[신경 쓰이는 생물학 이야기] 심리학: 목적론적 세계관은 창조론과 음모론을 부른다.

그림 1. 미국 1달러 지폐. 뒷면 왼쪽의 피라미드가 13층이라서 적그리스도를 상징하고 그 피라미드 꼭대기의 전시안(Eye of Providence)이 프리메이슨 휘장의 눈 모양이라는 음모론의 단골 소재로 쓰이고 있다.

이번 시간에는, 하드 사이언스는 아니지만 나름 흥미로운 주제의 심리학 연구결과를 하나 소개하고자 한다.

자연이나 사회에서 일어나는 특정 사건이나 현상에 "어떠한 근본적 원인이나 목적이 존재할 것"이라는 믿음은 인지적 편향성을 만들어 낸다. 이러한 편향성은 목적론적 세계관을 이루며, 언뜻 보기에 별로 상관없어 보이는 "음모론(conspiracism)"과 "창조론(creationism)"이라는 두 가지 신념과 관련이 있다고 한다. 독특하게도 이를 연구한 짤막한 심리학 논문이 2018년 8월 20일자 Current Biology 라는 제법 괜찮은 생물학 저널에 오픈 액세스로 게재되었다¹. (계속 읽기)

[신경 쓰이는 생물학 이야기] 각막 상피 손상 및 회복에 관한 미국 연구과제 엿보기

이번 시간에는 미국 국립 보건원에서 한국의 중견 과학자 연구과제에 해당하는 R01 grant를 다년간 수주한 연구 프로젝트 하나를 소개하고자 한다. 내용 자체가 전반적으로 좀 딱딱할 수 있지만, 미국의 중견급 과학자들이 어떤 식으로 가설을 세우고, 또 어떤 식으로 이를 검증할 연구를 기획하는지 살짝 엿보고자 한다.

주제는 손상된 말초신경의 회복 기전이며, 좀 더 구체적으로는 재발성 각막 상피 미란 발생 기전 및 회복 연구이다. 딱히 내가 아침마다 라섹수술받은 눈이 뻑뻑하고 따가워서 매일매일 인공누액 넣어야 하는게 귀찮아서 이런거 찾아본 건 아니다(...ㅠㅠ). (계속 읽기)

[신경 쓰이는 생물학 이야기] 예비실험: 건강한 젊은이가 ADHD 약을 먹으면 오히려 머리 나빠진다.

요즘 들어, 원하는 성적이 나오지 않는 아이들의 부모들 중에 ‘혹시 내 아이가 ADHD(주의력 결핍 과잉 행동 장애)가 아닐까?’ 하는 걱정들을 많이 한다. 심지어 막무가내로 의사를 찾아가서 ‘내 아이가 ADHD인 것 같으니 집중하게 하는 약을 처방해 달라’고 하는 분들에 대한 사례도 있다고 한다. 주로 처방되는 약은 콘서타(메틸페니데이트) 또는 애더럴(암페타민) 등의 마약성 각성제이며, 최근 10여 년 동안 미국의 20-30대 여성을 중심으로 5-7배 이상 처방이 급증했으며, 한국에서도 매년 수능 시즌 즈음마다 비정상적으로 처방 건수가 늘어나 국정감사 등에서 문제가 제기되고 있다.

미국 로드 아일랜드 대학 및 브라운 대학의 합동 연구가 최근 (2018년 6월 27일) Pharmacy 저널에 발표되었는데, 일반적인 대중들의 믿음(미신?)과는 정 반대로, ADHD 치료약은 건강한 학생들의 인지능력을 전혀 향상시키지 못했으며, 오히려 저해한다는 결과를 보여주었다. 사실 연구팀은 주요 ADHD 치료제 중 하나인 애더럴이 인지 능력을 향상시킬 것이라 예측했으나, 실제로 나온 결과는 독서 이해 및 유창함 향상에는 아무런 영향이 없었는데다가 작용기억(working memory)은 오히려 저해하였다. (계속 읽기)

[신경 쓰이는 생물학 이야기] 삼대 영양소(단백질, 지방, 탄수화물) 중 살찌는 건 오직 지방 때문이라고?

그림. Graphic Abstract [Hu et al., Dietary Fat, but Not Protein or Carbohydrate, Regulates Energy Intake and Causes Adiposity in Mice, Cell Metabolism (2018), https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.06.010. in press.]

다이어트에 대한 현재의 통념은, “단백질은 살 빼는 데 좋고, 탄수화물은 나쁘다. 지방은 별 영향 없다.” 정도로 요약될 수 있다. 특히 보디빌딩 하는 사람들의 경우 체지방을 빼기 위해 탄수화물을 제거한 극단적인 고단백 식단을 짜는 일이 흔하다. 그런데 최근 Cell Metabolism에 발표된 논문에 따르자면 또 그런 것만도 아닌 것 같다. (계속 읽기)

"성정체성은 유전되는가?"

원문: "Is Transgender Identity Inherited?" - by Ricki Lewis, PhD

"트랜스젠더의 성정체성은 유전에 의한 것인가?"

관련하여 이 글의 저자 Ricki Lewis는 David Reimer (1965-2004)의 예시를 소개한다. David은 어릴적 실패한 포경수술로 인해 음경을 잘라내야 했고, 이후 부모에 의해 여자아이로 길러진다. 그러나 그는 항상 자신의 정체성을 남성으로 인식하고 있었고, 14세가 되자 자신의 '남성성'을 되돌릴 외과적 방법을 찾게 된다.

Ricki는 트랜스젠더 작가 Jennifer Boylan 과의 만남 이후 자신의 유전학 교과서에 트랜스젠더에 대한 내용을 싣기 시작한다.

"트랜스젠더는 성 정체성과 연관된 상태이며 (그 기전이) 잘 알려지지 않았다. 트랜스젠더 개인은 특정 성별의 외형과 성염색체를 갖고 있으나 극단적으로 반대의 성별 정체성을 갖고 있다. 이는 transvestitism 즉 남성이 여성의 옷을 입는 것을 선호하는 것보다 훨씬 근본적인 상태이다. 트랜스젠더의 유전적 또는 물리적 원인은 알려져 있지 않다. 그들 중 일부는 자신들의 물리적 성별과 존재적 성별을 일치시키기 위해 외과적 시술을 가하기도 한다."

초기 판본들에서는 편집인이 이 문단은 유전학과 관계가 없으므로 삭제하라는 요구를 했다고 한다. Ricki는 거부했지만.

이어 저자는 성별 형성과 관련된 연구결과를 소개하는데, 그중 흥미로운 것으로는 소위 "guevedoces" 즉 "열 두 살의 페니스"라고 하는 "제 3의 성"이다. 근친혼이 성행했던 도미니카공화국에 흔히 있는 유전형인데 5-alpha reductase 결핍으로 인하여 태어날 때는 여자아이로 태어나고 외생식기 또한 여성의 형태를 띠지만 내부는 남성의 구조를 갖고 있다. 그런 아이가 사춘기에 이르게 되면 테스토스테론 분비가 시작되면서 음핵이 길어져 음경이 되고 정자가 생성되며 대부분 수정이 가능한 남성으로 바뀌게 된다. 도미니카공화국에서 guevedoces들은 자연스러운 정체성 중 하나로 받아들여지고 있었다고 한다.

"트랜스젠더에 대한 GWAS (Genome-Wide Association Study)로 언젠가는 트랜스젠더의 유전적 특성이 밝혀질 수도 있다. 그런데 우리가 꼭 거기까지 갈 것도 없이, 트랜스젠더 본인들이 이미 자신들에 대해 잘 알고 있다. 부모로서 딸이 자신을 남자로, 아들이 자신을 여자로 생각한다면? 그냥 기다리고 보아주며, (뭘 억지로 바꾸려 말고) 있는 그대로 두면 된다."

생물 실험에서 재현성을 얻기 위해 필요한 반복 실험 횟수는?

실험을 할 때 biological replication, 즉 "새로 sample prep 해서 실험한 다음 결과 측정하기" 전과정을 몇 번 반복해야 실제로 통계적 유의성을 보여주는 결과를 얻을 수 있을까요? 특히 RNA-sequencing에 대한 실험을 수행할 경우, 최소 몇 번을 반복해야 reproducibility issue에 걸리지 않고서 과학적으로 의미있는 결과를 얻는 것이 가능할까요?

이에 대한 실험을 영국의 University of Dundee 에서 총 48회의 RNA-sequencing 반복 실험과 총 11가지의 분석 방법을 통해 확인해 보았는데요, 결론부터 말씀드리자면 최소한 20회 이상의 biological replication을 해야 최소 85% 이상의 모집단 일치율을 보여줄 수 있다고 합니다. 그리고 모든 경우에서 false posive는 5% 미만으로 나왔습니다.

그리고 통상적으로 많이들 하는 3회 반복 실험의 경우 일치율이 20-40%에 불과하며, 따라서 과학적으로 믿을 수 없는 데이터입니다.

이 논문에서 권장하기로는, 

(1) 모든 실험에서 조건당 최소 6회 반복, 
(2) Significant Differential Expression을 보이는 gene들이 대부분 중요한 gene들일 경우는 조건당 최소 12회 반복, 
(3) 반복 횟수 12회 미만일 경우에는 edgeR(exact) 또는 DESeq2 분석툴 권장, 
(4) 12회 이상 반복할 경우 DESeq 분석툴 권장, 
(5) True positive와 False negative를 구분하기 위한 fold-change threshold는 0.1≤T≤0.5 사이

...를 권장합니다.

"How many biological replicates are needed in an RNA-seq experiment and which differential expression tool should you use?"

Schurch, N.J., Schofield, P., Gierliński, M., Cole, C., Sherstnev, A., Singh, V., Wrobel, N., Gharbi, K., Simpson, G.G., Owen-Hughes, T., et al. (2016). How many biological replicates are needed in an RNA-seq experiment and which differential expression tool should you use? RNA 22, 839–851.

[신경 쓰이는 생물학 이야기] 신경세포 아닌 세포가 기억을 형성한다?!

10여년 쯤 전에 나왔던 ‘엔젤하트’라는 만화를 본 적이 있는데, 30여년 쯤 전, 학생들한테 무척 인기 있던‘시티헌터’라는 만화의 후속편이다. 전편의 여자 주인공(마키무라 카오리)이 사고로 사망하여 그 심장을 전직 킬러(샹잉) 에게 이식하게 되었고, 역시 전직 킬러였던 남자 주인공(사에바 료)에게 딸로 입양되어 소위‘해결사’일을 하며 지낸다는 내용이다.

그림 1. 만화 엔젤 하트 1권 표지. (출처: 위키미디어)

이 만화 얘기를 왜 꺼냈냐면, 내용 중에 심장 이식으로 인해 심장 기증자의 기억이 피기증자에게 일부 전해진다는 내용이 흥미를 끌었기 때문이다. 단도직입적으로 말하자면, 이 ‘심장 기억’은, 사람의 ‘마음’ 또는 ‘감정’이 뇌가 아니라 심장에서 비롯된다는 미신에서 비롯된, 아무런 과학적 근거가 없는 상상 속의 산물이다. 즉 뇌 이외의 말초 조직에서 뇌로 기억을 전달한다는 이야기는 그냥 도시전설 또는 속설에 불과한 것이다.

그런데, 이 이야기를 뇌 이내로 한정짓는다면 어떨까? 현재까지 알려진 바에 따르자면, 기억이라는 현상은 뇌내 신경세포의 시냅스 연결 조합 및 전기화학적 신호 전달 활성(LTP;long-term potentiation 및 LTD;long-term depression)이 변화함에 따른 시냅스 가소성(synaptic plasticity) 때문에 일어난다는 것이 현재까지의 정설이며, 이 모든 과정 및 결과는 오직 신경세포끼리의 자극-반응 활동에 의한 것으로 알려져 있다.

그런데, 최근 이스라엘의 예루살렘 히브리 대학의 인발 고셴 연구진에 의하면 그런 것만도 아닌 듯하다. (계속 읽기)

[신경 쓰이는 생물학 이야기] 뇌 없는 동물로 뇌 질환 연구하기: 예쁜꼬마선충을 이용한 알츠하이머성 신경퇴행 연구

알츠하이머병(AD; alzheimer’s disease)은 뇌내 Amyloid beta의 plaque 및 fibrillated tau 단백질이 축적됨에 따라 신경세포가 퇴행하여 (neurodegeneration) 뇌의 위축 및 기능부전을 유발하는 질병이다. 즉, 알츠하이머병은 뇌에서 발병하여 뇌에서 진행되는 질병이다. 그런데 뇌가 없는 종류의 동물을 모델로 사용하여 AD의 기전을 연구하기도 한다(?!). 

그 한 예로, 알츠하이머 초기증상에 대한 주제로 수행되고 있는 미국 NIH의 다년간 대형 연구과제 중 하나인 P01 project 하나를 소개하고자 한다. 이 프로젝트의 PI는 아칸소 주립 의과학대학의 Sue Tilton Griffin 교수가 총괄하고 동 대학의 Robert Schmookler-Reis 교수 등이 참여하는 공동 프로젝트다. (계속 보기)

[신경 쓰이는 생물학 이야기] 크론병 치료제로 파킨슨병 치료하기?

이번에는 지난번에 다루었던 어려운(...) ‘말초염증에 의한 뇌염증 유발 및 신경교세포의 내재면역기억'...에 관한 네이처 논문¹과도 연결될 만한 주제로, 최근 JAMA Nerology 저널에 대규모의 코호트 추적조사를 통한 연구 논문이 발표되어서² 신경 쓰이는 김에 한 번 다루어 보고자 한다.

파킨슨병은, 뇌내 흑질(substantia nigra) 부위의 도파민 신경이 손상되는 것이 주요 증상이며, 그 과정에서 뇌염증(neuroinflammation)이 관찰된다. 또한 이 뇌염증은 궤양성 대장염(ulcerative colitis)이나 크론병(Crohn disease) 등을 포함한 염증성 장질환(IBD; inflammatory bowel disease)에 의한 전신염증반응(systemic inflammatory response)과 연관되어 있다는 것이 임상적으로 알려져 있다. 이 연구에서는 그러한 사실들을 이용하여, IBD에 의한 전신염증반응을 억제할 경우 뇌염증으로 인한 파킨슨병을 예방 또는 치료할 수 있을 것이라는 가설에 입각하여 환자들에 대한 Medicaid 및 건강보험 기록을 빅 데이터 분석에 의한 통계적 검증을 해 보았다. (계속 읽기)

[신경 쓰이는 생물학 이야기] 뇌는 면역도 기억한다?

동물의 면역반응은 크게 진화적으로 원시적이라고 하는 내재면역(또는 선천면역; innate immunity)과 고등동물에만 있다는 적응면역(adaptive immunity)으로 나뉜다. 첫째, 내재면역은 단핵구(monocyte), 대식세포(macrophage), 자연살해세포(NK cell), 비만세포(mast cell) 등등의 여러 면역세포들이 담당하며 뇌에서는 미세아교세포(microglia) 및 성상교세포(또는 별아교세포; astrocyte)가 그 역할을 대신하고 있다. 둘째, 적응면역의 경우는 소위 ‘면역’ 하면 ‘이거다~!’ 하고 잘 알려져 있는 T림프구 B림프구 등이 담당하고 있다.  (계속 읽기)

표본 크기(n값) 산출의 중요성.

image from: xkcd.com

조금 전, 학교 전산실에서 "통계 표본크기 산출" 주제의 세미나를 듣고 왔다.

???: "요즘 high IF journal에 논문 섭미션할때 그냥 p-value만 들이대면 리뷰오고 통계로 까이고 그러면 리젝받고. 그러면서도 리뷰어에게 허벌나게 치욕적 비난받고 낮은 IF 저널에 냅니다. 온코타겟을 살"(...)

결국 관건은, 통계 검정력을 위한 표본 숫자를 정확하게 계산해서 제시해야 논문 피어 리뷰어도 납득할거라는 얘기인듯 하다. 최근 들어 의학 및 심리학 논문들에서 재현성 위기 (https://en.wikipedia.org/wiki/Replication_crisis) 때문에 엄청 난리였는데, 잘못된 통계 검증 때문에 연구 자체의 유의성이 잘못 설정되어 실제로 그 연구들을 다시 수행해 보았을 경우 재현성이 나오지 않는 경우가 엄청 많았다고 한다. 특히 생물학의 경우 조사 대상의 약 80% 가까이 다른 논문의 방법을 따라했을 경우 결과 재현에 실패한 경험이 있고, 약 60%의 연구자는 심지어 본인의 실험 재현에도 실패한 적이 있다고 하더라(...).

그 이유로 생각해볼 만한 것이, 통계적 연관성이 인과성을 대표하지 않기 때문에 외부 조건에 따라 다른 결과가 나올 경우도 있겠지만, 많은 경우 통계적 계산을 잘못 적용하거나 너무 약한 통계검정을 사용하여 잘못된 통계치를 근거로 유의성을 주장했기 때문인 것으로 보인다.

그래서 요즘같은 경우에는 p-value (귀무가설이 참일 경우에도 이를 기각하는 결과가 나타날 확률) 만으로는 부족하고, 통계적 검정력 및 그에 입각한 표본 갯수 설정 과정도 요구하는 저널이 많아지고 있다. 앞으로 이에 대해 많이 공부해야 할듯 하다.

[Sample size 결정을 위한 effect size 결정]

Cohen's d : 표준화된 효과크기=실제 효과크기/표준편차
＜0.4: 작은 효과크기
0.4-0.7: 중간 효과크기
＞0.7: 큰 효과크기

여기서 G-Power 라는 프로그램이 실험군당 표본 수 결정을 계산하는 데 도움이 된다고 한다. (https://en.wikipedia.org/wiki/G*Power)

참고:
https://cs.kaist.ac.kr/colloquium/files/20161031.pdf

[신경 쓰이는 생물학 이야기] 미세아교세포, “시냅스, 먹는건가? 우걱우걱”

미세아교세포(microglia)는 뇌에서 중추신경의 면역반응을 담당하고 있으며, 신경발생 과정에서 시냅스 가지치기(synaptic pruning) 역할 또한 담당하고 있다. 이러한 가지치기 기능이 망가지면 불필요하게 많은 미성숙 시냅스들만 가득가득해져서 신경이 제대로 기능하지 못하게 된다. 현재로서는 시냅스 가지치기 과정은 미세아교세포가 대식작용(phagocytosis)을 통해 불필요한 시냅스를 먹어버림으로써 이루어진다고 알려져 있긴 하지만, 지금까지의 연구는 모두 간접적으로만 확인했을 뿐이고 이를 직접적으로 보여준 적은 없었다. 
(계속 읽기)

[신경 쓰이는 생물학 이야기] 배고프면 덜 아프다?

이제부터 당분간 브릭(BRIC; Biological Research Information Center)에 글을 연재하기로 했다. 2주 간격으로 약 두 달 정도 글을 업로드할 예정이다. 첫 번째 주제는 hunger signal 과 염증성 만성통증 사이의 경쟁관계를 밝혀낸 논문에 관한 뉴스를 작성해 보았다.

통증은, 우리 몸으로 하여금 부상으로부터 자기 자신을 지키게 하는, 진화적으로 필수적인 반응이라고 할 수 있다.......(계속 읽기)

대한항공 시애틀-인천 귀국편 프레스티지(비즈니스석) 탑승기

이번에 미국에서 한국으로 귀국하게 되면서 신용카드 사인업 보너스 및 적립 포인트를 (싹 다) 스카이패스 마일리지로 전환하고 대한항공 프레스티지(비즈니스석) 항공권을 구매했다.

최근 스팀잇(steemit)에 가입해서 사용해 보고 있다.

요즘 시쳇말로 장안에 화제가 되고 있다는 스팀잇(steemit)이라는 SNS에 최근 가입해서 여기 블로그의 포스팅들을 하나씩 공유해 보고 있다. STEEM이라는 암호화폐를 사용하는 블록체인 기반 SNS인데, 가입자가 글을 포스팅하고 다른 가입자들이 거기에 따봉(upvote) 찍어주면 코인을 받는 시스템으로 운영되고 있다. 그래서 잘 보면 특정 파워유저(고래: whale) 중심으로 돌아가기도 하고 이용자들끼리 업보트 품앗이도 하고 또 어떤 이용자들은 독고다이로 컨텐츠로 승부하기도 하고 뭐 다양한 인간군상들을 여기서도 볼 수 있다.