두뇌가 낮과 밤을 구분할 수 있도록 돕는 눈의 '3가지 세포 유형'
등록일 2019년 12월 27일 금요일
수정일 2019년 12월 27일 금요일
낮과 밤을 구분할 수 있는 시세포가 있다는 것이 확인됐다(사진=123RF)

솔크생물학연구소와 유타대학의 존 모런 안구연구센터, 스크립스연구소 공동 연구팀이 두뇌가 낮과 밤을 구분할 때 도움을 주는 인간 눈의 3가지 세포 유형을 밝혀냈다.

내인성 광수용 신경절세포(ipRGC)

연구팀은 쥐의 망막 앞에 내인성 광수용 신경절세포(ipRGC)가 존재한다는 사실을 알고 있었지만, 이번 연구 전까지 사람에게도 이 세포가 존재한다는 사실은 발표된 바 없었다고 주장했다. 

연구팀은 이번 연구를 위해 기증자의 사망 후 망막 세포를 건강하게 유지시킬 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 이후 전극 그립을 사용해 망막이 빛에 어떻게 반응하는지 조사해 망막 세포의 일부가 빛에 반응하는 것을 발견했다. 

빛을 제거하자 몇 초 후 세포는 반응을 보이지 않았다. 여기에서 착안을 한 연구팀은 다양한 색의 빛을 사용했다. 그리고 내인성 광수용 신경절세포가 청색빛에 민감하다는 것을 확인했다. 

가시광선 스펙트럼에서 청색빛은 가장 짧은 파장과 가장 큰 에너지를 가지고 있다. 이러한 유형의 빛은 LED 조명과 랩톱이나 스마트폰 같은 기기에 일반적으로 사용되고 있다.

3가지 유형의 ipRGC로 뛰어난 디지털 기기를 디자인할 수 있다(사진=123RF)

3가지 유형의 ipRGC 발견

연구팀의 후속 연구를 통해 ipRGC에 3가지 유형이 있다는 사실이 밝혀졌다. ipRGC 1형은 반응이 사라지기까지 상대적으로 오랜 시간이 걸렸지만, 빛에 빠르게 반응했다. 

2형의 경우 반응이 나타나고 사라지기까지 오랜 시간이 걸렸다. 반면, 3형은 빛이 매우 밝을 때에만 반응을 보이고 빛을 끄면 반응도 빠르게 사라졌다.

루도빅 무어 박사와 연구팀은 인간 눈의 ipRGC 3유형과 각각의 기능을 이해하면 더욱 효과적인 치료법을 고안하는 데 도움이 될 수 있을 것이라고 밝혔다.

그리고 이번 연구 결과로 시각 장애인이 일반인과 24시간 주기리듬 또는 낮과 밤의 수면-각성 주기와 일치한다는 사실을 설명했다. 시각 장애인은 빛을 감지할 수 있는 여러 가지 방법을 가지고 있다. 추상세포와 간상세포가 없는 사람이더라도 눈에 있는 ipRGC가 두뇌로 빛의 신호를 전달할 수 있다고 솔크생물학연구소 연구진은 설명했다.

연구 결과의 다른 용도

솔크생물학연구소 연구진은 이번 ipRGC 3유형의 발견으로 더욱 뛰어난 스마트폰 스크린과 컴퓨터 모니터, 텔레비전을 고안할 수 있을 것이라고 주장했다. 스크린에서 나오는 청색광의 비율을 변경시켜 두뇌가 편안하게 인식할 수 있게 만든다는 것이다.

연구진은 이번 연구의 다음 단계는 각기 다른 빛의 색상과 방사 시간, 집중도 하에서 3가지 세포의 반응을 조사하는 것이라고 밝혔다. 분 단위로 단파에 각 세포가 어떻게 반응하는지 연구할 것이라고 밝혔다. 그리고 일몰이나 일출의 빛을 모방할 수 있는 빛의 색도 테스트할 것이라고 덧붙였다.

그리고 연구팀은 각기 다른 연령대의 기증자가 제공한 망막을 사용해 ipRGC 기능이 다른지도 확인할 것이라고 밝혔다. 이를 통해, 낮과 밤에 동조할 수 있는 실내조명을 고안해 인체의 24시간 주기 리듬과 일치시킬 수 있는 방안을 개발할 수 있을 것이라고 설명했다.

또한 빛을 응용해 기분을 개선할 수 있는 방안을 고안해 치매나 고령 환자에게 도움을 줄 수 있을 것이라고 덧붙였다.

생물학적 시계와 눈에 대한 사실

24시간 주기리듬은 24시간 주기에 따라 어둠과 빛에 반응하는 행동, 정신, 신체 변화다. 신생아의 신체 시계는 매일 16~20시간의 수면을 유도한다. 

이후 나이가 들면서 수면 시간은 11~12시간으로 줄어든다. 그리고 청소년기에는 9~10시간의 수면을 필요로 하게 된다. 성인 또한 7~9시간을 자야 충분한 휴식을 취했다고 느낀다.

한편 사우스웨스턴 안과 센터에 따르면, 사람의 눈은 약 100만 가지의 다른 색상을 구분할 수 있다.

허성환기자  
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