1936년 노벨 생리의학상 — 데일과 뢰비

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신경이 전기 신호로 흐른다면 신경과 신경 사이의 좁은 틈(시냅스)은 어떻게 건너는지, 그리고 그 답을 꿈에서 얻은 실험 아이디어 로 밝혀낸 오토 뢰비와 그 물질의 정체를 규명한 헨리 데일의 이야기를 이해하게 됩니다.

신경과 신경 사이의 좁은 틈

1932년 셰링턴과 애드리언이 뉴런의 발화 원리를 밝혔지만, 큰 미스터리 하나가 남아 있었습니다.

뉴런과 뉴런 사이의 신호는 어떻게 건너가는가?

한 뉴런 안에서 전기 신호(활동 전위)가 흐르는 것은 그 시대에 이미 실측됐습니다. 문제는 그 뉴런이 다음 뉴런으로 신호를 넘길 때입니다. 두 뉴런은 접촉하지 않고, 매우 좁은 틈 — 시냅스 간극(synaptic cleft) — 을 사이에 두고 있습니다. 이 틈을 신호가 어떻게 건너가는가.

당시 학계는 두 진영으로 갈렸습니다.

전기설: 시냅스 간극을 전류가 직접 건너간다. 이건 가장 단순한 가설이었습니다.
화학설: 시냅스에서 한 뉴런이 화학 물질을 방출하고, 다음 뉴런이 그것을 받아 새 전기 신호를 시작한다.

두 진영은 격렬히 대립했습니다. 이 논쟁을 꿈에서 얻은 하나의 실험 이 결정적으로 종결시킵니다. 그 후 그 화학 물질의 정확한 정체를 밝히는 데 20년이 걸립니다.

시대의 풍경 — 유럽의 분열, 서울의 한 골인

1936년의 세계는 전쟁으로 향하는 여러 지점이 동시에 발화된 해 였습니다.

7월 스페인에서 프랑코 장군의 쿠데타로 스페인 내전 이 발발합니다. 이 내전이 3년 동안 이어지면서 나치 독일과 파시스트 이탈리아가 프랑코 편을, 소련이 공화 정부 편을 지원하는 대리전이 됩니다. 2차 세계대전의 예행 연습 이라 불리는 이 내전에서 폭격, 화학전, 국제 여단 파병 등 이후 세계대전의 여러 요소가 예시됩니다.

8월 베를린 올림픽 이 열렸습니다. 히틀러가 나치 독일의 힘을 세계에 과시하려 한 정치 이벤트였습니다. 이 올림픽에서 손기정 선수가 마라톤에서 금메달 을 땄지만, 일본 국적으로 참가한 조선인이었습니다. 그의 시상대 사진에 그려진 일장기가 조선일보 사진에서 지워진 "일장기 말소 사건" 이 뒤이어 벌어집니다. 이 사건이 계기가 되어 이 신문이 정간 처분을 받습니다.

소련에서는 대숙청(Great Purge) 이 이 해 본격화됩니다. 스탈린이 정치적 반대자와 잠재적 위협을 대량 처형하기 시작한 시기. 이 몇 년 사이 소련에서 상당수 지식인·군 장교·과학자가 처형되거나 굴라크에 갇힙니다. 소련 과학계의 큰 손실 이 있었지만, 그럼에도 살아남아 활동한 세대(레베데프, 카피차 등)가 후에 소련 물리학·생물학의 기반을 세웁니다.

뢰비의 조국 오스트리아는 이 시기 나치의 압력이 점점 커지고 있었습니다. 2년 뒤 오스트리아 병합(1938)에서 유대인이었던 뢰비가 게슈타포에 체포되어 노벨상 상금을 몰수당하고 나서야 겨우 미국으로 망명합니다. 이 시기 그의 연구는 이미 위험한 그림자에 둘러싸여 있었습니다.

한국사와 겹쳐 보면, 1936년은 손기정의 금메달과 일장기 말소 사건 의 해입니다. 유럽에서 신경 신호가 화학적 물질로 시냅스를 건너간다는 발견이 노벨상을 받는 그 해, 조선에서는 한 조선인의 승리 사진에서 강제된 국적 표시가 지워지는 저항이 있었습니다. 서로 다른 종류의 "신호가 전달되는 방법" 에 대한 이야기가 두 층위에서 일어난 시대였습니다.

인물 서사 — 꿈에서 실험을 얻은 사람

뢰비 — 개구리 심장의 실험

오토 뢰비는 1873년 독일 프랑크푸르트 출생. 유대인이었습니다. 오스트리아 그라츠 대학의 약리학 교수로 오래 있었습니다.

그의 결정적 실험 아이디어의 유래에는 문자 그대로 꿈 이 있습니다. 이 이야기는 뢰비 자신이 여러 번 확인해준 사실입니다.

1921년 3월 어느 밤, 잠자던 뢰비가 갑자기 깨어나 실험 아이디어를 종이에 적었습니다. 다음날 아침 그 종이를 보니 자기가 쓴 글씨를 자기가 못 읽을 정도로 흘려서 적혀 있었습니다. 그 다음 밤 다시 같은 꿈이 찾아왔고, 이번엔 잠에서 완전히 깨어난 뒤 실험실로 갔습니다. 새벽 3시부터 그 실험을 시작해 몇 시간 안에 완결 시켰습니다.

실험은 이랬습니다. 두 개의 개구리 심장 을 준비합니다. 하나에는 미주신경(vagus nerve)이 붙어 있고, 다른 하나는 신경이 제거된 상태. 두 심장을 별개의 링거액에 담그되, 그 링거액을 서로 통하게 연결합니다.

이제 첫 번째 심장의 미주신경을 전기로 자극합니다. 미주신경 자극은 심장 박동을 느리게 만드는 것으로 알려져 있었습니다. 실제로 첫 심장의 박동이 느려졌습니다. 그런데 놀랍게도 두 번째 심장 — 신경이 없는 심장 — 의 박동도 몇 초 뒤 느려졌습니다.

이 결과의 의미는 명확했습니다. 첫 심장의 신경이 자극되자 그 신경이 어떤 물질을 링거액에 방출했고, 그 물질이 두 번째 심장까지 흘러가 그것의 박동을 느리게 만들었다. 신경이 화학 물질로 표적에 작용한다는 첫 실증이었습니다.

그는 이 미지의 물질을 "미주 물질(Vagusstoff)" 이라 이름 붙였습니다. 정확히 무엇인지 그는 몰랐지만, 존재는 확실했습니다.

데일 — 물질의 정체 규명

헨리 데일은 1875년 영국 런던 출생. 약리학자였고, 런던의 국립의학연구소에서 연구했습니다.

데일은 뢰비의 발견보다 훨씬 이전부터 아세틸콜린(acetylcholine) 이라는 화학 물질을 연구하고 있었습니다. 1914년 그는 아세틸콜린이 여러 조직에서 매우 강한 생리 효과 — 혈관 확장, 심장 억제, 근육 수축 등 — 를 낸다는 것을 실측했습니다.

뢰비의 1921년 실험 후, 두 연구자의 발견이 자연스럽게 만납니다. 데일이 규명한 아세틸콜린의 생리 효과 프로필이 뢰비의 "미주 물질"의 효과와 정확히 일치했습니다. 이후 20년에 걸친 협업적 연구를 통해 미주 물질 = 아세틸콜린 이 확정됐습니다.

데일은 이후 여러 신경전달물질 — 노르아드레날린, 다양한 아민류 — 의 규명에도 결정적 기여를 합니다. "데일 원칙" 이라는 유명한 원칙 (한 뉴런이 하나의 신경전달물질만 방출한다는 원칙, 나중에 부분 수정됨)도 그의 이름을 따서 붙여졌습니다.

핵심 업적 — 시리얼라이즈로 본 시냅스 통신

전기 → 화학 → 전기

두 사람이 확정한 것은 뉴런 간 신호 전달의 다층 구조 였습니다.

뉴런 A 안에서 전기 신호(활동 전위)가 시냅스 말단까지 흐름
시냅스 말단에서 화학 물질(아세틸콜린 등)이 방출 됨
그 물질이 좁은 시냅스 간극을 확산으로 건너감
뉴런 B의 수용체에 결합
뉴런 B에서 새 전기 신호가 시작 됨

전기 → 화학 → 전기 의 세 단계 변환이 매 시냅스에서 일어난다는 것이었습니다.

CS 비유가 여기서 자연스럽게 관통합니다. 이것은 네트워크 통신의 시리얼라이즈(serialization) 와 유사합니다.

두 컴퓨터가 인터넷으로 통신할 때 무엇이 일어나는가:

컴퓨터 A의 메모리 안에서 데이터는 비트/객체 형태 로 존재
전송을 위해 그 데이터를 직렬화(serialize) 하여 바이트 스트림으로 변환
그 바이트가 네트워크(케이블·무선)를 건너감
컴퓨터 B에서 역직렬화(deserialize) 하여 다시 객체로 복원

한 형태 → 다른 형태 → 원래 형태로 되돌아가는 이 다층 변환 은 왜 필요한가? 통신 매체(네트워크)가 원본 데이터 형태를 직접 전송할 수 없기 때문입니다. 컴퓨터 안의 객체 그대로는 케이블을 지나갈 수 없습니다. 케이블은 바이트만 전달합니다.

뉴런 사이 시냅스 간극도 마찬가지입니다. 전기 신호가 시냅스 간극을 직접 건너기 어렵습니다. 두 뉴런의 세포막이 절연체이고, 간극에 이온 농도가 관리되어 있어 직접적 전류 통과가 제한됩니다. 그래서 화학 물질 이라는 중간 형태로 변환하여 이 매체를 건너갑니다. 반대편에서 다시 전기 신호로 복원됩니다.

다만 이 비유는 여기서 깨집니다. 컴퓨터의 시리얼라이즈는 우리가 명시적으로 설계한 프로토콜이며, 정보의 손실 없이 정확히 원본으로 복원됩니다. 그러나 신경의 화학적 전달은 정보 처리 층 입니다. 시냅스에서 신호는 단순 전달되지 않고, 여러 화학 물질과 수용체의 조합으로 강도가 증폭·감소·필터링됩니다. 이 화학 층이 실제로 신경계의 계산 능력의 대부분을 만듭니다. 오늘 대뇌 계산의 근본 단위는 뉴런 하나가 아니라 시냅스 하나라고 말하는 것이 이 때문입니다.

왜 화학이었는가

전기설이 더 단순해 보이는데, 왜 진화는 화학을 택했을까요? 이 질문에 대한 오늘의 답은 정보 처리 유연성 입니다.

만약 신경계가 순수 전기라면 신호는 단순 전달됐을 것입니다. 그러나 화학 시냅스는 훨씬 유연 합니다:

여러 다른 신경전달물질을 사용해 여러 종류의 신호 전달 가능
수용체 수를 조절해 신호 강도 학습(장기 강화) 가능
다양한 조절 물질로 신호 필터링·억제·증폭 가능

이 유연성이 우리가 학습하고 기억하고 감정을 가질 수 있는 뇌 를 가능하게 합니다. 순수 전기 신경계는 사실상 반사만 가능하지만, 화학 시냅스는 지속적 재프로그래밍이 가능한 계산 시스템을 만듭니다.

왜 중요한가

데일과 뢰비의 노벨상은 세 층위에서 오늘까지 유효합니다.

정신약리학 층위: 모든 향정신성 약물이 화학 시냅스를 표적으로 합니다. 항우울제(세로토닌 재흡수 억제제), 항정신병약(도파민 수용체 차단제), 벤조디아제핀(GABA 수용체 조절제), ADHD 치료제 — 이 모든 약물이 시냅스에서 신경전달물질의 균형을 조정합니다. 이 약리학의 근본이 이 상에서 열렸습니다.

독물학·화학전 층위: 아세틸콜린 시스템을 표적으로 하는 신경가스(사린, VX) 는 아세틸콜린 에스테라제(분해 효소)를 차단해 근육을 지속 수축시켜 사망에 이르게 합니다. 반대로 알츠하이머병 치료제(도네페질 등)는 같은 효소를 부분 억제해 뇌의 아세틸콜린 활동을 강화합니다. 같은 표적, 극단적으로 다른 목적.

신경외과·마취학 층위: 신경근 차단제(수술 중 근육 이완용) 등이 아세틸콜린 수용체 조절 원리에 기반합니다.

우리에게 남긴 교훈이 있습니다. "때로는 답이 꿈에서 온다. 그러나 그 꿈을 실행에 옮기는 태도가 발견을 만든다." 뢰비는 꿈에서 아이디어를 얻었지만, 다른 사람들이라면 다음 날 아침 잊어버렸을 것입니다. 그는 새벽 3시에 실험실로 갔습니다. 아이디어보다 실행이 훨씬 어렵고 결정적입니다. 소프트웨어 개발에서도, 조직 운영에서도 이 원칙은 유효합니다 — 좋은 아이디어를 가진 사람은 많지만, 그것을 3AM에 실행하는 사람은 소수입니다.

지금 이 문장을 읽는 중에도 여러분의 뇌 안 수많은 시냅스에서 아세틸콜린과 다른 신경전달물질들이 방출되고 있을 것입니다. 그 화학적 통신의 실체가 100년 전 한 꿈과 몇 시간의 개구리 심장 실험에서 밝혀졌습니다.

시냅스 화학 전달 요약: 뢰비는 두 개구리 심장 실험으로 신경이 자극될 때 화학 물질(미주 물질)이 방출됨을 실증했고, 데일은 그 물질이 아세틸콜린임을 규명했습니다. 이 발견이 전기 → 화학 → 전기의 시냅스 통신 모델을 확립했고, 20세기 정신약리학과 신경계 질환 치료의 기반이 됐습니다.

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