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내 안의 작은 우주, 뇌의 비밀을
신경유전학으로 파헤치다!

세계적인 뇌과학자 이대열 교수 추천!
“뇌와 유전자 연구 결과물이
사회 모든 분야에 파고드는 이 시대의 필독서”

유전자에서 행동까지 이어지는
뇌의 비밀을 풀어 나가는 최신 과학, “신경유전학”

세계에서 가장 유명한 십 대이자 환경운동가 그레타 툰베리(Greta Tintin Thunberg), 소설 《대지》로 노벨 문학상을 수상한 펄 벅(Pearl S. Buck), 유럽 대륙을 정복한 나폴레옹(Napol?on)에게는 한 가지 공통점이 있다. 본인 혹은 가족이 신경유전질환을 갖고 있다는 것이다. 툰베리에게는 아스퍼거 증후군, 펄 벅의 딸에게는 페닐케톤뇨증, 그리고 나폴레옹에게는-간질로 불리기도 했던-뇌전증이 있었다. 이 질환들은 과거에는 극복할 수 없고 받아들여야만 하는, 마치 타고난 ‘운명’과도 같았다. 하지만 이제는 발전한 의학기술을 통해 충분히 극복할 수 있는 ‘질환’에 지나지 않게 되었다. 특히 신경유전학의 발달이 이를 가능하도록 이끌었다. 그 이름조차 생소하고 다소 어렵게 느껴지기도 하는 ‘신경유전학’은 도대체 무엇일까?

《아주 긴밀한 연결》은 ‘신경유전학’이 무엇인지 쉽고 흥미롭게 이야기로 들려주는 책이다. 먼저 신경유전학을 간략히 정의하자면, 인간의 모든 사고를 담당하는 ‘뇌’의 생성 과정에 ‘유전자’가 어떻게 개입하고, 어떤 역할을 하는지 연구하는 학문이다. 따라서 신경유전학은 인간이 늘 궁금해하는 ‘나’라는 존재의 비밀을 풀 수 있는 열쇠이기도 하다. 또한 자폐 스펙트럼 장애, 페닐케톤뇨증, 뇌전증 등을 비롯한 다양한 신경유전질환이 왜 발생하는지, 어떻게 치료해야 하는지 실질적인 해법을 제시하기도 한다. 이 책에서 저자는 알고 보면 우리 생활과 아주 밀접한 신경유전학이 언제, 어디에서부터 시작되었는지, 어떻게 발달했는지, 그리고 오늘날에는 어떤 연구가 어느 정도의 수준에서 진행되고 있는지를 흥미롭게 풀어 나간다.
세계적인 뇌과학자 이대열 교수(존스홉킨스대학교 신경과학과 석좌교수)는 이 책을 추천하면서 “유전자의 기본적인 원리에서부터 유전자의 이상으로 발생하는 정신질환에 이르기까지 다양한 주제를 과학을 전공하지 않은 일반인도 쉽게 이해할 수 있는 특별한 기회를 제공한다”며 필독서로 추천했다.

‘나’는 어떻게 연결될까,
‘나’를 구성하는 내 안의 아주 긴밀한 연결

우리 뇌에 있는 신경세포들은 서로 긴밀하게 연결되어 있다. 마치 우리가 악수를 하는 것처럼 세포들도 팔을 뻗어 서로 손을 잡고 있다. 그리고 이 연결이 이어져 구성되는 그들 간의 거대한 네트워크는 뇌의 기능적인 단위로 작용한다. 따라서 뇌세포들이 서로 어떻게 연결되어 있는지 살펴보는 것은 ‘나’의 정체성을 찾는 과정과도 매우 밀접하게 연관되어 있다. 예를 들어, 우리가 어떤 활동을 하거나 생각을 하고 감정을 느낄 때마다 세포들은 팔을 뻗어서 다른 세포와 새로운 연결을 만들거나 혹은 원래 있던 연결을 해제한다. 이때 어느 세포가 어떤 다른 세포와 연결되느냐는 그 세포의 주인이 어떤 경험을 했느냐에 따라 결정된다. 즉 신경세포의 연결이 생성되고 해제되는 행위는 그 사람의 경험을 기록하고 기억을 구성하는 과정이다. 따라서 신경세포 네트워크는 우리가 살면서 해 온 모든 경험과 그중 머릿속에 남아 있는 기억을 담고 있는 저장소 역할을 한다. 게다가 뇌 신경세포는 계속 바뀌는 우리 몸의 다른 세포(가령, 위벽세포의 수명은 고작 이틀)와 달리 평생 사라지지 않고 유지된다.
그런데 신경유전질환은 한 인격을 구성하는 뇌 신경세포의 네트워크를 망가뜨린다. 네트워크를 구성하는 신경세포 혹은 신경세포들이 서로 연결되는 시냅스에 문제를 일으켜 뇌가 제 기능을 하지 못하게 한다. 이는 곧 유전질환을 갖은 사람이 개인적으로 경험하는 고통을 넘어 사회적 네트워크를 형성하는 것 자체를 어렵게 만든다.

어떤 사람들에게는 이렇게 ‘나를 구성하는 네트워크’를 통해 ‘나’를 생물학적으로 정의하는 것이 별로 익숙하지 않을 수도 있다. 아마 이보다 더 쉽게 자신의 정체성을 정의하는 방법은 ‘내가 구성하는 네트워크’로 접근하는 방식일 것이다. 많은 이들이 대한민국 국민, ○○시민, ○○회사 사원, 연구소의 과학자, 부모님의 자녀, 내 남편의 아내 등 내가 속한 공동체의 일원으로 자신을 소개한다. 내가 구성하고 있는 네트워크에서 내가 어떤 역할을 하고 있는지, 즉 사회에서 자신이 어떤 지위에 있는지를 통해 정체성을 찾는 것이다.
_프롤로그: 유전학에서 행동까지, 30쪽

“관상은 사이언스”라는 말은 진짜일까?
노벨 생리의학상 수상자 제임스 왓슨이
사실은 인종차별주의자였다고?

요즘 유행하는 말 중 “관상은 사이언스”라는 말이 있다. 장난삼아서 하는 말이면 다행이겠지만, 이 말을 제법 진지하게 받아들이는 사람들이 꽤 많다. 당연히 관상은 과학이 아니지만, 일부는 이를 두고 통계학이라고 주장하면서 ‘관상 과학’이라는 말을 붙이기도 한다. 그러나 사람의 얼굴은 다양성 진화의 대표적인 예일 뿐이다. 우리는 특정한 얼굴이 아름답다거나 잘생겼다고 느끼지만, 이는 아무런 이유가 없는 우연에 의한 진화의 결과이다. 하나의 얼굴이 인간의 어떤 성격, 어떤 특성을 대표할 수는 없다. 생명 현상은 굉장히 복잡하고, 하나의 유전자가 하나의 특성을 결정하지 않기 때문이다. 외모와 성격이 서로 상관관계가 있다는 주장은 유전자에서 행동까지 이어지는 생명의 복잡성을 전혀 이해하지 못하기 때문에 할 수 있는 이야기이다.

결국 아름다움을 결정하는 핵심 요소는 우연이다. 그 시작은 적응이었을지 몰라도 최종적으로 이성에게 선택받는 매력이 무엇이 될지 결정하는 가장 중요한 요소는 연속된 우연한 사건이다. 무엇을 아름답다고 느끼고 무엇을 아름답다고 느끼지 않는 데는 딱히 특별한 이유가 없는 것이다.
_에필로그: 유전학과 우생학 그 사이 어딘가, 307쪽

우생학도 이와 궤를 같이한다. 이중나선 구조를 처음으로 규명하고, 이 공로를 인정받아 1962년 노벨 생리의학상을 수상한 제임스 왓슨마저도 2000년 11월 13일, UC 버클리에서 열린 강연에서 “피부색은 성적 욕구와 강하게 연관되어 있는데, 이는 피부를 검게 만드는 멜라닌이 성적 욕구를 촉발하기 때문”이라는 인종차별 발언을 하기도 했다. 아무런 근거가 없는 이야기이다. 이후에도 왓슨은 인종차별 발언을 멈추지 않았고, 결국 콜드스프링하버 연구소(Cold Spring Harbor Laboratory)는 그를 소장직에서 물러나게 했다. 사실상 과학계에서 퇴출된 것이다. 만약 정말로 피부색이 지능과 성적 욕구에 영향을 준다면, 오히려 유전학의 기존 패러다임을 부수는 혁명적인 발견이 될 것이다. 적어도 아직까지는 그런 증거가 발견되지 않았고, 아주 높은 확률로 앞으로도 발견되지 않을 것이다.

왓슨은 지난 수십 년간 유전학계를 이끌어 온 리더 중 한 명이며, 동시에 대중에게 가장 익숙한 생명과학자다. 당연히 그의 말 한마디 한마디가 가지는 무게는 가볍지 않다. 그의 개인적인 의견이 마치 모든 유전학자를 대변하는 것처럼 표현될 수도 있고, 그의 인터뷰가 생명과학을 향한 사회의 시선에 큰 영향을 줄 수도 있다. …(중략)… 왓슨의 주장은 과학적인 사실이 아니고 비과학적인 개인 의견일 뿐이지만, 누군가는 왓슨의 발언을 근거로 들어 ‘노벨상을 받은 유전학자가 흑인과 백인의 지능에 유전적 차이가 있다고 말했다’라며 자신의 인종차별을 정당화할 것이다. 또 누군가는 이런 잘못된 생각을 하는 사람들 때문에 상처받을 것이다.
_에필로그: 유전학과 우생학 그 사이 어딘가, 285쪽

저자는 이 책에서 노벨 생리의학상 수상자 제임스 왓슨, 《이기적 유전자》를 쓴 세계적인 과학 저술가가 리처드 도킨스 등의 실수와 과오를 언급하면서 “유전자 시대”에 머물렀던 20세기 유전학의 한계를 지적하고, 유전자 시대에서 벗어난 오늘날의 21세기 유전학이 나아가는 방향도 이야기한다.

20세기 후반, 특히 개별 유전자의 기능이 하나둘 밝혀지기 시작한 1970년대부터 인간 유전체 프로젝트가 완료된 2000년대 초반까지, 유전학은 앞으로 인류 사회를 이끌어 갈 전도유망한 분야로 주목받았다. 나는 이 시기를 감히 ‘유전자의 시대’라 부르고 싶다. 이 시기부터 폭력 유전자, 비만 유전자 등의 단어가 등장했고, 사람의 특징을 소개할 때면 늘 유전자가 언급되기 시작했다. 자연스레 개인의 성격과 외모는 모두 유전자에 의해 결정된다는 유전자 결정론이 사회에 만연하게 자리 잡았다. 개인의 개성도 사회의 특성도 모두 유전자라는 한 단어로 쉽게 설명되었다.
_에필로그: 유전학과 우생학 그 사이 어딘가, 287쪽

최신 과학과 그 현장 이야기를 들려주는
MZ세대 과학 저술가의 등장!

이 책 《아주 긴밀한 연결》을 집필한 곽민준은 현재 포스텍 신경유전학 연구실에서 신경발달 질환의 메커니즘을 연구하고 있는 대학원생이다. 365일 내내 연구실에 붙들려 치열하게 공부하고 연구하는 와중에도 일반인들에게는 생소한 신경유전학을 알리기 위해 틈틈이 글을 썼다. 《펭귄의 여름》을 비롯한 여러 권의 저서와 팟캐스트를 통해 대중과 소통하고 있는 동물행동학자 이원영 박사는 “‘관상은 사이언스’라고 말하는 사회에서 과학적인 사고와 논리적인 대화를 기대하기는 어렵지만, 그럼에도 불구하고 포기하지 않고 대중과의 벽을 허물기 위해 노력하는 사람들이 있는데, 곽민준 작가 역시 그렇다”고 말하기도 했다.
물론 여전히 신경유전학은 사람 한 명의 생물학적 특성조차 완전하게 설명해 내지 못하고 있다. 인간 유전체 프로젝트(Human Genome Project)를 통해 인간 생명의 설계도를 확보하면 모든 것이 해결될 줄 알았지만, 우리 몸의 DNA 중 유전물질로 작용하는 유전자는 겨우 2퍼센트에 불과했다. 나머지 98퍼센트에 대해서는 아직 알 수 없다. 한 인간을 구성하는 뇌 네트워크를 파악하는 것조차 이렇게 복잡한데, 하물며 80억 명에 육박하는 인간 사회 네트워크를 이해하기란 얼마나 어려운 일이겠는가. 하지만 ‘나’를 구성하는 뇌 네트워크를 이해하는 것은 개인을 넘어 사회를 구성하는 네트워크를 이해하는 데까지 도움을 준다.
저자는 과학적인 태도가 개인의 삶과 사회를 더 나은 방향으로 나아가게 한다고 힘주어 말한다. 몇 천 년간 이어져 온 종교와 사회의 사상을 뒤집어 버린 찰스 다윈이 보여 준 발상의 전환, 자신의 신념마저도 실험적 증거 앞에서 내려놓는 토머스 모건의 이성적인 태도, 기억의 저장소를 찾고야 말겠다는 신경과학자들의 체계적인 논리와 포기하지 않는 끈기, 자폐를 치료 대상으로 보는 것을 넘어 개성으로 바라보는 정신의학자들의 공감 능력에 이르기까지, 과학의 모든 과정이 세상을 살아갈 지혜를 알려 준다는 것이다.

이대열(존스홉킨스대학교 신경과학과 석좌교수, 《지능의 탄생》 저자)
자신의 정체성에 대한 고민을 해 본 적이 있는 사람의 대부분은 아마도 개인이 유전자와 환경의 상호 작용의 결과물이라는 불편할 만큼 애매한 명제를 받아들이게 되었을 것이다. 그럼에도 불구하고 정작 인간의 모든 사고 과정을 담당하는 뇌의 생성 과정에 유전자가 어떻게 개입하는지에 대해서 대충이라도 설명할 수 있는 사람은 드물다. 바로 이 중요하고도 어려운 문제에 도전하는 것이 신경유전학이다. 비록 대학원생이지만, 저자 곽민준은 《아주 긴밀한 연결》에서 유전자의 기본적인 원리부터 유전자의 이상으로 발생하는 정신질환에 이르기까지 다양한 주제를 일반인도 크게 힘들이지 않고 이해할 수 있는 특별한 기회를 제공한다. 뇌와 유전자에 관한 연구 결과물이 사회의 모든 분야에 파고드는 이 시대에 꼭 읽어야 할 필독서임이 분명하다.

이원영(극지연구소 선임연구원, 《펭귄의 여름》 저자)
유전학은 어렵다. 오랜 시간에 걸쳐 수많은 연구자들이 달려들어 차곡차곡 쌓아 온 지식은 그렇게 쉽사리 이해할 수가 없다. 어떻게 보면 당연한 얘기다. 하지만 이해할 수 없다고 마냥 오해하도록 둘 순 없다. “관상은 과학”이라는 말이 유행하는 사회에서 과학적인 사고와 논리적인 대화를 기대하긴 어렵다. 그래서 어떤 학자들은 포기하지 않고 대중과의 벽을 허물기 위해 노력한다. 곽민준 작가 역시 포기하지 않는 학자 중 한 명이다. 그의 글을 따라 유전학의 역사를 거슬러 올라가며 맥락을 살펴보자. 유전자에서 행동에 이르는 “아주 긴밀한 연결” 속 숨겨진 고리를 이해하게 될 것이다.

프롤로그_유전자에서 행동까지 ···7

제1부 다윈에서 유전자 가위까지: 유전학의 역사
1장 모든 것의 시작 ···35
2장 유전자의 내밀한 역사 ···63
3장 단순한 유전자가 그리는 복잡한 생명체 ···88

제2부 뇌에서 나를 발견하다: 신경발생유전학
4장 뇌와 신경, 시작이 반이다 ···121
5장 나폴레옹도 앓았던 뇌전증 ···144
6장 자폐, 질환 혹은 개성 ···172

제3부 행동에서 인간을 마주하다: 신경행동유전학
7장 엔그램, 숨겨진 기억의 저장소 ···199
8장 시간의 유전학 ···227
9장 노래 속의 신경과학 ···260

에필로그_유전학과 우생학 그 사이 어딘가 ···282
참고문헌 ···315

신경세포 네트워크와 시냅스에 관한 연구는 신경유전질환 정복에 아주 결정적인 역할을 할 것으로 기대된다. 그러나 뇌 네트워크를 이해하여 얻을 수 있는 통찰은 이뿐만이 아니다. 사실 뇌세포들이 서로 어떻게 연결되어 있는지 살펴보는 것은 ‘나’의 정체성을 찾는 과정과도 아주 밀접하게 연관되어 있다.
_프롤로그: 유전자에서 행동까지, 29쪽

생명 시스템에서 하나의 유전자와 하나의 행동이 정확히 일대일로 대응하는 경우는 거의 없다. 대부분 하나의 유전자가 여러 행동에 영향을 주고, 하나의 행동이 여러 유전자의 영향을 받는다. 따라서 단순히 어떤 유전자가 어떤 행동을 결정한다고 콕 집어 말하기는 어렵다. 행동의 유전적 특성을 제대로 이해하기 위해서는 유전자 하나, 행동 하나를 짝지어 그 연관성을 살피기보다는 여러 관련 유전자와 행동 특성 간의 연관성을 함께 이해해야 할 필요가 있다.
_2장 유전자의 내밀한 역사, 78~79쪽

생명과학 분야에도 암흑물질처럼 분명히 존재하기는 하지만 그 역할과 정체를 알지 못해 앞으로 연구할 거리가 무궁무진한 것이 한 가지 있다. 바로 DNA의 암흑물질이라 불리는 비암호화 DNA(non-coding DNA)다. 비암호화 DNA는 단백질을 만드는 설계도로 작용하는 염기 서열을 제외한 DNA의 나머지 부분을 의미한다. 다시 말해 DNA 중 유전 부호가 아닌 부위를 부르는 말이다. 그럼 우리 몸에는 비암호화 DNA가 몇 퍼센트 정도나 있을까? 5퍼센트? 10퍼센트? 놀라지 마시라. 무려 98퍼센트가 비암호화 DNA다.
_3장 단순한 유전자가 그리는 복잡한 생명체, 89쪽

내가 나의 정의를 뇌에서 찾는 이유는 크게 두 가지다. 먼저 다른 세포들과 달리 뇌의 신경세포(뉴런)는 사람이 태어날 때 만들어져 교체도 재생도 되지 않고 평생 쭉 유지된다. … (중략) … 뇌가 나를 정의한다고 생각하는 두 번째 이유는 평생 유지되는 뉴런들이 일생 조금씩 변화하면서 우리의 삶을 기록하기 때문이다. 정확히 말하면, 다른 뉴런과 연결되는 시냅스가 조금씩 바뀌는데, 이 과정에서 우리의 모든 경험과 지식이 뇌 네트워크에 기록된다. 따라서 우리 뇌 속 연결은 살아오며 경험한 모든 흔적을 저장하게 된다.
_4장 뇌와 신경, 시작이 반이다, 123쪽

잘못된 유전자라는 것은 세상에 없다. 유전자 돌연변이의 사전적 정의는 전체 인구의 10퍼센트 미만이 가지는 흔하지 않은 유전자 염기다. 따라서 돌연변이를 가졌다는 것은 다수와 유전 정보가 조금 다르다는 것일 뿐 특별한 문제나 잘못이 있다는 뜻이 아니다. 어차피 개개인의 유전 정보는 모두 조금씩 다르지 않은가? 사실 우리는 모두 돌연변이다.
_6장 자폐, 질환 혹은 개성, 181쪽

대부분의 사람은 자신의 정체성을 ‘기억’에서 찾는다. 내가 살아오면서 겪은 모든 경험과 그중 머릿속에 아직 남아 있는 기억이 ‘나’를 정의한다고 생각한다. 그런데 내 뇌의 어딘가에 저장되어 있는 기억을 없애는 것이 가능하다면 반대로 기억의 저장소에 거짓 사건을 진짜 기억인 것처럼 주입할 수 있다면, 조작된 기억을 가지고 살아가는 ‘나’를 과연 진짜 ‘나’라고 말할 수 있을까? 너무 어려운 질문이다.
_7장 엔그램, 숨겨진 기억의 저장소, 201~202쪽

새들이 부르는 다양한 노래는 생물학적으로 상당히 흥미로운 행동이다. 사람과 비슷하게 발성 기관을 갖추고 이를 적극적으로 활용하는 몇 안 되는 사례이기도 하다. 다른 동물들도 소리로 의사를 전달하지만, 새나 사람처럼 복잡하고 다양한 이야기는 하지 못한다. 따라서 새의 발성을 연구하면 인간의 의사소통을 생물학적 관점에서 이해하기 위한 힌트를 얻을 수 있다. 또한 이는 의사소통에 어려움을 겪는 질환을 이해하는 데도 활용될 수 있다.
_7장 노래 속의 신경과학, 263쪽

《이기적 유전자》를 읽고, 언어의 마술사 같은 도킨스의 그럴싸한 이야기에 혹해 유전자 결정론에 빠진 많은 이들은 사람의 모든 행동과 특성을 유전자만으로 설명할 수 있다는 위험한 생각을 하기 시작했다. 그리고 그중 일부는 유전학을 자신들의 인종차별, 성차별을 합리화하기 위한 수단으로 사용했다. 잘못된 지식이 잘못된 도덕적 관념을 합리화하는 데 쓰이다니, 이래서는 100년 전 유대인을 학살한 우생학과 지금의 유전학이 전혀 다를 바가 없지 않은가?
_에필로그: 유전학과 우생학 그 사이 어딘가, 291쪽