What we'll learn about the brain in the next century | Sam Rodriques

번역: Yoonyoung Chang 검토: TJ Kim

I want to tell you guys something about neuroscience.

신경과학에 관해 얘기해 볼까 합니다.

I'm a physicist by training.

저는 물리학자인데요.

About three years ago, I left physics

3년 전 쯤, 물리학은 그만두고

to come and try to understand how the brain works.

뇌가 어떻게 움직이는지 연구하기 시작했어요.

And this is what I found.

그리고 알게 됐죠.

Lots of people are working on depression.

많은 사람들이 우울증에 대해 연구한다는 사실을요.

And that's really good,

다행이에요.

depression is something that we really want to understand.

다들 우울증에 대해 정말 잘 알고 싶어 하니까요.

Here's how you do it:

이렇게 해보죠.

you take a jar and you fill it up, about halfway, with water.

병에 물을 반 정도 채웁니다.

And then you take a mouse, and you put the mouse in the jar, OK?

그리고 그 안에 쥐를 넣습니다, 알겠죠?

And the mouse swims around for a little while

그러면 그 쥐는 한동안 버둥거리다가

and then at some point, the mouse gets tired

어느 순간, 지쳐 버리고

and decides to stop swimming.

그만 헤엄치기를 포기합니다.

And when it stops swimming, that's depression.

바로 우울증 때문에 헤엄치기를 멈추는 거예요.

OK?

아시겠죠?

And I'm from theoretical physics,

저는 이론 물리학을 전공했고

so I'm used to people making very sophisticated mathematical models

물리 현상의 정확한 이해를 위해 복잡한 수학 공식을 다루는

to precisely describe physical phenomena,

사람들에 익숙해서 그런지

so when I saw that this is the model for depression,

우울증을 묘사하는 이 그림을 보고는 이런 생각이 들었어요.

I though to myself, "Oh my God, we have a lot of work to do."

"와, 진짜 할 일이 많구나."

(Laughter)

(웃음)

But this is a kind of general problem in neuroscience.

그런데 신경과학에선 좀 일반적인 문제입니다.

So for example, take emotion.

감정을 예로 들어 보죠.

Lots of people want to understand emotion.

많은 사람들이 감정에 대해 이해하고 싶어합니다.

But you can't study emotion in mice or monkeys

하지만 쥐나 원숭이를 통해 감정을 연구할 순 없어요.

because you can't ask them

걔들한테 물어볼 수가 없잖아요.

how they're feeling or what they're experiencing.

기분이 어떤지, 뭐를 느끼는지 등이요.

So instead, people who want to understand emotion,

그래서 대신, 감정에 대해 알고 싶은 사람들이

typically end up studying what's called motivated behavior,

결국 연구하게 되는 건 동기가 부여된 행동인데

which is code for "what the mouse does when it really, really wants cheese."

"치즈에 환장한 쥐가 하는 짓"의 고상한 표현이죠.

OK, I could go on and on.

자, 이런 얘기엔 끝이 없습니다.

I mean, the point is, the NIH spends about 5.5 billion dollars a year

제 말은 미 국립보건원(NIH)에서 매년 약 55억 불을

on neuroscience research.

신경과학의 연구에 쏟아붓지만

And yet there have been almost no significant improvements in outcomes

뇌 질환 환자들을 위한 의미있는 결과는

for patients with brain diseases in the past 40 years.

지난 40년 동안 별로 없었다는 사실입니다.

And I think a lot of that is basically due to the fact

기본적으로 다음 사실들에서 많은 이유를 찾아볼 수 있어요.

that mice might be OK as a model for cancer or diabetes,

암이나 당뇨병 연구에 쥐를 이용할 수도 있겠지만,

but the mouse brain is just not sophisticated enough

쥐의 뇌는 인간의 심리나 뇌 질환을

to reproduce human psychology or human brain disease.

재현해 낼 정도로 정교하지 않습니다.

OK?

아시겠죠?

So if the mouse models are so bad, why are we still using them?

그럼 이렇게 별 쓸모없는 쥐를 왜 여전히 실험에 쓰는 걸까요?

Well, it basically boils down to this:

결국 이렇게 정리됩니다:

the brain is made up of neurons

뇌는 뉴런이라고 하는

which are these little cells that send electrical signals to each other.

전기신호를 주고 받는 작은 신경세포들로 만들어 지죠.

If you want to understand how the brain works,

뇌가 어떻게 움직이는지 알고 싶다면

you have to be able to measure the electrical activity of these neurons.

이 신경세포들의 전기활동을 측정할 수 있어야 합니다.

But to do that, you have to get really close to the neurons

그러기 위해선, 이 신경세포들을 아주 자세히 살펴봐야 하는데,

with some kind of electrical recording device or a microscope.

전기신호 기록 장치나 현미경 등을 사용하겠죠.

And so you can do that in mice and you can do it in monkeys,

쥐나 원숭이에게는 사용이 가능한데

because you can physically put things into their brain

이런 장비들을 직접 뇌 속에 넣을 수 있으니까요.

but for some reason we still can't do that in humans, OK?

하지만 여전히 인간에게는 사용할 수 없습니다. 아시죠?

So instead, we've invented all these proxies.

그 대신, 대체 장비들이 여럿 개발됩니다.

So the most popular one is probably this,

아마도 가장 흔하게 사용되는 건

functional MRI, fMRI,

기능적 뇌자기공명영상, fMRI 입니다.

which allows you to make these pretty pictures like this,

이렇게 예쁜 그림도 나오네요.

that show which parts of your brain light up

여러가지 다양한 활동을 할 때

when you're engaged in different activities.

뇌가 반응하는 부분을 빛으로 보여줍니다.

But this is a proxy.

하지만 이건 대체 장비일 뿐이죠.

You're not actually measuring neural activity here.

실제로 신경활동을 측정하는 것이 아니니까요.

What you're doing is you're measuring, essentially,

결국 측정되는 건

like, blood flow in the brain.

뇌 속의 혈액순환 같은 거죠.

Where there's more blood.

피가 더 많이 몰리는 곳이요.

It's actually where there's more oxygen, but you get the idea, OK?

사실 산소가 더 많은 건데, 무슨 말인지 다들 아시죠?

The other thing that you can do is you can do this --

또 이런 것도 있어요.

electroencephalography -- you can put these electrodes on your head, OK?

뇌파 전위 기록술이라는, 머리에 쓰는 이런 전극 아시죠?

And then you can measure your brain waves.

뇌파를 측정하는 장치입니다.

And here, you're actually measuring electrical activity.

이렇게 하면, 실제로 전기활동을 측정할 수 있지만,

But you're not measuring the activity of neurons.

신경세포들의 움직임은 알수가 없습니다.

You're measuring these electrical currents,

단지 뇌 안에서 전류들이

sloshing back and forth in your brain.

앞뒤로 출렁거리는 것을 측정할 뿐이에요.

So the point is just that these technologies that we have

그러니까 요점은, 우리가 사용하는 이런 기술들은

are really measuring the wrong thing.

아주 엉뚱한 것들을 측정한다는 것입니다.

Because, for most of the diseases that we want to understand --

왜냐면, 우리가 알고 싶은 질병의 대부분은

like, Parkinson's is the classic example.

파킨슨병이 대표적인데요,

In Parkinson's, there's one particular kind of neuron deep in your brain

뇌 속 깊은 곳에 있는 이 파킨슨병의 주요 원인인

that is responsible for the disease,

특정 신경세포 하나를

and these technologies just don't have the resolution that you need

현재의 기술로는 제대로 된 연구조차

to get at that.

할 수 가 없습니다.

And so that's why we're still stuck with the animals.

그래서 동물들을 실험에 쓸 수 밖에 없죠.

Not that anyone wants to be studying depression

누구든 이런 방식으로 우울증을 연구하고 싶진 않을 거예요.

by putting mice into jars, right?

쥐를 병 속에 넣으면서 말이죠, 맞나요?

It's just that there's this pervasive sense that it's not possible

일반적으로 많은 사람들이 건강한 사람들의

to look at the activity of neurons in healthy humans.

신경세포 활동을 관찰하는 건 불가능하다고 생각합니다.

So here's what I want to do.

그럼 이렇게 해볼까요.

I want to take you into the future.

저와 함께 미래로 가시죠.

To have a look at one way in which I think it could potentially be possible.

제 생각에 가능할 것 같은 방법 하나가 있거든요.

And I want to preface this by saying, I don't have all the details.

아직 구체적인 건 아니라고 먼저 말씀드릴게요.

So I'm just going to provide you with a kind of outline.

그러니까 대략 윤곽만 보여 드리려고 합니다.

But we're going to go the year 2100.

자, 2100년으로 갑니다.

Now what does the year 2100 look like?

2100년엔 세상이 어떨까요?

Well, to start with, the climate is a bit warmer that what you're used to.

우선, 기후가 지금보다는 좀 더 더워 지겠죠.

(Laughter)

(웃음)

And that robotic vacuum cleaner that you know and love

여러분들이 아끼는 이 로봇 진공청소기는

went through a few generations,

몇 세대를 거치며 발전하지만,

and the improvements were not always so good.

그 결과가 항상 좋지만은 않을 거예요.

(Laughter)

(웃음)

It was not always for the better.

발전이란 게 항상 좋은 건 아니에요.

But actually, in the year 2100 most things are surprisingly recognizable.

사실 뜻밖에, 2100년에도 우리에게 익숙한 것들이 대부분일 거예요.

It's just the brain is totally different.

하지만 뇌에 관해선 얘기가 완전히 달라집니다.

For example, in the year 2100,

예를 들어, 2100년에는

we understand the root causes of Alzheimer's.

알츠하이머병의 근본 원인을 밝혀 내죠.

So we can deliver targeted genetic therapies or drugs

그래서 유전자 표적치료나 약물치료가 가능해 지는데,

to stop the degenerative process before it begins.

퇴행 과정이 시작되기도 전에 막는 겁니다.

So how did we do it?

어떻게 가능했을까요?

Well, there were essentially three steps.

기본적으로 세 단계를 거쳤어요.

The first step was that we had to figure out

첫 단계로,

some way to get electrical connections through the skull

두개골을 통해 전기 장치를 연결해

so we could measure the electrical activity of neurons.

신경세포들의 전기 활동을 측정하는 법을 찾아야 했죠.

And not only that, it had to be easy and risk-free.

뿐만 아니라, 사용하기 쉽고, 안전해야 했습니다.

Something that basically anyone would be OK with,

말하자면, 누구라도 부담없이 받을 수 있는

like getting a piercing.

피어싱 같아야 했죠.

Because back in 2017,

왜냐면, 과거 2017년에는,

the only way that we knew of to get through the skull

두개골 안을 볼 수 있는 유일한 방법은

was to drill these holes the size of quarters.

25센트 동전만한 크기의 구멍을 뚫어야 했거든요.

You would never let someone do that to you.

누가 그렇게 하게 두겠어요.

So in the 2020s,

그래서 2020년대에 들어

people began to experiment -- rather than drilling these gigantic holes,

실험하기 시작한 것은 이렇게 엄청나게 큰 구멍을

drilling microscopic holes, no thicker than a piece of hair.

머리카락만큼 얇고 미세한 구멍으로 대체하는 것이었죠.

And the idea here was really for diagnosis --

실제 진단용으로 나온 아이디어였어요.

there are lots of times in the diagnosis of brain disorders

뇌 질환을 진단하려면 오랜 시간이 걸리는데,

when you would like to be able to look at the neural activity beneath the skull

두개골 속 신경세포들의 움직임을

and being able to drill these microscopic holes

이런 미세한 구멍을 통해 관찰할 수 있어서,

would make that much easier for the patient.

환자들이 훨씬 편해 했어요.

In the end, it would be like getting a shot.

결국, 주사 한대 맞는 것 같았어요.

You just go in and you sit down

그냥 들어가 앉아 있으면,

and there's a thing that comes down on your head,

머리 위로 뭔가 내려와,

and a momentary sting and then it's done,

순간 따끔 한번하면 끝이죠.

and you can go back about your day.

그리고 일상으로 돌아갑니다.

So we're eventually able to do it

그래서 결국 개발된 것이

using lasers to drill the holes.

레이저 천공술입니다.

And with the lasers, it was fast and extremely reliable,

레이저는 속도가 빠르고, 매우 안정적이며,

you couldn't even tell the holes were there,

흔적조차 남기지 않습니다.

any more than you could tell that one of your hairs was missing.

머리카락 하나 빠진 느낌 같겠죠.

And I know it might sound crazy, using lasers to drill holes in your skull,

레이저로 머리에 구멍을 낸다니, 정신없는 소리라는 것 저도 압니다.

but back in 2017,

하지만 과거 2017년에도,

people were OK with surgeons shooting lasers into their eyes

의사들이 별 대수롭지 않게 눈에 레이저를 쐈거든요.

for corrective surgery

시력교정수술 말이죠.

So when you're already here, it's not that big of a step.

그러니까 그렇게 큰 도약은 아니네요.

OK?

그렇죠?

So the next step, that happened in the 2030s,

다음 단계는 2030년대로 올라 가는데

was that it's not just about getting through the skull.

이제는 두개골 관통에만 그치지 않습니다.

To measure the activity of neurons,

신경세포 활동을 측정하려면,

you have to actually make it into the brain tissue itself.

실제로 뇌 조직 자체를 들여다 봐야 하는데,

And the risk, whenever you put something into the brain tissue,

뇌 조직에 손을 대는 건 아주 위험한 일이죠.

is essentially that of stroke.

뇌졸중이 올 수 있으니까요.

That you would hit a blood vessel and burst it,

혈관을 건드려 터지면

and that causes a stroke.

발작이 일어나잖아요.

So, by the mid 2030s, we had invented these flexible probes

그래서, 2030년대 중반에 아주 유연한 탐침을 개발해

that were capable of going around blood vessels,

혈관을 건드리지 않고, 주변을 돌며

rather than through them.

이동이 가능해 집니다.

And thus, we could put huge batteries of these probes

이 탐침에 성능이 좋은 전지까지 장착해

into the brains of patients

환자들 뇌 속에 삽입하면

and record from thousands of their neurons without any risk to them.

수 천개 신경세포들의 활동을 별 문제없이 기록할 수 있습니다.

And what we discovered, sort of to our surprise,

그런데, 조금 놀라웠던 건,

is that the neurons that we could identify

우리가 알고 있는 신경세포들은

were not responding to things like ideas or emotion,

아이디어나 감정에 반응하지 않는다는 것이었어요.

which was what we had expected.

예상과 달랐죠.

They were mostly responding to things like Jennifer Aniston

대부분 반응을 보였던 것들은 제니퍼 애니스턴

or Halle Berry

할리 베리

or Justin Trudeau.

또 저스틴 트뤼도 같은 사람들이었습니다.

I mean --

그러니까

(Laughter)

(웃음)

In hindsight, we shouldn't have been that surprised.

알고 보면, 그렇게 놀랄 일도 아니네요.

I mean, what do your neurons spend most of their time thinking about?

도대체, 여러분들의 신경세포들은 주로 무슨 생각을 하는 겁니까?

(Laughter)

(웃음)

But really, the point is that

여기서 꼭 기억할 것은

this technology enabled us to begin studying neuroscience in individuals.

인간을 통한 신경과학의 연구가 가능해 졌다는 사실입니다.

So much like the transition to genetics, at the single cell level,

단세포 연구의 수준에서, 유전학으로까지 발전한 것처럼,

we started to study neuroscience, at the single human level.

이제 신경과학을 개개인에 맞춰 연구하기 시작한 거죠.

But we weren't quite there yet.

하지만 아직 멀었습니다.

Because these technologies

왜냐면 이런 기술들은

were still restricted to medical applications,

의료용으로 쓰기엔 여전히 제약이 많은데

which meant that we were studying sick brains, not healthy brains.

건강한 뇌가 아닌 병든 뇌를 가지고 연구하기 때문이죠.

Because no matter how safe your technology is,

아무리 그 기술이 안전해도,

you can't stick something into someone's brain

사람의 뇌 속에 아무거나 넣을 수는 없으니까요.

for research purposes.

연구를 핑계로 말이죠.

They have to want it.

사람들이 원해야만 가능합니다.

And why would they want it?

그럼 사람들은 왜 이걸 원하게 될까요?

Because as soon as you have an electrical connection to the brain,

뇌에 전기 장치를 달면

you can use it to hook the brain up to a computer.

바로 컴퓨터에 연결할 수 있으니까요.

Oh, well, you know, the general public was very skeptical at first.

알다시피, 일반 사람들은 처음엔 아주 회의적이었죠.

I mean, who wants to hook their brain up to their computers?

그러니까, 누가 자기 뇌를 컴퓨터에 연결하려고 하겠어요?

Well just imagine being able to send an email with a thought.

생각만으로 이메일을 보낼 수 있다고 상상해 보세요.

(Laughter)

(웃음)

Imagine being able to take a picture with your eyes, OK?

눈으로 사진을 찍을 수 있다고 상상해 보세요, 알겠죠?

(Laughter)

(웃음)

Imagine never forgetting anything anymore,

더 이상 아무것도 잊어 버리지 않는다고 상상해 보세요.

because anything that you choose to remember

기억하고 싶은 것이 있다면,

will be stored permanently on a hard drive somewhere,

하드 드라이브 어딘가에 영구적으로 저장하고,

able to be recalled at will.

원할 때 다시 꺼내 보면 되잖아요.

(Laughter)

(웃음)

The line here between crazy and visionary

미친 사람과 확실한 비전을 가진 사람은

was never quite clear.

종이 한 장 차이죠.

But the systems were safe.

결국 그 시스템은 안전했고

So when the FDA decided to deregulate these laser-drilling systems, in 2043,

2043년, 미 식품의약국은 레이저 천공 시스템을 허가합니다.

commercial demand just exploded.

그 수요 또한 폭발적으로 늘어납니다.

People started signing their emails,

사람들은 이메일 서명을 이런 식으로 쓰기 시작하죠.

"Please excuse any typos.

"오타 양해 바람.

Sent from my brain."

뇌에서 보냄."

(Laughter)

(웃음)

Commercial systems popped up left and right,

이제 여러 상업용 시스템들이 곳곳에서 소개됩니다.

offering the latest and greatest in neural interfacing technology.

최신의 뇌 접속 기능을 보유하고 있는 것들이죠.

There were 100 electrodes.

전극이 수백 개

A thousand electrodes.

수천 개가 있습니다.

High bandwidth for only 99.99 a month.

한 달에 99불 정도면 고대역폭으로 이용할 수도 있어요.

(Laughter)

(웃음)

Soon, everyone had them.

곧, 누구나 이용이 가능했어요.

And that was the key.

바로 거기에 해법이 있었죠.

Because, in the 2050s, if you were a neuroscientist,

왜냐면, 2050년대의 신경과학자라면

you could have someone come into your lab essentially from off the street.

말하자면, 길을 가던 누구나 연구실로 불러,

And you could have them engaged in some emotional task

어떤 과제를 주고 감정을 실험해 볼 수 있겠죠.

or social behavior or abstract reasoning,

혹은 사회적 행동이나 요약 추론 같이

things you could never study in mice.

쥐들을 통해선 절대 실험할 수 없는 것들이요.

And you could record the activity of their neurons

그렇게 인간의 신경세포 활동을 기록하게 되는데,

using the interfaces that they already had.

사람들이 이미 가지고 있는 접속 장치를 이용합니다.

And then you could also ask them about what they were experiencing.

그리고 그들이 느끼고 있는 것들에 대한 질문도 가능하죠.

So this link between psychology and neuroscience

이렇게 심리학과 신경과학의 연계가 어느새 가능해 집니다.

that you could never make in the animals, was suddenly there.

동물실험으로는 불가능했던 것이죠.

So perhaps the classic example of this

아마 대표적인 예는

was the discovery of the neural basis for insight.

통찰을 가능케 하는 신경 기반의 발견입니다.

That "Aha!" moment, the moment it all comes together, it clicks.

"아하!" 하면서 모든게 맞아 떨어지는 순간 말이죠.

And this was discovered by two scientists in 2055,

2055년, 두 과학자들에 의해 발견된 것이 있어요.

Barry and Late,

배리와 레이트죠.

who observed, in the dorsal prefrontal cortex,

배측 전전두엽 피질에서 이들이 관찰한 건,

how in the brain of someone trying to understand an idea,

뇌는 어떻게 생각을 이해하려고 하는지

how different populations of neurons would reorganize themselves --

다른 개체군의 신경세포들은 어떻게 재편성 되는지 등인데,

you're looking at neural activity here in orange --

신경활동이 일어나면 이렇게 주황색으로 빛이 납니다.

until finally their activity aligns in a way that leads to positive feedback.

마침내 이렇게 의미있는 반응이 나타나게끔 정렬되기까지 말이죠.

Right there.

바로 저기.

That is understanding.

이해를 했다는 표시죠.

So finally, we were able to get at the things that make us human.

결국, 우리를 인간답게 해주는 것들에 대해 알게 됩니다.

And that's what really opened the way to major insights from medicine.

의학분야의 주요한 통찰로 가는 길을 열어줬어요.

Because, starting in the 2060s,

2060년대가 시작되면서

with the ability to record the neural activity

이렇게 다양한 정신 질환 환자들의

in the brains of patients with these different mental diseases,

뇌 신경 활동을 기록할 수 있었기 때문입니다.

rather than defining the diseases on the basis of their symptoms,

증상에 따라 질병의 정의를 내리던

as we had at the beginning of the century,

세기 초와는 다르게

we started to define them

그 방법이

on the basis of the actual pathology that we observed at the neural level.

신경계를 다루는 병리학에 기반을 두기 시작한 것이죠.

So for example, in the case of ADHD,

예를 들어, 주의력 결핍 장애는

we discovered that there are dozens of different diseases,

수십 개의 다양한 질병으로 나뉜다는 걸 알게 됩니다.

all of which had been called ADHD at the start of the century,

세기 초에는 모두 ADHD로 불렸죠.

that actually had nothing to do with each other,

사실 서로 관련이 전혀 없고

except that they had similar symptoms.

증상만 비슷할 뿐인데요.

And they needed to be treated in different ways.

치료 방법 또한 달라야 했죠.

So it was kind of incredible, in retrospect,

그러니까 돌이켜 보면, 좀 믿기가 힘들어요.

that at the beginning of the century,

세기 초에는

we had been treating all those different diseases

여러가지 각기 다른 질병들을

with the same drug,

똑 같은 약

just by giving people amphetamine, basically is what we were doing.

기본적으로 각성제 같은 것을 주는게 전부였으니까요.

And schizophrenia and depression are the same way.

정신분열증과 우울증도 마찬가지입니다.

So rather than prescribing drugs to people essentially at random,

무작정 약을 처방하기보다,

as we had,

지금까지 처럼 말이죠,

we learned how to predict which drugs would be most effective

이제 어떤 약이 어떤 환자에게 가장 효과적일지

in which patients,

예측하게 됐고

and that just led to this huge improvement in outcomes.

치료 효과도 상당히 높아졌습니다.

OK, I want to bring you back now to the year 2017.

이제 2017년으로 돌아가죠.

Some of this may sound satirical or even far fetched.

어떤 것들은 황당하거나 우습게 들릴 수도 있어요.

And some of it is.

사실 그렇기도 합니다.

I mean, I can't actually see into the future.

그러니까, 실제로 제가 미래를 볼 순 없잖아요.

I don't actually know

사실 알 수가 없습니다.

if we're going to be drilling hundreds or thousands of microscopic holes

머리에 수백 또는 수천 개의 미세한 구멍을 뚫게 될지

in our heads in 30 years.

앞으로 30년 내에 말이죠.

But what I can tell you

하지만 제가 말씀드릴 수 있는 건

is that we're not going to make any progress

더 이상 발전할 수 없다는 겁니다.

towards understanding the human brain or human diseases

인간의 뇌 또는 질병의 이해를 돕는

until we figure out how to get at the electrical activity of neurons

신경세포들의 전기 활동을 관찰할 방법을 찾아내지 못한다면요.

in healthy humans.

건강한 사람들을 대상으로 말이죠.

And almost no one is working on figuring out how to do that today.

오늘날 이런 방법을 연구하는 사람들은 거의 없습니다.

That is the future of neuroscience.

이것이 신경과학의 미래죠.

And I think it's time for neuroscientists to put down the mouse brain

신경과학자들은 이제 쥐의 뇌는 그만 내려 놓고

and to dedicate the thought and investment necessary

인간의 뇌와 질병을 이해하는데 정말 필요한

to understand the human brain and human disease.

생각과 투자에 전념해야할 때라고 생각합니다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)