What investigating neural pathways can reveal about mental health | Kay M. Tye

Transcriber: Ivana Korom Reviewer: Krystian Aparta

번역: Mihye Jeong 검토: Jihyeon J. Kim

I'm going to start by saying something you think you know to be true.

여러분이 사실로 알고 있는 것부터 얘기해 볼게요.

Your brain creates all facets of your mind.

우리의 뇌가 우리의 모든 정신적 양상들을 만들어 냅니다.

So then why do we treat mental and physical illnesses

그런데 왜 우리는 정신 질환과 신체 질환을 왜이리도

so differently,

다르게 취급할까요?

if we think we know that the mind comes from the brain?

정신이 뇌로부터 나온다고 정말 알고 있다면요.

As a neuroscientist, I'm often told

신경과학자인 제게 사람들은 종종

that I'm not allowed to study how internal states

불안, 갈망 또는 고독과 같은 내적상태가

like anxiety or craving or loneliness

어떻게 뇌로 대변되는지를 연구하면 안된다고 하더군요.

are represented by the brain,

and so I decided to set out and do exactly that.

그래서 전 정확히 그걸 하기로 마음 먹었죠.

My research program is designed to understand the mind

제 연구 프로그램은 뇌의 회로를 조사하여

by investigating brain circuits.

정신을 이해하기 위해 설계되었습니다.

Specifically, how does our brain give rise to emotion.

특히, 우리 뇌가 어떻게 감정을 유발하는지를요.

It's really hard to study feelings and emotions,

감정과 기분을 연구하기란 어려워요.

because you can't measure them.

그것들을 측정할 수가 없거든요.

Behavior is still the best and only window

행동만이 여전히 다른 이의 감정적 경험을

into the emotional experience of another.

들여다 볼 수 있는 유일 최선의 창입니다.

For both animals and people,

동물과 인간 모두에게

yes, self-report is a behavioral output.

네, 자기 보고는 행동의 결과예요.

Motivated behaviors fall into two general classes:

동기화된 행동은 일반적으로 두 가지 부류로 나뉩니다.

seeking pleasure and avoiding pain.

즐거움의 추구 혹은 고통의 회피.

The ability to approach things that are good for you

자신에게 좋은 것들을 가까이 하고

and avoid things that are bad for you

나쁜 것들을 멀리하는 능력은

is fundamental to survival.

필수적 생존 능력입니다.

And in our modern-day society,

우리 현대 사회에서

trouble telling the difference can be labeled as a mental illness.

그 둘을 구별하지 못하는 것은 정신 질환으로 여겨지기도 합니다.

If I was having car trouble,

만약 제 차에 문제가 생겨서

and I took my car to the mechanic,

정비공에게 가져간다면

the first thing they do is look under the hood.

아마 후드를 맨 먼저 열어볼 거예요.

But with mental health research,

하지만 정신 건강 연구에서는

you can't just pop open the hood with the press of a button.

버튼 하나로 후드를 열어볼 수가 없죠.

So this is why we do experiments on animals.

그래서 우리는 동물 실험을 해요.

Specifically, in my lab, mice.

특히, 제 연구실에선 쥐를 씁니다.

To understand the brain, well, we need to study brains.

뇌를 이해하려면 뇌를 연구해야겠죠.

And for the first time, we actually can.

이제 최초로 그것이 실제로 가능하게 되었답니다.

We can pop open the hood.

후드를 열어볼 수 있죠.

We can look inside

그 안을 들여다보고

and do an experiment and see what comes out.

실험을 통해 그 결과를 지켜볼 수 있어요.

Technology has opened new windows into the black box that is our minds.

기술이 정신이란 검은 상자 안을 비추는 새로운 창을 열었습니다.

The development of optogenetic tools

광유전자 도구의 개발을 통해

has allowed us unprecedented control over specific neurons in the brain

뇌 안의 특정 뉴런들에 대해 또 그들이 전기 신호를 통해

and how they talk to each other by firing electrical signals.

서로 어떻게 소통할 지에 대해 전례없는 통제가 가능해졌습니다.

We can genetically engineer neurons to be light sensitive

유전자 조작을 통해 뉴런들이 빛에 민감하도록 조정하고

and then use light to control how neurons fire.

빛을 이용해 뉴런들의 신호 활동을 제어할 수 있습니다.

This can change an animal's behavior,

이를 통해 동물의 행동을 바꾸고

giving us insight into what that neural circuit can do.

그 신경 회로의 역할에 대한 이해할 수 있습니다.

Want to know how scientists figure this out?

과학자들이 어떻게 이런 것들을 알아냈냐고요?

Scientists developed optogenetic tools by borrowing knowledge

과학자들은 다른 기초 과학 분야의 지식들을 빌려 광유전자 도구를 개발했습니다.

from other basic science fields.

Algae are single-celled organisms that have evolved to swim towards light.

조류는 빛을 향해 헤엄치도록 진화한 단세포 유기체입니다.

And when blue light shines onto the eyespot of an algae cell,

조류 세포의 안점에 파란 빛을 쏘면 작은 편모를 펄럭이게 해

a channel opens, sending an electrical signal

그 조류가 태양빛을 향해 나아가도록

that makes little flagella flap

전기 신호를 보내는

and propels the algae towards sunlight.

채널이 열리게 됩니다.

If we clone this light-sensitive part of the algae

그 조류의 빛에 민감한 부분을 복제한 후

and then add it to neurons through genetic modification,

유전자 변형을 통해 뉴런에 부착하면

we can make neurons light-sensitive, too.

뉴런들 또한 빛에 반응하도록 만들 수 있죠.

Except, with neurons,

다만, 뉴런들의 경우

when we shine light down an optical fiber deep into the brain,

뇌 깊은 곳에 있는 광섬유에 빛을 비추게 되면

we change how they send electrical signals to other neurons in the brain

뇌의 다른 뉴런들에게 전기 신호를 보내는 방법을 바꿔

and thus change the animal's behavior.

결과적으로 동물의 행동까지 바꾸게 됩니다.

With the help of my colleagues,

동료들의 도움으로 저는

I pioneered the use of optogenetic tools

A 지점에 머무르며 B 지점으로

to selectively target neurons that are living in point A,

메시지를 내려보내는 뉴런들을 선별적으로 겨냥할 수 있는

sending messages down wires aimed at point B,

광유전자 도구의 사용법을 개척했습니다.

leaving neighboring neurons going other places unaffected.

다른 곳으로 가는 주변 뉴런들에 영향을 끼치지 않으면서요.

This approach allowed us to test the function of each wire

이러한 접근 덕에 우리는 뇌 속에 어지럽게 얽혀 있는

within the tangled mess that is our brain.

전선들 각각의 기능을 시험할 수 있게 됐죠.

A brain region called the amygdala

편도체라 불리는 뇌 부위는

has long been thought to be important for emotion,

오랫동안 감정의 주요기관으로 여겨져 왔는데

and my laboratory discovered

저희가 밝혀낸 바에 따르면

that the amygdala resembles a fork in the road

편도체란 감정의 갈림길과도 같아서

where activating one path can drive positive emotion and approach,

긍정적인 감정과 접근으로 이끄는 길을 활성화 시키기도 하고

and activating another path can drive negative emotion and avoidance.

부정적인 감정과 회피로 이끄는 다른 길을 활성화시키기도 합니다.

I'm going to show you a couple of examples --

예를 몇 가지 보여드리겠습니다.

a taste of raw data --

우리가 광유전학기술을 사용해

of how we can use optogenetics to target specific neurons in the brain

어떻게 뇌의 특정한 뉴런들을 겨냥하고

and get very specific changes in behavior.

어떻게 특정한 행동 변화를 얻을 수 있을지요.

Anxiety patients have abnormal communication

불안 장애 환자들은 편도체의 두 부분 사이에

between two parts of the amygdala,

비정상적인 의사소통을 보입니다.

but in people, it's hard to know if this abnormality is cause or effect

하지만 이런 비정상이 질병의 원인인지 결과인지

of the disease.

알아내기가 힘들죠.

We can use optogenetics to target the same pathway in a mouse,

우리는 광유전학을 이용해 쥐 머리 안의 똑같은 경로를 겨냥하여

and see what happens.

관찰할 수 있습니다.

So this is the elevated plus maze.

이건 고가식 십자형 미로라는 건데

It's a widely used anxiety test

쥐가 개방 통로에서와 비교해

that measures the amount of time

안전한 폐쇄 통로에서 얼마나 많은 시간을

that the mouse spends in the safety of the closed arms

보냈는지를 측정함으로써 불안을 검사하는데 널리 쓰이고 있습니다.

relative to exploring the open arms.

Mice have evolved to prefer enclosed spaces,

쥐는 폐쇄된 공간을 선호하게끔 진화했죠.

like the safety of their burrows,

그들의 안전한 굴처럼요.

but to find food, water, mates,

하지만 음식, 물, 짝을 찾기 위해선

they need to go out into the open

개방된 곳으로 나가야합니다.

where they're more vulnerable to predatory threats.

포식자란 위협이 더 많이 도사리는 곳으로요.

So I'm sitting in the background here,

제가 이 뒤에 앉아서

and I'm about to flip the switch.

스위치를 켤 참인데

And now, when I flip the switch and turn the light on,

이제 제가 스위치를 올리고 불을 켜면

you can see the mouse begins to explore the open arms of the maze more.

쥐가 미로의 개방 통로를 더 많이 탐험하는 것이 보일 겁니다.

And in contrast to drug treatments for anxiety,

불안에 대한 약물 치료와는 대조적으로

there's no sedation, no locomotor impairment,

진정제 투여도 전위 손상도 없습니다.

just coordinated, natural-looking exploration.

약간의 조정이 가미된 자연스러운 탐험이죠.

So not only is the effect almost immediate,

이러한 효과는 즉시적일 뿐만 아니라

but there are no detectable side effects.

부작용도 감지되지 않습니다.

Now, when I flip the switch off,

이제 제가 스위치를 끄면

you can see that the mouse goes back to its normal brain function

쥐가 다시 평범한 뇌 기능을 보여줍니다.

and back to its corner.

구석 자리로 돌아가죠.

When I was in the lab and I was taking these data,

전 실험실에서 이 자료를 수집하고 있었는데

I was all by myself, and I was so excited.

혼자서 이걸 발견하고 얼마나 흥분했는지 몰라요.

I was so excited, I did one of these quiet screams.

너무 기뻐서 이런 조용한 비명을 질렀죠.

(Silently) Aah!

(조용하게) 아!

(Laughter)

(웃음)

Why was I so excited?

왜 그랬을까요?

I mean, yeah, theoretically, I knew that the brain controlled the mind,

제 말은 이론적으론 저도 뇌가 정신을 조종한다는 건 알았지만

but to flip the switch with my hand

내 손으로 스위치를 껐다 키면서

and see the mouse change its behavioral state

쥐가 행동 양상이 그렇게 급격하게

so rapidly and so reversibly,

바뀌어 버리는 것을 보니

it was really the first time that I truly believed it.

처음으로 그걸 진심으로 믿게 되었죠.

Since that first breakthrough,

그 첫 돌파구 이후로

there have been a number of other discoveries.

다른 수많은 발견들이 있었어요.

Finding specific neural circuits that can elicit dramatic changes

특정한 뇌 회로가 동물의 특정한 행동을 이끌어 낼 수 있다는 걸 알게 되었죠.

in animal behavior.

Here's another example: compulsive overeating.

또 다른 예로는 과식증이 있습니다.

We can eat for two reasons.

음식을 먹는 덴 두 가지 이유 있는데

Seeking pleasure, like tasty food,

맛있는 음식처럼 즐거우려고 먹거나

or avoiding pain, like being hungry.

굶주림같은 고통을 피하려고 먹죠.

How can we find a treatment for compulsive overeating

어떻게 하면 생존에 필요한 배고픔에 의한 식사를 망치지 않으면서

without messing up the hunger-driven feeding

that we need to survive?

과식증을 치료할 수 있을까요?

The first step is to understand

맨 먼저 뇌가 어떻게 먹는 행위를

how the brain gives rise to feeding behavior.

유발하는지 이해야만 하죠.

This fully-fed mouse is just exploring a space

이 배부른 생쥐는 음식이 전혀 없는 공간을

completely devoid of any food.

그냥 돌아다니고 있습니다.

Here we're using optogenetics to target neurons living in the hypothalamus,

여기서 우리는 시상하부에 거주하며 중뇌로 메시지를 보내는 뉴런을

sending messages down wires aimed at the midbrain.

겨냥하기 위해 광유전학 기술을 사용합니다.

When I turn the light on, right here,

여기서 제가 불을 켜면

you can see that the mouse immediately begins licking the floor.

생쥐가 즉시 바닥을 핥기 시작하는 게 보이죠.

(Laughter)

(웃음)

This seemingly frenzied behavior

정신나간 것처럼 보이는 이 행동은

is about to escalate into something I find really incredible.

이제 곧 믿을 수 없는 것으로 확대될 것입니다.

It's kind of trippy, actually.

사실 조금 믿기 힘들어요.

Ready?

준비 됐나요?

It's right here.

바로 여기 있습니다.

See, he picks up his hands as if he is eating a piece of food,

쥐가 마치 음식을 먹는 듯 양 손을 들어올립니다.

but there's nothing there, he's not holding anything.

하지만 손 안에는 아무것도 없죠.

So this circuit is sufficient to drive feeding behavior

즉, 이 회로는 배가 고프지 않을 때도 충분히 먹는 행동을

in the absence of hunger,

이끌어 낼 수 있습니다.

even in the absence of food.

심지어 음식이 없는데도요.

I can't know for sure how this mouse is feeling,

이 생쥐가 무슨 기분일지는 확실하지 않지만

but I speculate these neurons drive craving

추측건대 이 뉴런들은 그 신경 경로를 겨냥할 때

based on the behaviors we elicit when we target this pathway.

우리가 촉발시킨 행동에 기반해 갈망을 이끌어 내는 듯합니다.

Turn the light back off --

다시 불을 끄면 정상으로 돌아가죠.

animal's back to normal.

When we silence this pathway,

이 경로를 침묵시키면

we can suppress and reduce compulsive overeating

강박적 과식을 억누르고 감소시킬 수 있습니다.

without altering hunger-driven feeding.

배고픔에 의한 식사를 대체하지 않고도요.

What did you take away from these two videos

이 두 영상을 보고

that I just showed you?

무엇을 알게 되셨나요?

That making a very specific change to neural circuits in the brain

뇌 안의신경 회로에 아주 특정한 변화를 줌으로써

can have specific changes to behavior.

특정한 행동 변화를 만들 수 있다는 것,

That every conscious experience that we have

우리가 행하는 모든 의식적인 행동들이

is governed by cells in our brain.

우리 뇌의 세포들에 의해 지배된다는 것이죠.

I am the daughter of a physicist and a biologist,

제 부모님은 각각 물리학자와 생물학자세요.

who literally met on the boat coming to America

두 분은 말 그대로 공부를 위해 미국으로 오던 중

in pursuit of an education.

배 안에서 만나셨죠.

So naturally,

그러니 자연적으로

since there was "no pressure" to be a scientist ...

제가 과학자가 되야한다는 "압박"은 전혀 없었기에...

(Laughter)

(웃음)

as a college student,

대학생 때

I had to decide whether I wanted to focus on psychology, the study of the mind,

정신에 대해 연구하는 심리학과 뇌에 대해 연구하는 신경 과학 중

or neuroscience, the study of the brain.

어디에 집중할 것인지 결정해야만 했어요.

And I chose neuroscience,

전 신경 과학을 골랐습니다.

because I wanted to understand how the mind is born

왜냐하면 저는 어떻게 정신이 생물학적 조직으로부터

out of biological tissue.

태어나는지 이해하고 싶었거든요.

But really, I've come full circle to do both.

하지만 실제론 양쪽 모두 충분히 연구하게 됐죠.

And now my research program

이제 제 연구 프로그램은

bridges the gap between the mind and the brain.

뇌와 정신 사이의 간극을 이어주고 있습니다.

Research from my laboratory

제 연구실에서의 연구가

suggests that we can begin to tie specific neural circuits

이제 특정한 뇌 회로들을 감정 상태들과

to emotional states.

묶을 수 있다는 걸 알려주죠.

And we have found a number of circuits

저희는 불안과 관련된 행동이나

that control anxiety-related behavior,

강박적 과식, 사회적 상호관계, 회피

compulsive overeating,

그리고 내적 감정상태를

social interaction, avoidance

반영하고 있는지 모를

and many other types of motivated behaviors

다른 많은 동기화된 행동들을 통제하는

that may reflect internal emotional states.

다양한 회로들을 발견했습니다.

We used to think of functions of the mind as being defined by brain regions.

우리는 정신적 기능들이 뇌영역에 의해 정의된다고 생각해왔지만

But my work shows that within a given brain region,

그러나 제 연구는 주어진 뇌 영역 안에서

there are many different neurons doing different things.

서로 다른 일을 하는 다양한 뉴런들이 있다 알려주죠.

And these functions are partly defined by the paths they take.

그리고 이러한 기능들은 부분적으로 그들이 취하는 경로에 의해 정의됩니다.

Here's a metaphor to help illustrate

어떻게 이러한 발견들이 뇌에 대한

how these discoveries change the way that we think about the brain.

우리의 사고방식을 바꿔줄지 설명하기 위해 비유를 하나 들게요.

Let's say that the brain is analogous to the world

뇌를 이 세상과 비슷하다고 해봅시다.

and that neurons are analogous to people.

사람들은 뉴런이라고 치고요.

And we want to understand how information is transmitted across the planet.

그리고 우리는 어떻게 정보가 전세계로 전송되는지 알고 싶습니다.

Sure, it's useful to know

분명히 어떤 사람이

where a given person is located when recording what they're saying.

말하는 것을 기록할 때 어디에 있는 지 안다면 유용하겠죠.

But I would argue that it's equally important

그러나 저는 이 사람이 누구에게 말하고

to know who this person is talking to,

누가 듣고, 또 그들이

who is listening

자신이 받은 정보에 대해

and how the people listening respond to the information that they receive.

어떻게 반응하는지가 똑같이 중요하다고 주장합니다.

The current state of mental health treatment

정신 건강 치료의 현 상태는

is essentially a strategy of trial and error.

본질적으로 시행착오 전략인데

And it is not working.

효과를 보지 못하고 있죠.

The development of new drug therapies for mental health disorders

정신 질환을 위한 새로운 약물 요법의 개발은

has hit a brick wall,

난관에 부딪혔습니다.

with scarcely any real progress since the 1950s.

1950년대 이래론 실질적인 진전이 없이요.

So what does the future hold?

미래에는 어떻게 될까요?

In the near future,

저는 가까운 미래에

I expect to see a mental health treatment revolution,

정신 건강 치료법에 혁명이 일어나리라 기대합니다.

where we focus on specific neural circuits in the brain.

뇌의 특정한 신경 회로에 집중하는 식으로요.

Diagnoses will be made based on both behavioral symptoms

진단은 행동적 증상과 측정 가능한 뇌 활동

and measurable brain activity.

모두에 근거해 내려질 겁니다.

Further in the future,

더 먼 미래에는

by combining our ability to make acute changes to the brain

뇌에 급격한 변화를 만들어

and get acute changes to behavior

급격한 행동 변화를 얻는 능력과

with our knowledge of synaptic plasticity to make more permanent changes,

보다 영구적인 변화를 만드는 시냅스 가소성에 대한 지식을 합쳐

we could push the brain into a state of fixing itself

뇌가 신경 회로를 재프로그래밍해 자가 회복 상태에 들어가게 할 수도 있죠.

by reprogramming neural circuits.

Exposure therapy at the circuit level.

회로 차원에서의 노출 치료죠.

Once we switch the brain into a state of self-healing,

일단 우리 뇌를 자가 치료 상태로 전환시키면

this could potentially have long-lasting effects

아무 부작용 없이도 잠재적으로 오래 지속되는 효과를 낼 수 있어요.

with no side effects.

I can envision a future where neural circuit reprogramming

저는 뇌회로의 재편성이 단순한 처치가 아닌

represents a potential cure, not just a treatment.

잠재적인 치료법이 될 미래를 그릴 수 있습니다.

OK, but what about right now?

좋아요, 그럼 지금 당장은 어떡할까요?

If from this very moment forward,

만약 바로 지금 이 순간부터

each and every one of you left this talk

이 강의가 끝난 이후에 여러분 모두가

and truly believed that the mind comes entirely from cells in your brain,

여러분의 정신이 전적으로 뇌세포에서 나온다는 것을 진정으로 믿게 된다면

then we could immediately get rid of negative perceptions and stigmas

당장이라도 정신 치료에 대한 부정적 인식과 오명을 척결하고

that prevent so many people

사람들이 꼭 필요한 정신 건강적 지원을 받게끔 할 수 있을 것입니다.

from getting the mental health support that they need.

Mental health professionals,

정신 건강 전문가들은

we're always thinking about what's the next new treatment.

늘 이 다음의 새로운 치료법에 대해 고민합니다.

But before we can apply new treatments,

하지만 우리가 새로운 치료법들을 적용하기 전에

we need people to feel comfortable seeking them.

사람들이 그것들을 찾는데 불편해하지 않아야만 해요.

Imagine how dramatically we could reduce the rates of suicides

우리가 얼마나 극적으로 자살률과 학교 총기난사 사건들을 줄이게 될지

and school shootings

상상해보세요.

if everyone who needed mental health support actually got it.

정신건강적 지원이 필요한 모두가 실제로 그것을 받게 된다면요.

When we truly understand exactly how the mind comes from the brain,

우리가 진정으로 정확하게 어떻게 정신이 뇌로부터 오는지 이해할 때

we will improve the lives of everyone

우리 모두의 삶의 질은 향상될 것입니다.

who will have a mental illness in their lifetime --

평생 한 번은 정신질활을 앓게 될

half the population --

인구의 절반에게 있어서요.

as well as everyone else with whom they share the world.

그들과 함께 살아갈 나머지 사람들뿐만 아니라요.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)