How do we safely study living brains? - John Borghi and Elizabeth Waters

번역: Dongeun Shin 검토: Won Jang

"강아지가 빨갛고, 사과는 냄새나고, 종달새가 노래하는 건 모두

뇌 안에서 일어나는 일이다." -오스카 와일드

As far as we know,

우리가 아는 바로는

there’s only one thing in our solar system sophisticated enough to study itself:

태양계에서 자기 스스로를 연구할 만큼 정교한 시스템은 하나 밖에 없습니다.

the human brain.

바로 인간의 뇌이죠.

But this self-investigation is incredibly challenging;

그러나 우리가 뇌를 조사하기란 정말 어려운 일입니다.

a living brain is shielded by a thick skull,

살아있는 뇌는 두꺼운 두개골로 보호받고있고

swaddled in layers of protective tissue,

보호성의 조직으로 둘러싸여 있으며

and made up of billions of tiny, connected cells.

수 십 억 개의 작고 연결된 세포들로 구성되어 있기 때문입니다.

That’s why it’s so difficult to isolate, observe, and understand diseases

이게 알츠하이머와 같은 질병을 구분하고 관찰하고

like Alzheimer’s.

이해하기 어려운 이유이죠.

So how do we study living brains without harming their owners?

그럼 어떻게 살아있는 뇌를 다치지 않게 하면서 연구할까요?

We can use a trio of techniques called EEG,

우리는 기술 3인방을 이용할 수 있는데 여기에는 EEG

fMRI,

fMRI

and PET.

그리고 PET가 있습니다.

Each measures something different and has its own strengths and weaknesses,

각각의 기술은 다른 특징을 측정하고 저마다 강점과 약점이 있기에

and we’ll look at each in turn.

우리는 차례로 이 기술들을 살펴보겠습니다.

First is EEG, or electroencephalography,

우선 EEG 혹은 뇌파 전위 기록술은

which measures electrical activity in your brain.

여러분의 뇌의 전기적인 활성을 측정합니다.

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

뇌세포들은 전파를 발생해 의사소통합니다.

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

두개골에 위치한 전극은 이러한 파동을 수신하고

and differences in the signals detected between electrodes

전극 사이에서 검출된 이러한 신호의 차이들은

provide information about what’s happening.

무슨 일이 발생하는 지에 대한 정보를 제공합니다.

This technique was invented almost 100 years ago,

EEG는 거의 100년 전에 발명되어

and it’s still used to diagnose conditions like epilepsy and sleep disorders.

간질과 수면장애를 진단하는데 여전히 사용되고 있습니다.

It’s also used to investigate what areas of the brain are active

또한 학습하고 집중하는데

during learning or paying attention.

뇌의 어느 부분이 활성화되는지를 조사하는데도 이용됩니다.

EEG is non-invasive,

EEG는 비침투성이고

relatively inexpensive,

상대적으로 비싸지 않으며

and fast:

빠릅니다.

it can measure changes that occur in just milliseconds.

이 기술은 단지 몇 밀리 초 내에 일어난 변화도 감지할 수 있죠.

Unfortunately, it’s hard to determine

불행히도 어디서 특정한 패턴이 발생하는지를

exactly where any particular pattern originates.

정확히 알아내는 건 어렵습니다.

Electrical signals are generated constantly all over the brain

전기적 신호는 뇌의 모든 부위에서 지속적으로 발생하며,

and they interact with each other to produce complex patterns.

이러한 신호들은 서로 상호작용하며 복잡한 패턴을 만들어냅니다.

Using more electrodes or sophisticated data-processing algorithms can help.

더 많은 전극이나 정교한 데이터 처리 알고리즘이 도움이 될 수 도 있지만

But in the end, while EEG can tell you precisely when certain activity occurs,

결국에는 EEG는 언제 특정한 활성이 발생하는지를 알려주는 것이지

it can’t tell you precisely where.

어디서 전기 신호가 발생하는지를 알려주는 건 아닙니다.

To do that, you’d need another technique,

어디서 신호가 발생하는지를 확인하려면

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

기능적 자기공명 영상법 , 즉 fMRI와 같은 다른 기술이 필요합니다.

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

fMRI는 뇌세포가 소비하는 산소의 양을 측정합니다.

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

뇌에서 활성화된 부분은 산소를 더 빠르게 소모합니다.

So watching an fMRI scan while a person completes cognitive or behavioral tasks

그래서 사람이 생각이나 행동을 할 때 fMRI로 찍은 영상을 보면

can provide information about which regions of the brain might be involved.

뇌에서 어떤 영역과 관련 되어 있는가에 대한 정보를 알 수 있습니다.

That allows us to study everything from how we see faces

덕분에 우리는 얼굴을 어떻게 인지하는지에서부터

to how we understand what we’re feeling.

우리가 느낀 것을 어떻게 이해하는지와 같은것을 연구 할 수 있습니다.

fMRI can pinpoint differences in brain activity to within a few millimeters,

fMRI는 수 밀리미터 내에서 발생한 뇌 활동의 차이를 정확하게 집어내지만

but it’s thousands of times slower than EEG.

EEG에 비해서는 수 천 배 느립니다.

Using the two techniques together

이 두 기술을 함께 사용하므로써

can help show when, and where, neural activity is occurring.

언제 그리고 어디서 신경계의 활성이 일어났는지를 관찰 할 수 있습니다.

The third, even more precise, technique is called positron emission tomography

훨씬 더 정밀한 기술 세 번 째 기술은 양전자 방출 단층 촬영술이라 불립니다.

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

이 기술은 뇌에 주사된 방사성 원소를 측정합니다.

That sounds much scarier than it actually is;

언뜻 듣기에는 실제보다 훨씬 무섭게 들립니다.

PET scans, like fMRI and EEG, are completely safe.

그러나 PET 스캔은 fMRI와 EEG과 마찬가지로 완벽히 안전합니다.

During a PET scan, a small amount of radioactive material called a tracer

PET로 스캔하는 동안 추적자라 불리는 소량의 방사성 물질을

is injected into the bloodstream,

혈류로 주입하는데

and doctors monitor its circulation through the brain.

의사는 뇌로 유입되는 추적자의 순환을 모니터합니다.

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

추적자를 특정 분자와 결합하도록 변형하는 과정을 통해

researchers can use PET to study the complex chemistry in our brains.

연구원들은 뇌 안의 복잡한 화학성분을 연구하는데 PET를 이용할 수 있습니다.

It’s useful for studying how drugs affect the brain

이 기술은 약물이 뇌에 어떻게 영향을 미치는 지를 연구하고

and detecting diseases like Alzheimer’s.

알츠하이머와 같은 질병을 검사하는데 유용합니다.

But this technique has the lowest time resolution of all

그러나 PET는 다른 기술에 비해 분석 시간이 가장 오래 걸리는데

because it takes minutes for the tracer to circulate and changes to show up.

추적자가 순환하고 변화가 나타나는데 시간이 걸리기 때문입니다.

These techniques collectively help doctors and scientists

이러한 기술들이 복합적으로 사용되어 의사와 과학자들이

connect what happens in the brain with our behavior.

뇌에서 일어나는 일과 우리의 행동을 대응시키는데 도움을 줍니다.

But they’re also limited by how much we still don't know.

그러나 이런 연구들도 여전히 우리가 모르는 부분 때문에 제한을 받습니다.

For example, let's say researchers are interested in studying how memory works.

예를 들어 연구원들이 기억의 작동방식에 관심이 있다고 해봅시다.

After asking 50 participants to memorize a series of images while in MRI scanners,

50명의 피시험자들에게 MRI 스캔중 일련의 그림을 외우도록한 후에

the researchers might analyze the results

연구원들이 그 결과를 분석하면

and discover a number of active brain regions.

뇌의 여러부분이 활성화 된 것을 발견하게 될 것 입니다.

Making a link between memory and specific parts of the brain

기억과 뇌의 특정 부분을 대응시키는 일은

is an important step forward.

앞으로의 연구에 중요한 단계입니다.

But future research would be necessary

그러나 미래의 연구는

to better understand what’s happening in each region,

뇌 각각의 부위에서 무슨 일이 일어나는지

how they work together,

어떻게 그 부위들이 함께 작동하는지

and whether the activity is because of their involvement in memory

그리고 그 영역의 활성이 기억과 관련있기 때문인지

or another process occurring simultaneously.

아니면 동시에 일어난 다른 현상 때문인지를 더 잘 파악할 필요가 있습니다.

More advanced imaging and analysis technology

더 향상된 영상 기술과 분석 기술은

might one day provide more accurate results

언젠가 더 정확한 결과를 제공할 것이고

and even distinguish

심지어는 단일 신경 세포 활성을

the activity of individual neurons.

구분할 수 있을지도 모릅니다.

Until then, our brains will keep measuring, analyzing, and innovating

그날이 올 때까지, 우리의 뇌는 이제껏 맞닥뜨린 난제 중

in pursuit of that quest to understand

가장 어려운 질문에 답하기 위해

one of the most remarkable things we’ve ever encountered.

측정과 분석 그리고 혁신을 계속할 것입니다.