘거나 뇌의 한 지점에 작은 홀로그래피 영상을 투사해, 라는 글이 나옵니다.

여기서 의문이 드는게 아니 두개골을 개방하고 뇌세포에 빛을 직접 쪼이는 것이 목적인데 광섬유 얘기는 알겟는데 왜 홀로그래피 영상을 투사하지?

뇌세포가 직접 시각적 처리를 하는것도 아니고 망막과 시상LGN, V1을 거치는 여러 과정을 통해서 시각영상이 처리되는 것인데 뭐하러 저 홀로그래피라는 영상을 애써 뇌세포에 직접 비추는 일을 하지?

저글이 어떤 대필 소설가나 전기작가 같은 관련학문의 문외한이 추상적이고 비유적으로 쓴글도 아니고 기술개발자의 원글인데 왜 홀로그래피 영상! 이라는 단어를 썻을까 의문이 들더군요.

그래서 또 찾아보니 저기서 말하는 홀로그래피 영상이라는 단어는 제가 알고있는 허공에 영상을 맺히는 일반적인 홀로그래피 3차원 영상을 넘어서 뇌안에서 정확한 좌표에 3차원적으로 정확한 세포에 빛의 광자가 맺히게 하는 포괄적 개념의 기술을 말하는 것이더군요.

비유하자면 돋보기의 촛점지점에 정확히 성냥을 놔야 가열되서 불이 붙듯이 채널로돕신을 발현한 그 뇌세포에 정확하게 빛이 맺히게 하는 기술.

잘 모르는 제가 학술용어가 아닌 일반용어로 홀로그래피라는 말을 받아들여 적용하면서 생기는 억측성 의문이어었더군요.

박박사님 강의중에 자주나오는 과학적 단어와 일반어로서의 단어 차이.

하여간 그기술의 내면을 살펴보니 또다시 드는 의문이 신경과학 책에서 본 머리에 광섬유를 달고있는 쥐가 움직일텐데 저 홀로그래피 기술로 정확한 3차원 좌표에 빛이 맺히게 하는 기술이 가능하다해도 의미가 있을가 싶더군요.

사실 쥐가 움직이면 생기는 이격은 세포단위의 거리개념으로는 거의 천문학적인 수준으로 이동하며 이격이 생기는 것일텐데 말이죠.

그런데 이부분이 바로 저 칼 다이서로스교수팀의 업적이 학계에서 높게 인정되는 이유기도 하더군요.

러프하게 본다면 뇌에 아예 치과용 레진 같은 것을 쏴서 두개골에 뇌를 고정하고 빛을 쏘는 광섬유끝에 굴절률 가변렌즈(GRIN렌즈)를 달아 미세한 유격이 생기면 후보정으로 값을 조정한다고 하더군요.

그러니까 칼교수팀의 업적은 당시 이미 알려져있던 조류인 클라미도모나스의 광채널을 만드는 유전자를 유전자적 조작으로 쥐의 뇌세포를 만드는 유전자에 도입하고 그게 발현된 뇌세포의 특정 세포에 공간좌표적으로 정확하게 빛을 조사해 그 세포만이 이온채널 작동으로 흥분하거나 억제(염소이온을 통과시키는 할로채널로돕신)시킬수 있는 실질적인 기술을 확립하고 다른 학자들에 의해서 재현가능한 수준으로 만들었다는데 있는것 같습니다.

그런데 여기서 다시 의문이 드는 것은, 이건 생물학적인 수준의 기술이 아니라 공학적인 수준의 기술인데 이걸 배경지식 없는 사람들이 이루어내기는 무리가 있을텐데 분명히 연구팀원중에 공학적인 배경을 가진 사람이 있을것 같다는 생각이 들더군요.

그래서 제일 처음 발표하고 인용도 많이된 2005년 저 논문을 다시 훓어보니 제일 저자로 Edward S Boyden

이라는 이름이 보여서 이사람이 어떤사람인가 훓어보니 사실 이분이 거의 저연구의 실무적인 일들을 다 해낸 사람이더군요.

어릴때부터 학문적 신동이었고 당시 다이서로스 교수랩의 대학원생이었고 이전에 물리, 전기공학, 컴퓨터과학을 전공한 배경지식을 가진 상태였더군요.

지금은 MIT교수로 연구에 전념하고 있고요.

노벨상 0순위로 언급되고 수상한다면 두분의 공동수상일거라 대체로 예상된다는 평이더군요.

그런데 에드워드 교수님이 학계에 미친 큰 영향력중에 또 놀라운 기술이 있던데

그간에는 세포시냅스 수준의 연구는 너무 크기가 작아서 수십억원이 들어가는 전자현미경의 특수한 조작에 의해서나 연구할 수 있었는데 아예 개념을 역으로 뒤집어.

배율을 높힐게 아니라 시료의 크기를 늘려버리자 하는 개념으로 접근해

확장 현미경(Expansion Microscopy)이라는 개념을 만들어 뇌에 기저기 충진제로 쓰이는 고분자 물질인 소듐아크릴레이트를 충진해 뇌자체를 물리적으로 4-50배 부풀려 일반적인 광학현미경으로 미세구조인 시냅스까지 관찰할 수 있게 만들었다고 합니다.

책에서는 이기술이 하이드로겔 조직화학 CLARITY라는 이름으로 2013년에 발표됬다고 합니다.

말은 쉬워보이지만 그사이 충진제에 의해 조직이 찢어지거나 다른 변형이 올수있는데 이걸 공학기술적으로 잘 적용해 단순히 크기만 커지는게 아니라 구조배열 자체가 그대로 50배 커지게 만들어 광학현미경 수준에서 그대로 사진을 찍어 구조를 연구할 데이터를 축적시킬수 있게 한거죠.

2005년 광유전학을 설치류에 적용후 많은 연구를 거듭해 신기술을 만들어낸 듯합니다.

이분이 실질적인 학계의 혁신을 주도하고 있는것 같습니다.

저 확장현미경 개념의 기술로 수많은 뇌내 신경회로의 배선을 연구할 데이터(뇌사진)을 얻어고 이교수님의 궁극적 목적으로 뇌지도, 커넥툼을 완성하고 싶어다고 하더군요.

그런데 커넥툼이란 단어가 또 기억이 나더군요.

마크베어의 신경과학 책에서 등장했던 단어고 관련 학자인터뷰로 한국인2세 과학자 승현준 교수님 글이 있었고.

뇌과학의 석학으로, 이재용 삼성전자 회장이 삼성의 미래전략 사업으로 뇌와 인공지능분야를 위해 애써 모셔와 삼성에서 몇년간 임원으로 계셨던 기사를 읽었던 기억도 나더군요.

그런데 커넥툼이란 단어가 이분이 낸 책이름이고 이단어를 최초로 언급한게 이분이었다는 어렴풋한 기억에 저분하고 에드워드 S 보이든 교수가 무슨 관련이 있거나 협업을 하진 않았을까 싶은 생각이 들어 또 검색해보니.

역시나 둘이 상당한 협업연구를 했고 뇌지도 완성을 위해 연구를 진행중에 있다고 하더군요.

에드워드 교수가 만든 확장현미경의 개념을 이용해 뇌의 세포들간 커넥션을 디지탈 사진으로 찍고, 이 데이터가 너무나 방대해 도저히 한사람의 혹은 한팀의 연구로는 이걸 정리할수가 없어 승현준교수님이 이걸 인터넷에 공개해 일반인들이

참여하는 간단한 게임형태의 아이와이어(EYE WIRE) 프로젝트를 진행해 신경과학과 뇌과학의 발전에 크게 기여를 했다고 합니다.

24년 후반기에 초파리의 뇌지도가 완성됬다고 발표 한 기억이 나는데 이작업이 혹시 이분들의 업적이 아닌가 싶습니다.

에드워드 교수의 13년도 TED강의는 아마 확장현미경, 하이드로겔 조직화 실험을 완성하던 단계의 시절의 강연같은데 강연중에 보이는 학문에 대한 자신감이 그대로 녹아있는듯해 진정한 학문적 천재는 이런사람이구나 싶더군요.

이런 사람들이 많아져 인류가 어쨋든 학문적으로 과학적으로 진보를 하는 것같고 고맙다는 생각이듭니다.

또한 사람에 대한 관심과 그 감정이 연관에 연관을 만들면서 관련 학문자체의 기억도 놀랍도록 선명하게 뇌에 만들어지는 것을 느끼며 박박사님의 뇌과학.

기억은 감정과 연관되고 그 감정은 인간에게서 비롯된다는 말씀을 되돌아보게 됩니다.