[표준이 힘이다] (41) 인체 발생 자기신호

신경세포 간에 전류가 흐르고 이 과정서 자기장이 형성된다. 앞선 신경세포의 시냅스가 신경전달물질을 분비하고 이를 받은 이웃 신경세포에서 시냅스후전위가 생성된다.

로봇이나 인조물만이 전기로 움직일까. 전기로 동작하는 것은 기계들만이 아니다. 사람이 생각하고 움직이고 살아나가는 모든 생명활동도 전기로부터 비롯된다. 전기적 활동에 의해 전류가 생성되면 그 주변에는 자기장이 발생하게 된다. 즉 발생된 생체자기장을 외부에서 측정하면 생체 내부의 전기활동을 설명할 수 있게 된다. 인체에서 가장 기본적인 전기활동의 매체는 신경세포다. 신경세포의 흥분이나 억제에 따라서 세포막의 이온투과도가 변화하고 이로부터 막을 횡단하는 이온전류가 발생, 활동전위(action potential)를 형성한다. 신경세포는 세포체ㆍ축색돌기ㆍ수상돌기로 구성된다. 하나의 신경세포 흥분(활동전위) 상태가 끝부분 축색돌기의 시냅스에 다다르면 신경전달물질이라는 화학물질을 분비, 이웃한 신경세포의 처음 수상돌기에 흥분을 전달한다. 전달된 화학물질은 시냅스후전위를 생성한다. 즉 생체 내 신호전달은 전기적 활동→화학적 활동(신경전달물질)→전기적 활동의 과정을 거쳐 다른 신경세포로 전해지게 된다. 이때 발생하는 전류는 약 3x10^-14Am(암페어미터)로 4㎝ 떨어진 위치에서 2x10^-18T(테슬라) 크기의 자기장이 측정된다. 이것은 지구자기장의 10조분의1에 해당한다. 예를 들어 인간의 뇌는 약 100억개의 뇌신경세포로 이뤄져 있고 각각의 세포들이 연결돼 신경망을 형성한다. 이러한 신경망의 총체적 작용에 의해 뇌는 시각ㆍ청각 등 외부의 자극을 인지하고 기억하고 판단하며 장기 및 근육에 필요한 명령을 내릴 수 있다. 귀에 소리가 들리면 약 0.1초 후에는 뇌의 측두엽의 신경망이 집단적으로 흥분한다. 그러면 같은 방향으로 약 10만개 정도의 신경이 동시에 흥분하게 되는데 이때 발생하는 총 자기장의 크기는 지구자기장의 약 1억분의1 크기다. 지구상에서 가장 예민한 자기센서인 초전도양자간섭장치(SQUID) 센서를 사용하면 이를 측정할 수 있다. 병원에서 널리 쓰이고 있는 뇌전도(뇌파)나 심전도 장치는 머리나 가슴 표면에 전극을 붙여서 생체 전기활동을 측정한다. 여러 개의 SQUID 센서를 사용, 머리나 가슴 위에서 자기장을 측정하면 생체자기장의 공간적 분포 및 시간적 변화를 알 수 있다. 인체는 자기장에 대해 투명하므로 생체 내부의 전기활동을 밖에서 왜곡 없이 측정하는 것이 가능하다. 더욱이 자발적으로 발생되는 생체활동을 비접촉식으로 외부에서 측정하는 것이므로 인체에 전혀 무해한 의료 진단장치를 개발하는 것이 가능하다. SQUID 센서를 이용해 뇌신경과 심장의 활동을 측정하는 장치를 각각 뇌자도(MEG), 심자도(MCG)라고 한다. 다만 인체가 발생하는 자기신호의 크기는 매우 작으므로 생체자기측정 진단장치를 개발하기 위해서는 정밀한 측정기술이 필요하다.