간상체 (rods)나 추상체 (cones)는 사람들이 사물을 볼 수 있도록 하는 기능을 한다. 하지만 이러한 빛에 민감한 뉴런은 훨씬 희귀한 세포의 도움을 받아야 한다는 연구결과가 발표되었다. 만일 이 전에 알려지지 않았던 세포가 연구자들이 생각한 것처럼 중요하다면 이 세포에 대한 연구는 일부 형태의 시력손상에 대한 새로운 치료법의 가능성을 열 수 있을 것이다. 과학자들은 멜라놉신 함유 망막 신경절세포 (melanopsin-containing retinal ganglion cells, mRGCs)라 불리는 신경세포의 존재를 처음 알게 된 것은 2000년이었다. 과거 10년 동안 이루어진 연구에서 이 세포는 동공수축이나 신체의 수면과 깨어나는 주기에 대한 규제와 같은 빛에 대한 반사반응에서 중요한 역할을 한다는 점을 보여주었다. 하지만 이 세포는 시각과는 상관없는 것으로 생각되었다.

하지만 지난 7월 연구자들은 학술지 ‘뉴런 (Neuron)’지에 발표한 논문에서 mRGCs의 섬유질 연장선 또는 축색돌기 (axon)가 실험쥐에서 무의식적으로 빛에 반응하는 부분을 통제하는 뇌의 부분뿐 아니라 의식적인 시각에 연관되는 부분까지 연장되어 있다는 사실을 발견했다. 이 최근 연구는 mRGCs가 주변의 밝은 부분을 식별할 수 있도록 한다고 주장했다. 이 새로운 연구에서 연구자들은 mRGCs에 청색 단백질을 표식으로 부착시켜 실험쥐의 눈의 어느 부분에서 세포가 일어나는가를 알아보았다. 연구자들은 눈에서 뇌로 이어지는 이 세포의 축색돌기를 추적하면서 많은 세포부분들이 시각정보를 뇌에서 전달하는 첫 번째 위치인 측면슬상핵 (lateral geniculate nucleus, LGN)에서 끝난다는 점을 발견했다.

만일 mRGCs가 실험쥐의 시각에 연관된다면 빛은 간상체나 추상체가 없는 실험쥐의 뇌의 시각중추부분에서 활성화를 일으킨다고 연구자들은 가정했다. 이 가설을 테스트하기 위해서 연구자들은 얇은 전극선을 18마리의 실험쥐의 LGNs에 삽입했으며 그 전기 신호를 기록했다. 영국 맨체스터 대학 (University of Manchester)의 신경과학자인 티모시 브라운 (Timothy Brown)은 “우리가 수행한 연구는 실험쥐를 완전히 암흑의 상태에서 유지하는 것이었다. 그리고 우리는 60초 동안 특정한 밝기의 빛을 켰다”고 설명했다. 이 연구팀은 여러 종류의 빛의 강도를 직광에서 밝은 대낮과 같은 빛까지 테스트해보았으며 빛의 강도에 따라 LGN의 신호가 발생한다는 사실을 알아내었다.

브라운과 그의 동료들은 또한 mRGCs가 또한 정상적인 시력을 갖고 있는 실험쥐의 LGN에 정보를 전달하는지 여부를 알아보았다. 브라운은 “우리는 시각신호를 처리하는 뇌세포의 약 40%가 mRGCs로부터 정보를 받는다는 것을 알아내었다”고 말했다. 이 연구결과는 학술지 ‘PLoS Biology’지에 발표되었다. 브라운은 “이것은 mRGCs는 뇌와 소통하는 망막세포의 겨우 2%만을 차지하기 때문에 특히 놀라운 결과이다”고 말했다.

아직 연구자들이 모르는 것은 mRGCs가 시각부분에서 여러 가지 빛의 밝기를 감지할 수 있어 어두운 벽이나 밝게 빛이 반사되는 출입구를 구분할 수 있게 하는지 여부이다. 브라운에 의하면 만일 감지할 수 있다면 이번 발견은 망막퇴화에 대한 새로운 치료법의 가능성을 열 수 있다. 그는 이들 세포의 활동을 극대화시킬 수 있도록 제작된 시각적 보조의 가능성을 있다고 주장했지만 이러한 치료법이 가능하다고 해도 가까운 시일에 이루어지는 것은 아니라고 부연했다.

메 라놉신 세포가 의식적인 시각에 어떤 역할을 한다고 주장한 연구논문은 이번이 처음이 아니라고 ‘뉴런’지에 실린 논문의 공동저자인 브라운 대학 (Brown University)의 신경과학자인 데이비드 버슨 (David Berson)은 말했다. 하지만 이번 연구는 “새로운 장을 열 수 있는 돌파구가 되는 연구 중에 하나가 될 것이다”고 말했다. 하지만 이러한 연구가 어느 정도까지 맹인들에게 도움이 될 수 있을지에 대한 문제를 제기했다. 아직 빛을 감지할 수 있는 능력을 갖고 있는 비기능성 간상체와 추상체를 갖고 있는 개인들의 숫자는 “매우 적을 것”이라고 그는 말했다.

미국 볼티모어에 위치한 존스 홉킨스 대학 (Johns Hopkins University)의 신경과학자이며 ‘뉴런’지에 실린 연구논문의 주저자인 사머 해터 (Samer Hatter)는 이번 연구가 mRGCs가 기능성 간상체와 추상체를 갖고 있는 실험쥐에서 의식적 시각의 주요 구성요소라는 것을 증명한 것은 아니라고 주장했다. 해터는 아직까지 멜라놉신이 결핍된 실험쥐는 그 행위에 기반해서 열등한 시각을 갖고 있다는 점을 보여준 연구는 없다고 지적했다. 그는 “실험에서 무엇을 관찰했다는 것이 생리학적으로 관련된 것을 의미하지는 않는다. 이번 연구는 아직 끝난 것이 아니다”고 말했다.

출처: ‘사이언스’지 2010년 12월 7일
원문참조:
Ecker, J.L. et al. (2010) ‘Melanopsin-Expressing Retinal Ganglion-Cell Photoreceptors: Cellular Diversity and Role in Pattern Vision’ Neuron 67 (1): 49-60

Brown, T.M. et al. (2010) ‘Melanopsin contributions to irradiance coding in the thalamo-cortical visual system’ PLoS Biology