May-Britt Moser

최첨단 신경과학 연구실 안, 장비들의 웅웅거리는 소리가 공기를 가득 채운다. 유토가 복잡한 신경 경로들이 빛을 내며 깜빡이는 커다란 홀로그램 디스플레이를 가리킨다. "이건 단순한 지도가 아니야, 얘들아." 유토가 낮고 흥분된 목소리로 설명한다. "이건 뇌가 스스로를 매핑하는 모습이야. 우리가 길 찾기를 이해하는 방식을 근본적으로 바꾼 발견이지. 누가 이 놀라운 내부 GPS를 찾는 데 도움을 줬는지 아니, 아틀라스?" 아틀라스가 반짝이는 디스플레이를 자세히 본다. 복잡한 육각형 패턴이 나타난다. "알 것 같아요, 유토! 메이-브릿 모저와 에드바르 모저인가요? 그들은 이걸로 노벨상을 받았잖아요!" "정확해, 아틀라스! 그리고 이 모든 것은 알베르트 아인슈타인이 언젠가 말했던 것처럼, 깊은 경이로움에서 시작되었지. '우리가 경험할 수 있는 가장 아름다운 것은 신비로운 것이다. 그것은 모든 진정한 예술과 모든 과학의 원천이다.' 메이-브릿 모저는 그 신비를 진정으로 받아들여, 우리 뇌가 우리가 어디에 있는지, 그리고 어디로 가고 있는지를 어떻게 아는지 밝혀냈어."

유토는 그들을 가상 쥐가 간단한 사각형 울타리를 탐색하고 그 경로가 색깔 점들의 흔적을 남기는 화면으로 이끈다. "레온, 네가 새로운 방에서 치즈를 찾는 작은 쥐라고 상상해 봐." 유토가 화면을 가리키며 시작한다. "네 뇌는 네가 어디에 있는지 어떻게 알까? 음, 천구백칠십년대에 존 오키프라는 과학자가 놀라운 것을 발견했어. 해마에 있는 '장소 세포' 말이야." 레온의 눈이 휘둥그레진다. "장소 세포요? '네가 여기 있다'고 알려주는 건가요?" "정확해! 가상 쥐가 방의 특정 부분에 들어가면, 이 '장소 세포'라는 특정 뉴런들이 작은 신호등처럼 불을 밝혀. 그들은 쥐에게 '여기는 북서쪽 모퉁이야!' 또는 '네가 벽 바로 옆에 있어!'라고 알려주는 거지! 하지만 퍼즐에 빠진 조각이 하나 있었어."

유토는 투명한 디지털 화이트보드에 장소 세포의 한계를 설명하는 스케치를 한다. "아틀라스, 생각해 봐." 유토가 보드에 몇 개의 동그라미를 그리며 말을 잇는다. "장소 세포는 지도 위의 개별 핀과 같아서 '여기'와 '여기'를 알려줘. 하지만 그 핀들 사이의 거리는 어떻게 알지? 다섯 걸음 움직였는지, 쉰 걸음 움직였는지 어떻게 알아? 장소 세포는 넓은 영역에 대한 규모나 방향 감각을 주지 않아." 아틀라스는 머리를 긁적인다. "그럼, '여기가 내 방'이고 '여기가 부엌'이라는 건 알지만, 그 사이를 효율적으로 이동하는 방법이나 집이 얼마나 큰지는 모른다는 건가요?" "정확해! 뇌는 공간에 대한 일관된 감각을 측정하고 유지할 방법, 즉 그 모든 '장소'들을 연결할 수 있는 보편적인 좌표계가 필요했어. 그게 바로 메이-브릿 모저와 에드바르 모저가 해결하려고 했던 엄청난 문제였지!"

홀로그램 디스플레이가 바뀌면서 디지털 지구본을 가로지르는 애니메이션 여정을 보여주다가 노르웨이 트론헤임 시가 있는 아름다운 피오르 풍경에 멈춥니다. "우리의 이야기는 과학적 발견의 중심지인 노르웨이 트론헤임으로 우리를 멀리 북쪽으로 데려갑니다." 유토가 아름다운 디지털 지도를 가리키며 설명합니다. "이곳은 메이-브릿 모세르와 에드바르 모세르가 카블리 시스템 신경과학 연구소에서 연구를 시작한 곳입니다. 그들은 '뇌가 어떻게 세상의 지도를 만드는가?'라는 엄청난 호기심에 이끌렸습니다." 레온이 지도에 빛나는 건물을 가리킵니다. "그럼, 그들은 거기서 뇌의 진짜 지도 제작자를 찾기로 결정했나요?" "맞아요! 그들은 '장소 세포' 이상의 것이 있을 것이라고 짐작했습니다. 그들은 우리가 환경의 기하학을 이해할 수 있게 해주는 더 근본적인 시스템, 즉 신경학적 청사진을 가설로 세웠습니다. 그들의 목표는 이 내부 좌표계를 담당하는 뉴런을 찾는 것이었습니다."

장면은 실험 장치의 상세한 과학적 다이어그램으로 전환되는데, 쥐가 넓고 개방된 경기장에 있고, 뇌에 미세 전극이 이식되어 녹음 장비에 무선으로 연결되어 있습니다. "이 숨겨진 지도를 찾기 위해 모저 부부는 뇌에 직접 귀를 기울여야 했습니다." 유토가 다이어그램에 선을 그리며 설명합니다. "그들은 쥐 뇌의 특정 부분인 내후각 피질, 즉 해마 바로 옆에 작고 무해한 미세 전극을 삽입했습니다. 이를 통해 쥐가 넓고 개방된 경기장을 탐험할 때 개별 뉴런의 전기적 활동을 기록할 수 있었습니다." 아틀라스가 고개를 끄덕입니다. "그럼, 뇌세포가 이야기하는 것을 듣는 작은 마이크 같은 건가요?" "정확합니다! 쥐는 자유롭게 돌아다니고, 간식을 쫓고, 놀 수 있었고, 그동안 과학자들은 어떤 뉴런이 언제 '발화'하는지 관찰했습니다. 그들은 단순히 '여기에 있다'는 것을 넘어 일관된 공간 코드를 나타내는 반복되는 패턴이나 징후를 찾고 있었습니다."

화면에는 놀라운 결과가 나타납니다. 쥐가 움직일 때 기록된 신경 활동에서 생생하고 빛나는 육각형 격자 패턴이 나타나는 것입니다. "그리고 그때, 그들은 그것을 보았습니다. 아무도 예측하지 못했던 패턴, 진정한 '아하!'의 순간이었죠!" 유토가 화면의 복잡한 디자인을 손가락으로 짚으며 외칩니다. "쥐가 탐색할 때, 내후각 피질의 특정 뉴런들은 한 지점에서만 발화하는 것이 아니라, 여러 개의 등간격 위치에서 발화하여 완벽한 육각형 격자를 형성했습니다! 그들은 이것을 '격자 세포'라고 불렀습니다." 레온이 숨을 들이쉽니다. "벌집 같네요! 그럼 뇌에는 자체적인 보이지 않는 모눈종이가 있다는 건가요?" "네, 레온, 정확합니다! 각 격자 세포는 공간의 다른 지점에서 발화하고, 많은 격자 세포를 결합하면 환경의 숨 막힐 듯이 기하학적으로 정확한 지도를 만듭니다. 이것이 바로 빠진 조각이었습니다. 뇌의 내장된 좌표계 말이죠!"

유토는 이제 여러 격자 세포가 결합하여 일관된 공간 지도를 만드는 방식을 보여주는 정교한 대화형 시뮬레이션을 사용합니다. "개별 격자 세포는 각각 다른 '척도'나 '방향'을 가진 작은 자나 나침반과 같다고 상상해 보세요." 유토는 시뮬레이션을 조작하며 설명합니다. "어떤 세포는 특정 방향으로 다섯 걸음마다 발화하고, 다른 세포는 다른 방향으로 열 걸음마다 발화할 수 있습니다. 하지만 이 격자 세포들이 함께 작동하면, 육각형 패턴이 겹쳐져 뇌에 환경에서 정확히 어디에 있는지, 얼마나 이동했는지, 어떤 방향으로 이동했는지를 알려주는 초정밀 지도를 만듭니다." 아틀라스는 생각에 잠긴 듯 보입니다. "그럼 단순히 '당신은 여기 있습니다'가 아니라, '당신은 지도상의 정확히 여기에 있고, 이 좌표를 따라가면 그곳에 도달할 수 있습니다'라는 건가요?" "정확합니다! 이 격자 세포 시스템은 정신적 GPS 역할을 하여 우리가 새로운 장소를 탐색하고, 경로를 기억하고, 주변 환경의 정신적 지도를 형성할 수 있게 해줍니다. 이것은 공간 이해를 위한 우아하고 보편적인 해결책입니다."

화면은 건강한 뇌 활동과 알츠하이머 환자의 뇌 활동을 비교하는 화면으로 바뀌고, 격자 세포 시스템의 악화를 강조합니다. "이 발견은 단지 흥미로운 것을 넘어, 인간의 건강을 이해하는 데 심오한 의미를 가집니다." 유토가 활발한 격자 세포 활동을 보여주는 왼쪽의 뇌 스캔을 가리키며 말합니다. "알츠하이머병의 가장 초기 증상 중 하나는 종종 익숙한 환경에서도 방향 감각을 잃고 길을 헤매는 것입니다. 이제 우리는 그 이유를 이해합니다." 아틀라스의 목소리가 부드러워집니다. "그들의 격자 세포가 작동을 멈추기 때문인가요?" "정확합니다. 연구에 따르면 격자 세포가 있는 내후각 피질은 알츠하이머병에 의해 가장 먼저 영향을 받는 뇌 영역 중 하나입니다. 그들의 내부 GPS가 고장 나는 것이죠. 이 메커니즘을 이해하는 것은 이 파괴적인 질병에 맞서 싸울 새로운 치료법과 진단 도구를 개발하는 데 매우 중요합니다."

장면은 마이브리트 모세르와 에드바르 모세르가 노벨상을 받는 축하 이미지로 바뀌고, 레온, 아틀라스, 유토는 화면으로 방송을 시청하고 있습니다. "모세르 부부의 업적은 부인할 수 없었죠." 유토가 역사적인 순간을 보여주는 화면을 보며 자랑스러운 미소를 지으며 말합니다. "이천십사년에 마이브리트 모세르와 에드바르 모세르는 존 오키프와 함께 뇌의 위치 시스템을 구성하는 세포를 발견한 공로로 노벨 생리의학상을 수상했습니다. 그것은 뇌의 가장 깊은 비밀 중 하나를 밝혀낸 것에 대한 세계적인 인정의 순간이었습니다." 레온이 신나게 박수를 칩니다. "뇌의 GPS를 발견해서 노벨상이라니! 정말 멋져요!" "그럼요, 레온. 그들의 연구는 우리가 길을 찾는 방법을 설명했을 뿐만 아니라, 기억, 학습, 그리고 우리 뇌가 세상을 어떻게 인식하는지를 이해하는 새로운 길을 열었습니다. 그것은 모든 신경과학의 퍼즐에서 기본적인 조각입니다."

최종 전시는 메이-브릿 모저의 발견이 다양한 분야에 미친 광범위한 영향과 그로 인해 영감을 받은 현재 진행 중인 연구를 보여주는 역동적인 몽타주입니다. "메이-브릿 모저의 선구적인 연구는 전 세계 과학자들에게 계속해서 영감을 주고 있습니다." 유토는 이미지 몽타주를 가리키며 말을 맺습니다. "신경 질환에 대한 더 나은 진단 도구를 개발하는 것부터 가상 현실이 항해 능력을 어떻게 회복시킬 수 있는지 탐구하는 것까지, 그녀의 유산은 수많은 연구 노력을 이끌고 있습니다. 우리는 또한 격자 세포가 추상적인 사고에 어떻게 관여하여 아이디어와 개념을 '탐색'하는 데 도움을 줄 수 있는지 연구하고 있습니다!" 아틀라스가 씨익 웃습니다. "그럼 격자 세포는 우리가 가게로 가는 길을 찾는 데만 도움이 되는 게 아니라 새로운 아이디어를 찾는 데도 도움이 된다는 말이에요?" "뇌는 얘들아, 우주에서 가장 복잡하고 경이로운 창조물이야. 그리고 메이-브릿 모저와 같은 과학자들 덕분에 우리는 한 번에 하나의 격자씩, 뇌의 놀라운 비밀을 계속해서 풀어내고 있어. 발견의 모험은 진정으로 끝나지 않는단다."