지난 시간 복습을 하면, D1R과 D2R의 Receptor는 단백질이다. 크기는 수소분자 크기인 돌턴(Dalton)으로 1만-10만 돌턴이다. Ach receptor가 몇 개일까? 관련자료를 퍼 담다가 너무 많아 덮어 놓았다. 상황이 어떻게 되었는지를 파악하는 것이 중요하다. D1R과 D2R의 Receptor를 구분해야 운동을 안다고 할 수 있다. 그 중요함을 알면 확장이 가능하다. 전쟁상황에서 이겨야 한다. 그러려면 잡다한 것이 아니라 전체를 빨리 봐야 한다.

브레인에서 receptor를 이해하면 “상황 끝”이다. 전쟁에서 이길 수 있다. Receptor가 왜 중요한가? 브레인이 에너지로 포도당을 시간당 4g 사용한다. 하루에 브레인이 설탕을 150g 먹는다는 것이다. 그런데 브레인에서 설탕의 70%를 쓰는 곳이 이온채널의 receptor이다. 채널을 열고 닫는데 쓴다. 상황 끝이다. Receptor가 주인이다. 전쟁게임 끝이다. Receptor를 모르면 하나도 모르는 것이다.

배근신경절(DRG)이 척수 단면만 하다. 고유감각, 기계감각, 통증 다 올라온다. 창자도 콘트롤한다.

대뇌각교뇌핵(PPN)이 복합핵이다. 시상의 ILN과 엄청나게 신호를 주고 받는다. ILN이 왜 중요한가? 대뇌피질 거의 모두와 연결되어 있기 때문이다. 또한 ILN은 마지막 그물형성체(RF)이다. 또한 통증과 관련된다. 이때의 통증은 뱀을 보고 피하고서는 “조심해야 되겠네”를 다룬다. PPN이 간단치 않다. 대뇌 브레인 대부분이 관여한다. 그래서 인간이 하는 운동은 단순한 운동이 아니다. 인지, 운동, 감각 전체를 조율해준다. 그래서 인간 운동이 다양하다.

그림2는 프레임이다. 흑질그물부(SNr)와 척수(SC)가 연결되어 있다. 시각과 보행이 신경로를 90% 같이 쓴다. 걷는 것과 보는 행위는 고속도로를 같이 쓰고 있는 것이다. 정중뇌교망상체(PPRF)는 수평주시센터인데, 소뇌 심부핵인 꼭지핵과 연결된다.

오늘 하나 남은 화살은 어디로 쓸까? “어느 것이 알고 싶다”는 공부에 도움이 안된다. 공부는 본인이 알고 싶은 것을 너무 강조하면 안된다. 서울대 홍성욱 교수가 미래교육포럼에서 한 말이 “서울대 물리학과에 똑똑한 학생이 많은데, 1, 2학년때 집요하게 질문만 하는 친구가 뒤에 학자로 남은 사람이 별로 없다” 고 하였다. ‘블랙홀’ 등을 집요하게 붙들고 있어 빠져 나오지 못한다. 비교종교학 창시한 세계적인 철학자 엘리아데(Mircea Eliade, 1907-1986)도 루마니아 토속종교로 연구를 시작하였는데, 만일 거기에만 매달려 있었다면 세계적인 종교학자가 못 되었을 것이다. 상대성이론을 혼자서 풀었다는 이메일 많이 받는다. 거기서 벗어나야 한다. 독학으로 빠진 사람들의 오류가 있다. 본인이 알고 싶어하는 것을 아는 방법은 잊어 먹지는 말고 일단 보류하고 먼 길을 떠나야 한다. 그러면 전체 구조를 알게 되면서 본인이 알고 싶은 지엽적인 것은 저절로 해소된다.

빠져 나와서 큰 바다를 항해하다 보면 큰 섬을 만나는데 ‘이온채널(ion channel)’이다. 먼 길이다. 시냅스전막(presynaptic) 돌기(spine)를 그린다. 그간 그렸던 시냅스는 버섯(mushroom) 형태인데, 지금 그리는 후막은 다르다. 기둥처럼 되어 있다. 이런 돌기가 있다. 가늘고 길쭉하다. 원자까지도 볼 수 있는 고배율 전자현미경으로 촬영하여 노벨물리학상을 받았다. 2개를 그리는데 오늘은 이것만 따라오면 된다.

수상돌기(Dendrirte)에 나와 있는 돌기인데 뉴런 하나에 1만개가 나온다. 배외측전전두엽(DLPFC)에서 발견된 돌기이다. 몇 명의 대가급이 30년 매달려 밝힌 것이다. DLPFC의 가장 중요한 기능은 작업기억(working memory)이다. 가장 중요한 이야기이다. 브레인 안에서 생각의 기본단위가 ‘이미지’라고 하였다. 다른 측면에서 인간의 마음인 정신작용이 뇌과학적으로 걸맞는 것이 작업기억이다. 의식은 아니다. 의식없는 정신작용도 있기 때문이다. 확실하게 실체가 있는 것은 스트레스이다. 스트레스는 구체적 회로가 있다. 조금 엄밀성이 떨어지는 것은 감정이다.

잠을 청하면서 뒤척일 때 브레인이 하는 작용, 이때 브레인이 엄청나게 돌아가면서 순수한 정신작용이 드러난다. 낮 동안은 목적지향이기에 정신을 재대로 못본다. 잠을 기다리며 보내는 시간에 정신작용이 드러난다. 한 생각에 골똘하면 잠이 안 든다. 잠에 빠지는 것을 관찰하는 것이 브레인 이해하는 하이웨이다. 한 생각이 고정되면 기억이다. 이때는 버섯 형태의 돌기가 생긴다. 생각의 둘레가 10초동안 바뀐다. 유연성(flexibility)이 작업기억이다. 뇌과학의 핵심이며 인간의 정신작용에 가장 가깝다. 작업기억은 감각입력이 없어도 정신낙서장(mental sketch pad)이 형성되어 마음껏 낙서를 한다. 유연성이 정신작용의 핵심이다. 유연성이 작당한 범위에서 율동해야 하는데, 고정되면 기억으로 가고 너무 율동하면 정신분열이 된다. 유연성의 균형을 잡아가는 것이 작업기억이다. 작업기억만 이해하면 작동하는 정신을 이해한다. 오늘 마지막 강의의 화살이다. 마음이 뭔가를 뇌과학이 접근하고 있다. 이제 문이 살짝 열린 것이다. 2020년 논문(,The genie in the bottle-magnified calcium signaling in dorsolateral prefrontal cortex)과 2021년 논문(Neuromodulation of prefrontal cortex cognitive function in primates: the powerful roles of monoamines and acetylcholine)을 강의하는 것이다.

시냅스 전막에서 글루타메이트(Glu)가 분비된다. 후막에서는 이온채널 1개만 따져준다. NMDAr(N-methyl-D-aspartate receptor)이다. AMPAr(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor) 채널은 따져주지 않아도 된다. 배외측전전두엽(DLPFC)으로 올수록 NMDAr 채널이 많아진다. 이온채널로 Ca과 Na이 들어온다. Ca이 들어오면 AC(아데닐산고리화효소, adenylate cyclase)가 작동한다. 그러면 cAMP(cyclic adenosine monophosphate)가 대량으로 형성된다. 그러면 PKA(Protein Kinase A)를 촉발한다.

인간정신작용을 이해하는데 이들이 많아지고 적어지는 것을 이해하는 것이 핵심이다. 이들의 양을 조절하는 이온채널이 있다. 첫번째 시냅스에 mGluR1(metabotropic glutamate receptor 1)이 있고, 칼륨채널인 SK(small conductance calcium-activated potassium channels), HCN(hyperpolarization-activated, cyclic nucleotide-gated channels), KCNQ(Voltage-gated potassium (Kv) channels 7)가 있고, D1/ß1, TRPC(transient receptor potential cation channels)가 있다.

두번째 시냅스에도 동일하게 mGluR1, SK, HCN, KCNQ 채널이 있고, α7-NICR(α7 nicotinic acetylcholine receptors)이 있고, 다음으로 가장 중요한 인간정신의 본질을 건드리는 α2A-AR(α2A adrenergic receptor) 채널이 있다. α2A-AR은 부신피질과 관계된 채널인데, 콩팥에 있는 채널이 정신작용의 키에 박혀 있다는 것이다. 콩팥은 renal, 부신은 adrenal이다. 그래서 AR은 adrenergic receptor이다. 여기에 모든 정보가 다 있다.

이상의 채널들은 느린데, 기밀하게 상태를 바꿀 수 있다. 배외측전전두엽(DLPFC) 6개 신피질 중, 3번째 층의 피라미드뉴런의 시냅스 돌기에 있다.

세포 안은 안정상태에선 -70mV이다. 바깥은 0 mV이다. Ca²⁺이 들어오면 +2가라서 전압이 올라간다. 이것을 탈분극(depolarized)이라고 한다. 과분극(Hyperpolarize)은 –로 더 떨어질 때 쓴다. 세포 밖은 0 mV이기에 분극(polarized)은 갭이 70 mV차가 나는 것이다. 그러면 활성전위(actin potential)가 안 생긴다. 전압이 올라가 주어야 하는데, -40 mV쯤 되면 전압이 튄다. 이것을 활성전위라고 하고 우리 모든 정신작용은 이것으로 일어난다.

칼슘이 들어오면 -70 mV에서 탈분극(depolarization)된다. 그러면 AC가 커진다. 또한 신경 쓸 일이많으면 노르에피네프린(NE)이 분비되고 도파민 채널인 D1/β1이 열려서 AC를 촉진한다. AC가 많아지면 cAMP가 많아지고, PKA가 많아져서 도파민이 점점 많아지면 간질발작이 일어난다. 사람이 살다 보면 간질발작은 꽤 많이 일어난다. 해마, PFC에서 많이 일어난다. 특별한 현상이 아니고 일반적 현상이다. 조절이 안되면 간질로 간다. 어떻게 조절할까? 김을 빼면 된다. +전위로 올라가는 압력을 빼주면 되는데, 세포질 안에 많은 K⁺를 빼주면 된다. 그래서 칼륨채널이 붙어 있다. 그래서 우리가 안 미치고 살아간다. 정신분열증이 인류에게 1%로 굉장히 많다. 인류의 마지막 문을 살짝 열고 있다.

칼슘이 들어오면 SK에서 칼륨을 빼낸다. cAMP농도가 높아지면 HCN이 문을 열어 칼륨을 뺀다. 그래도 PKA가 많아지면 KCNQ에서 봇물을 열어버린다. 모두 칼륨이 빠져나간다. 김이 빠지면 전압이 떨어져 활성전위가 안 일어난다. “휴 살았다” 이다. 그러면 잠으로 빠져 들어간다. 10초 내로 일어나고 있다. 인간정신의 코어에 도달했다. 이렇게 바뀌어야 한다. Flexible(유연함)과 Vulnerable(취약함)이 있다. Flexible이 콘트롤 안되면 Vulnerable이 된다. 그래서 인간의 정신병이 그렇게 많다.

#1 그림의 출처논문 제목이 “The genie in the bottle-magnified calcium signaling in dorsolateral prefrontal cortex(December 2020, Molecular Psychiatry 26(8))” 이다. 요술램프 속의 지니를 조절 못하면 정신병이 된다. 위대한 지니를 획득했는데, 이 출현을 콘트롤 못하면 곧장 정신병에 빠진다. 지니를 획득한 답례가 정신병이고 그 경계선상에 걸어가는 것이 인간의 정신작용이다.

첫번째 시냅스에서 김이 빠지면 활성전위가 사라진다. 그것을 ‘약화된 역동적 네트워크 연결(Weakened DNC, dynamic network connection)’이라고 한다. 그러면 안전하다. 안전해 졌으면 다시 활성화해야 한다. 두번째 시냅스에서 이 흐름을 제어하는 1등공신이 부신피질에서 나오는 α2A-AR로 AC를 브레이크 건다. 그러면 한꺼번에 조절한다. 또한 cAMK를 줄이는 전용효소가 PDE4(Phosphodiestease4)이다. PDE4는 DISC1(disturbed in schizophrenia) 유전자의 트리거를 받는다. 그러면 K⁺가 세포 내에 많아진다. 그러면 지속적 발화가 일어나는데, 그것이 정신작용이다. ‘강화된 역동적 네트워크 연결(Strengthen DNC, dynamic network connection)이다. 이를 DNC이론이라고 한다.

배외측전전두엽(DLPFC)에서 한 생각이 떠 오르면 뉴런 집합이 연결되어 패턴이 만들어진 것인데, 한 생각만 하면 잠이 안 든다. 그러면 빨리 김을 빼 주고 딴 생각을 해야 할 때 일어나는 것이 DNC이다. 낮 동안에는 모든 것을 맞추어 살아가는 작업기억을 일으키는 활성전위가 계속 일어나주고 다른 환경이 오면 생각을 바꾸어야 하는데, 이 두 상태를 계속 번갈아 해주어야 한다. 우리 브레인이 원래 이렇게 되어 있다. 끊임없이 요동하면서 한정된 영역에서 리듬을 맞추는 것이 인간 정신작용의 본질이다.

AR(Adrenergic receptor)에 대해서 정리한다. 아드레날린(E)과 노르에피네프린(NE) receptor가 AR이다. 왜 중요한가 하면, AR이 교감신경(SNS, sympathetic nerve system)을 조절한다. “상황 끝”이다.

AR은 3가지 타입이 있는데, α1-AR, α2-AR, ß-AR이다. α1-AR에는 α1A, α1B, α1D가 있고, α2-AR에는 α2A, α2B, α2C가 있고, ß-AR에는 ß1, ß2, ß3가 있다. GPCR중 Gq, Gi, Gs가 각각 관여한다.

E, NE가 α1-AR에 붙으면 PLC-ß, DAG, IP3, Ca²⁺가 증가한다. 우리가 신경을 많이 쓴다는 것은 칼슘이 많이 분비가 되면서 PKA 농도가 높아진다는 것이다. 그러면 신경세포핵에 연결된 소포체(ER)에서 말단으로 떨어져 나간 ER내에 있는 칼슘의 문을 열어버린다. 이것이 CICR(Calcium induced calcium release)이다. 지니가 바로 ER이라는 병 속에 갇혀 있는 칼슘이다. 이 지니를 콘트롤 못하면 정신발작이 된다. 이를 콘트롤 하면서 인간이 출현했다. 1000만년 동안 호리병 속에 갇혀 있던 지니가 자꾸 병마개를 건드려서 나왔다. 그것이 생각하는 능력을 획득했다는 것이다. 생각은 지니처럼 뭐든지 할 수 있다. 그런데 미치면 안된다. 어떻게 미치지 않고 지니를 부릴 수 있는가의 이야기다. 그래서 우리는 미치지 않고 생각을 통해 우주까지 갈 수 있었다. 지구상에 미칠 수 있는 동물 종은 인간밖에 없다.

α2A는 배외측전전두엽(DLPFC)에 대량으로 발현된다. 그러면 AC, cAMP, PKA를 줄여준다. 드디어 지니를 콘트롤 할 수 있게 된다.

ß-AR은 AC, cAMP, PKA, L-type Ca을 증가시킨다. 그냥 두면 지니가 날뛰어 미친다.

브레인 전체에서 어떻게 되는가? 브레인 프레임에서 그려본다. 해마도 같이 그려주고, V1영역과 LIP(lateral intraparietal cortex) 와 MT(middle temporal visual area) 영역이 있고, 작업기억의 핵심인 DLPFC가 위치한다. V1에는 AMPAr 채널이 많아서 빠르게 사진 찍듯이 기억으로 만들어주지만 flexibility는 없다. ACC영역도 중요하다. 자극이 V1에서 LIP -> DLPFC -> ACC -> 해마로 온다. 시간을 측정해 놓았다. V1-> LIP까지가 70 msec, DLPFC까지는 120-200 msec, ACC까지는 250-350 msec, 해마까지는 20 sec 걸린다. DLPFC는 6개층이 있는데, 3번째 층의 피라미드 뉴런에 관한 이야기다. 수상돌기 한 점인 돌기를 그린 것이다. 뉴런 하나에 이 돌기가 1만개가 있다. 종합적으로 봐야 한다.

카테콜아민(Catecholamine)은 무엇을 말하는가? 전체가 분자적으로 카테콜아민에 관한 이야기다. 도파민 이야기 할 때, 아세틸콜린, 세로토닌 넣으면 안된다. 도파민(dopamine), 아드레날린(adrenalin), 노르에피네프린(norepinephrine)이 카테콜아민이다. 분자를 그려보면, Catechol 분자는 벤젠고리에 -OH기가 2개 붙은 것이다. Catechol amine은 Catechol에 amine기를 붙여준 것이다. -CH₂-CH₂-NH₂를 붙여준 것이 도파민(DA, dopamine)이다. 도파민에 -OH기가 더 붙은 Oxydopamin으로 Norepinephrine(NE)이다. 그러면 작용이 독해진다. NE에 -CH₃가 더 붙으면 methyl-oxydopamine(epinephrine=adrenaline)이다. 이 3가지를 통째로 부르는 이름이 카테콜아민이다.

아세틸콜린(Ach)과 세로토닌(5-HT)은 완전히 다른 이야기이다. 배외측전전두엽 연구에서 깜짝 놀란 일은 도파민 신경전달물질을 제거하면, 배외측전전두엽은 전체를 뜯어내는 것만큼 충격을 준다. 배외측전전두엽에서 아세틸콜린도 마찬가지다. DA, NE, Ach은 배외측전전두엽과는 출생의 비밀처럼 엉겨붙어 있다. 인간이 왜 인간이 되었냐는 도파민 물질이 호모사피엔스의 베외측전전두엽에서 결정적이 된 것과 관련된다. 호모 사피엔스의 마음의 출현은 카테콜아민(catechol amine)과 결혼한 것이다. 흑질치밀부(SNc)에서 도파민(DA)이 만들어진다. 세로토닌(5-HT)은 솔기핵(raphe N.)에서 만들어진다. 청반핵(LC)에서 NE가 만들어진다. 기부전뇌(Basal forebrain)의 NBM(the nucleus basalis of Meynert)에서 아세틸콜린이 나온다. DA, 5-HT, NE가 MFB(Medial forebrain bundle)를 통해서 전뇌(forebrain)로 가고, 전뇌의 NBM에서 나오는 Ach도 같이 가서 모두 DLPFC로 올라간다. 결국 이 세가지 물질(Dopamine, NE, Ach)이 지니를 콘트롤해준다.

작업기억(Working memory)이 분자레벨까지 밝혀지면서 마지막 문을 열고 있다. 브레인 흐름에서 해마쪽으로는 노벨상이 2번 나왔다. 시각에 대해서도 거의 밝혀졌는데, 전전두엽에 대해서는 노벨상이 나오지 않았다. 인공지능 알파고가 다음으로 가고 싶은 곳이다. 백석의 <흰 바람벽>이라는 시가 있다. 모티브가 중년남자가 외토리가 되어 떠돌다가 헛간에서 며칠 지내면서 누워서 자기 좋은 시절을 생각하는 것이다. 한 겨울 허름한 창고에 누워 중년남자가 좋았던 옛 시절을 생각한다. 그것이 인간정신작용이다. 얼마나 많은 옛추억이 떠오르겠는가? 아직도 뇌과학이 밝히지 못한 것이다. 생각이 뭔가? 활동전위라는 것은 아는데, 어떻게 작용하는가를 밝혀야 한다. 이것이 밝혀지면 “인간의 마음이 왜 이렇게 바뀌는가?”를 알 수 있다.

10년 전과 2020년도 2021년에 같은 저자의 논문이 나왔다. 2020년 논문 제목이 “The genie in the bottle”이다. 생각이야 말로 뭐든지 할 수 있다. 잠자는 지니를 깨웠다. 지니가 cAMP에 촉발된 칼슘 경로이다. 신경세포 핵의 소포체(ER)가 떨어져 나가 돌기 끝에 있는 것이 지니이다. 소포체 안에는 칼슘이 들어 있다. 병 속에 1000만년 동안 갇혀 있었다. 영원히 갇혀 있으면 인간은 출현하지 못했다. 드디어 지니를 타고 생각이 출현하였다. NMDAr 채널이 열려서 Na이 들어오면 Ca이 들어온다. AC가 자극받고 cAMP가 많아지면 PKA가 많아지면서 램프를 문질러 지니가 나온다. 성경에서는 아담이 지혜의 사과를 따 먹은 것이다. 초기 인류의 많은 종들은 이것을 못 다스려서 멸종하였을 것이다. 대부분 인류는 지니를 조절 못해서 미치거나 저능아가 되어 환경에 적응 못하고 사라졌을 것이다. 인간에게 도파민이 중요해진 뿌리이다. 호모 사피엔스는 조절에 성공하여 지혜로운 사피엔스가 되었다. 램프 속에 계속 자고 있었으면 우리는 다른 동물이 되었을 것이다. 왜 열렸나? NMDAr 채널이 열려서 PKA가 문지르면서 지니를 열어버린 것이다. 지니가 연 세계에 빠져 살면 환상의 세계이다. 우리가 지니를 올라타고 가다가 적당할 때 내려와야 한다. 그것이 우리의 생각이다. 마음껏 상상의 춤을 추는데, 단 생각 속에서만, 그리고 다시 지니에서 내려와서 리얼세계를 보아야 한다. 두개를 왔다갔다하는 것이 유연성(flexibility)이다. 해마나 다른 연합피질에서 기억이 만들어지는 과정과 완전히 다르다. 기억은 버섯 타입이다. 도톰해서 꺽쇠가 많아 오랫동안 유지되어야 한다. 배외측전전두엽은 기억을 하는 데가 아니다. 길쭉한 다른 돌기이다. 이 구조가 ‘생겼다, 사라졌다”를 빨리할 수 있는 구조이다. 작업기억은 기억하는 것이 아니다. 10분전 공상은 기억으로 남지 않는다. 그것이 우리의 정신이다. 논문에서는 정신낙서장(mental sketch pad)으로 표현한다. 순간적으로 그리고 사라지는 정신적 낙서장이다. 잠자기 전 생각이 몇 번이나 바뀌나 살펴보라. 기억용이 아니다. 본래의 마음은 유연성을 가져야 한다. 그리고 유연성은 조절되어야 한다. 너무 괴잉되면 간질이 일어난다.

소란스러워 문을 여는 순간, CICR(calcium induced calcium release)이 지니의 문을 여는 원리이다. 칼슘이 분출되는데 조절 못하면 알츠하이머 치매이다. 치매도 결국은 칼슘농도 조절에 실패한 것이다. 칼슘은 미토콘드리아로 들어가면 활성산소 문제를 불러와서 노화가 된다. 인간의 정신작용은 지니가 조절된 범위에 있을 때만 여러가지 상상의 나래를 편다. 마지막 프런티어의 문 앞에 서 있다. 이것이 밝혀지면, 명상이나, 신념은 그 아래 영역이다.

2021년 Review paper에 나온 다이아그램이다. 사각형을 6개 그리면서 인간 정신상태를 6개로 구분한다. 깊은 잠(deep sleep), 피로 또는 노화(fatigue or aged), 이완된 초롱함(alert-relaxed), 집중된 초롱함(alert-attentioned), 스트레스(stress), 심각한 스트레스(severe stress)이다. 배외측전전두엽의 3번째층의 피라미드 뉴런에서 일어나는 일이다. V1에서는 AMPAr비율이 높고 배외측전전두엽으로 가면 NMPDAr비율이 높아진다. 모두 이온채널에 관한 이야기이다.

깊은 잠은 배외측전전두엽에서 결정적인, DA, NE, Ach가 나오지 않는다. 서파수면의 깊은 잠은 브레인이 휴식을 취하는 것이라 나오면 안된다. 피곤한 상태는 α2A-AR, D1R, α7-NICR의 활성이 떨어진다. 초롱-이완된 상태는 α2A-AR, D1R, α7-NICR이 활성화되고, 초롱-집중에서는 α2A-AR, D1R가 작동하고 α7-NICR는 작동하지 않는다. 스트레스 상태에는 α1A-AR, D1R이 많이 나온다. 심각한 스트레스에는 α1A-AR, D1R이 엄청 많이 나온다. 심각한 스트레스가 해리상태(dissociated state)로 정신분열이 일어난다.

피곤해지면 작업기억과 탑-다운 콘트롤이 약화된다. 피곤하면 작업기억 안되고 사고 많이 난다. 초롱-이완은 반사적 집중(attention reflexive)이 되고 신호가 증가된다. 초롱-집중은 집중에 초점 맞추고, 한 곳에만 집중하므로 잡음을 줄인다. 이 다이아그램을 Reverse U-type 이론이라고 한다. DA, NE의 catechol amine이 이 이론을 따른다.

전체적으로 잘 조율된다는 말은 ‘뭐든지 생각하는데 미치지 않는 상태’이다. 그 상태를 2020년 논문에서 제시하였다. 배외측전전두엽에서 일어나는 일이다. 시냅스전막에서 Glu와 NAAG가 나온다. NMDAr 채널이 4개의 유니트로 되어 있는데, 그 중 NR-2B가 핵심이다. AMPAr도 있다. 칼슘이 들어오면 AC -> cAMP -> PKA가 많아진다. 우리 모든 정신작용의 메인루트이다. PKA가 첫번째 하는 일이 인산(P)을 NMDAr에 붙여준다. 또 하나는 금단의 영역으로 접근한다. IP3(inositol 1,4,5-trisphosphate)를 많게 하고, IP3가 IP3 Receptor에 붙으면 RyR(Ryanodine receptors) 채널이 열린다. 이 두가지 상호작용으로 CICR(Calcium induced calcium release)이 일어나고 이 과정에서 나오는 것이 ‘지니’이다. 소포체(ER) 속에 있던 Ca²⁺이다.

지니를 제어한다는 말이, NAAG가 NAAG전용 채널인 GluR3로 가서 붙으면 GluR3가 작동하여 AC를 억제한다. 이제 지니를 부릴 수 있게 된다. NAAG는 NAAG를 분해하는 효소인 GCP-II가 억제한다. cAMP는 DISC1에서 촉발된 PDE4가 억제한다. 다중으로 제어한다. 또 핵심억제가 α2A-AR에서 AC를 억제한다. 만일 이상의 조절이 원할치 않아 지니가 튀어나오면 논개가 나와서 껴안고 같이 죽는다. 세포 안에 칼슘과 결합하는 단백질이다. 활빈당과 비슷한 Calbindin 단백질이다. 이렇게 되면 지속적 발화(persistent firing)가 일어나고 이것이 ‘강화된 역동적 네트워크 연결(strengthen DNC)’이다.

시냅스 작용으로 10초 사이에 작업기억이 일어나면 많은 파동 중에 몇가지만 기억이 난다. 사실 기억이 중요한 것이 아니라 작업기억이 정신작용의 본질이다. 기억에 남는 것은 돌기가 통통하게 되어 있다. 보거나 들으면 해마로 들어간다. 해마로 들어갈 정도면 중요한 것이다. DLPFC에서는 모든 것을 탑 다운으로 내려 보내는데 이 모든 것을 다 모니터링을 한다. 아무것도 아닌 일은 잊어 버리고, 특별한 일만 기억으로 남기는데, 배경으로 있는 것이 배외측전전두엽(DLPFC)에서 하는 작업기억(Working memory)이다.

작업기억은 현재 그 자체(present itself)이다. 이것이 작동하지 않으면 현재가 붕괴되고 동물상태로 떨어진다. 그러면 중요한 것만 보인다. 중년남자가 외롭게 있어보면 수많은 상념의 파동이 일어나는데 이것이 지니이다. 하루 중 기억나는 것이 몇 개인가? 현장에서는 소소한 수많은 분위기가 있는데, 모두를 기억하지 않는다. ‘작업기억’이라는 조어가 잘못되어 ‘기억하는 무엇’이라 생각하는데, 실상은 ‘현재 그 자체’이다. 현재는 살아갈 뿐이다. 현재가 사라지면 동물이 된다. 인간이 위대한 것은 현존적 존재라는 것이다. 분자메커니즘으로 밝혀지는 단계이다. 무수한 배경처럼 보이는 것이 지니의 작용이다. 그 중 특별한 상황이 튀면 그것이 기억으로 간다. 정신분열은 삶의 현재가 붕괴되어 현재를 살아갈 수 없는 것이다. 우리는 현재 속에 사는 존재다. “미치지 않고 생각의 나래를 무한대로 펼칠 수 있는 동물 종”이 호모 사피엔스의 정의다. 생각은 지속적 발화(persistent firing)이다.

도파민(DA) 분자를 다시 그려준다. 도파민 분자를 살짝 변형하면 DMT(dimethyltryptamine)이다. 이 분자에 –OH 붙으면 psilocin (4-HO-DMT), 인산기가 붙으면 psilocybin (4-PO-DMT)으로 마약이 다. 이 분자를 따라가는 길이 우리 정신작용을 좌우한다.

역동적 네트워크 연결(DNC, dynamic network connection) 이론은 빠른 신경 가소성(rapid neural plasticity)이다. DLPFC의 layer III에서 일어난다. 피라미드 뉴런이 2개가 있고, 그 사이에 인터뉴런(inter-neuron)이 있어서 측방향억제(lateral inhibition)를 한다. 시냅스된 부위에 염색을 했더니 특이한 단백질이 몇 개 발견되었는데 칼빈딘(calbindin), 파발부민(parvalbumin)이 유니크하게 찾아졌다. 이외에도 많다. 이 단백질이 모두 칼슘결합단백질(Calcium binding protein)이다. 측방향억제가 작업기억의 내용 자체이다. 우리 모든 정신작용의 궁극은 측방향억제가 윤곽을 만들어준다. 이것이 DNC이다. 뉴런이 수백 개 있을 때 결합들을 빨리 만들고 끊어지는 것이 다이나믹이고 결합이 완성된 것이 작업기억이다. 몇 초내 생기고 붕괴되어야 하니 당연히 다이나믹할 수밖에 없다.

감정에 대해 궁금한 분을 위해 마지막으로 그려준다. 뇌궁(fornix)을 타고 갈라지는 신경루트가 7개이다. Septal area, POA(Preoptic area), Anterior nucleus of Hypothalamus, MB(mammillary bodies), Habenula, AN(Anterior nucleus of the thalamus)과 MD(mediodorsal nucleus of the thalamus)이다. 영역 이름을 붙이면 PFC(prefrontal cortex), ACC(anterior cingulate cortex), PCC(posterior cingulate cortex), RSC(Retrosplenial cortex), Parahippocampus, EC(entorhinal cortex), Hippocampus, Amygdala이다. PFC와 Amy의 연결을 조절하는 것이 명상이다. 과잉흥분하지 마라는 것이다. Amy에서 가는 루트의 한 가지가 Septal area를 통해서 뇌궁으로 들어간다. 기억의 출력은 Hip에서 나가는데, Amy에서도 들어온다는 것이다. Amy와 EC는 쌍방향으로 연결된다. 다음으로 주목해야 하는 핵이 NAc(nucleus accumbens)와 VP(ventral pallidum)인데, Amy에서 PFC로 들어간 시그널 일부가 ACC에서 NAc로 내려오고 VP를 거쳐 MD로 내려온다. 이 회로가 중요하다. 기존의 파페츠회로(Papez Circuit)는 MB로 가서 AN으로 가고 AN에서 ACC로 간다. PCC를 거쳐서 RSC로 들어가서 다시 들어온다. 경로에서 SA(Somatic association)와 AA(auditory association), VA(visual association)가 끼어 들어간다.

오늘 강의는 이 중에서 배외측전전두엽(DLPFC) 이야기다. DLPFC에서 처리하다가 안되면 편도체(Amy)로 넘겨 버린다. 너무 흥분하다가 안되면 떠 넘겨 버리는 것이다. 막 보인다. 항공모함을 만들어야 보인다. 이제 여러분들은 생각이 뭔지 이야기할 수 있다. 내가 미국 유학 갈 때 들고 간 책이 크리슈나무르티의 <아는 것으로부터의 자유>이다. 이 책에서 반복된 말이 “생각이 처음 일어난 순간을 보라”는 것이다. 지금 보면 여기에 다 있다. 이제 만났다. 생각이 일어나는 순간을 본 것이다. 그것도 분자적 메커니즘으로 생각이 일어나고 사라짐을 본 것이다. 드디어 지니를 출현시켰고, 지니를 통해 세상을 보고, 미치지 않고 다시 현실로 내려올 수 있는 위대한 사피엔스가 된 것이다.