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저는 우리가 학제간 연구를 통해서
우주의 미스테리를 알아내고
인간의 목숨을 구하는 것을
동시에 할 수 있다고 믿습니다.
오늘 제가 말씀드리고자 하는 것은
그저 하나의 이야기, 이런 길을 먼저 지나가 본 저의 이야기에요.
수퍼노바의 잔재인 카시오페아 A 에서 시작해봅시다.
카시오페아는 우리 은하의 가장 어린 별 중에 하나에요. 약 330년 쯤 됐죠.
어느 날 천문학자 한 분이 제게 오셨어요.
그 분은 8년 분량의 훌륭한 자료들을 가지고 계셨는데
그걸 가지고 이 성운의 3차원 구조를 알아내려 하고 계셨어요.
이 성운은 초신성의 잔해였는데, 그걸 볼 수 있는 방법이 없었던 겁니다.
저는 그 분과 함께 자료를 훑어보고 "제가 도움을 드릴 수 있을 것 같습니다" 라고 말씀 드렸죠.
이건 모두 실제 자료에요.
지금 제 위쪽 화면에 보고 계시는데,
이것은 헐리웃스타일로 나타낸거에요.
하지만 제가 그분과 만들어낸 대략적인 밑그림은 이런 모양이었어요.
그리고 그분은 이곳 보스턴의 브리검 여성 병원 (Brigham and Women's Hospital)에서
개발한 "3D Slicer" 라는 소프트웨어를 사용해서
초신성이 어떻게 폭발하는지, 그리고 그 안에서 껍질은 어떻게
폭발하는지에 대한 엄청난 발견을 하셨어요.
"3D Slicer"라는 프로그램은
원래는 수술 전에 수술 계획을 짜려고 환자의 뇌를 스캔해서
해부학적 3차원 영상을 만들기 위해 개발된 것입니다.
해결책이 바로 강건너에 숨어있을거라고 누가 생각이나 했겠습니까?
제가 겉으로 보기엔 서로 다른 두 분야인
천문학과 영상 의학이
정말로 유사하다고 하면 사람들은 잘 믿지 않습니다.
그래서 "어느게 어느것인가"라는 간단한 게임을 한번 해보려고 해요.
저는 이 게임을 새로 함께 일하는 의사들과 천문학자들과 함께 합니다.
여러분들에게도 두개의 사진을 보여드리죠.
하나는 의생명 관련 사진이고 또 하나는 천문학 관련 사진인데요,
머리속으로 어느게 어느 것인지 알아 맞혀 보세요.
첫번째 사진입니다.
다시 말씀드리지만, 하나는 의생명 영상이고 다른 하나는 천문학 영상이에요.
머릿속으로 생각하시도록 몇 초간 시간을 드리죠.
완쪽이 초신성 잔해에서 얻은
최초 자료의 일부이고요.
여기 보시는 오른쪽 사진은
환자의 심장 관상 동맥을 찍은 혈관 사진이에요.
하나 더 해볼까요.
이건 제 직업과 가까운 거에요.
어떤게 어느 건지 맞혀 보세요.
두개 중에 하나는 사실 전체 크기가 몇 밀리미터고
다른 하나는 수백만 마일이나 됩니다.
왼쪽이 인간의 각막을
촛점 공유식 방법으로 찍은 사진이고
오른쪽은 성단을 이루는
NGC-1333 의 전파망원경 사진이에요.
이 두개의 이미지가 유사해 보인다는 점은 제쳐두죠
의사들이 환자의 뇌에서 찾아내려고 하는 종양과
새로 형성되는 어린 별은 유사합니다.
의료 기계나 망원경에서 자료가 오는 방법도
놀라울 정도로 비슷해요.
여기 MRI 장비가 있는데요,
환자의 뇌에 대한 원자료를 보신 적이 없으면
이게 바로 그 자료의 모습입니다.
MRI 장비가 자료를 받을 때,
얇은 조각 형태로 받죠. 여기 환자의 코가 보이고,
눈도 보이죠, 점점 뇌의 중앙쪽으로 나아갑니다.
이제 대뇌 피질을 보이실거구요, 점점 나아가
뇌의 뒤쪽으로 갑니다.
믿거나 말거나 망원경도,
특히, 전파 망원경도 매우 비슷한 방식으로 작동합니다.
이 망원경의 원자료를 보시면,
M16 이라고 하는 성운을 볼 건데요
성운의 앞쪽을 전파망원경으로 보기 시작합니다.
성운의 중앙쪽으로 천천히 나아가죠,
환자 뇌의 중앙부 같죠.
이 밝은 영역은 모두 어린 별이 형성되는 곳인데,
성운의 저 뒤쪽까지 뻗어 있어요.
마치 환자의 뇌 뒤쪽과 비슷합니다.
의사들은 이런 자료를 받아 3차원으로 보고,
수술 계획을 세울 수 있습니다.
이건 최첨단 이죠. 천문학자들이 받는 자료와
거의 맞먹는 정교함이죠. 사람들은 이걸 보고
우리 우주의 3차원 구조와 속도의 모멘텀을 이해합니다.
그런데 우린 더 잘 할 수 있어요.
이 성운을 알아보시겠죠, 거의 이렇게 보입니다:
유명한 허블 망원경으로 본 창조의 기둥, 독수리 성운의 영상이에요.
이걸 흐리게 해서 전파 자료로 바꿔 보겠습니다.
배경은 잘못된 색이에요.
그리고 이미 익숙한 허블 망원경 영상에서 벗어나 보죠.
이걸 꼭 3차원 영상으로 볼 필요는 없습니다. 저희는 2차원 영상으로 봐요.
여기서는 OsiriX 라고 하는 방사선 기구를 사용하고 있습니다.
이걸 이 자료의 주인이신 천문학자 마크 파운드에게
보여드렸더니, 그 분도 놀라더군요.
왜냐하면 그 분도 어린 별들의 무리가
어떤 영향을 주는지 연구해 왔거든요.
그의 이론으로는 저 기둥을 넘어뜨리고 파괴하는 바람이 있답니다.
전통적인 방법으로 이걸 증명하는데
몇달이 걸렸는데, 이 한장의 사진으로
화면의 왼쪽으로 가로질러 부는
충격파의 물결을 보실 수 있습니다.
이제 저나 저의 동료들은 이런 기술이 얼마나
더 발전할지 알 수조차 없습니다.
천문학에서 의학 기술을 사용하고
의학에서 천문학적 시술을 사용함으로서
우리는 새로운 별을, 초신성의 잔해를 찾아낼 수 있었고
또 심장을 진단하는 방법에 혁명을 가져올 수 있었거든요.
다른 환자들의 자료를 조사하고 자료 탐색망에서 그걸 정리할 수 있었으니까요.
이 프로젝트에서 했던 모든걸 보여드릴 시간이 없는데,
그 중에 하나를 보여드리지요.
이건 제가 작업해온 협동 연구 결과에요.
"다중성 혈약 역학 프로젝트"라고 하는건데,
브리검 여성 병원의 의사들과 공동으로 작업한 겁니다.
이게 시사하는 바는 심장병을 진단하는 혁기적인
방법이라는 겁니다. 그리고, 전통적인 외과적 혈관 조영 방법
대신에 이건 그냥 CT 촬영인데,
여기 보시는 것이 관상 동맥이에요.
여기 심장이 있고
관상 동맥이 부푼 곳이 바깥쪽으로 있죠.
여기가 막혔을 가능성이 있는 관상 동맥입니다.
심장마비를 일으켜 사망에 이르게 할 수 있는거죠.
그래서, 혈관을 보는 것은 정말로 중요합니다.
이건 혈맥류 모의 실험을 한 환자의 CT 촬영 결과인데,
저 사진에는 색을 입힌 겁니다;
저 모의실험은 원해
DNA 구조를 연구하려고 개발된 방법이에요.
시각화는 Visit 라고 하는 도구를 사용해서 완료했어요.
원래는 물리학 실험을 위해 개발된건데 유사학제간 도움인거죠.
제가 하려는 일은 이걸 보는 방법을 알아내 새로운 방법을 찾는 건데요.
의사와 병원을 위해 최적의 것을
찾는 겁니다; 그들이 진단하는데 가장
효울적인 방법을 찾는거죠.
이건 제가 만든 이미지입니다.
이건 2차원인데요, 동맥 전체를 사신으로 찍어 전체를
2차원 평면에 나타낸 겁니다. 처음 의사들에게 보여줬을 때는
정말 이애하기 힘들다는 표정을 지었는데, 제가 이런 사진을
만든 것은 천문학에서 아이디어를 얻은 것이에요.
이런 수형도를 사용해서 바닥까지
성운의 구조를 알아내는데 쓰이는 방법이죠.
자, 저희가 저 연구에서 얻은 아이디어는
생명 정보학과 유전자학 쪽이었는데,
그 분야에서는 이런 수형도를 사용해서
유전자가 갖는 발현 자료를 알아내는데 사용하고 있어요,
이런 것들은 진화생물학자들에게서 영감을 얻었는데,
그들은 이런 수형도를 사용하여 종(種)이
어떻게 진화하고 연관되어 있는지 알아냅니다.
이런걸 처음 그린 사람은 챨스 다윈 경이었어요.
여기 그츼 책 "종의 기원"에 나오는 예가 있습니다.
다윈으로부터 생물학, 물리학, 천문학,
그리고 되돌아가서 의학 이미지까지 쓰인 학제간 연구입니다.
어떤 사람은 이런 2차원 이미지가 낫지 않아요? 라고 할지 모릅니다.
하버드 의과대학의 한 연구가
그런 의문에 답히고자 헸습니다.
밝혀진 바에 따르면, 왼쪽 영상을 의사들에게
보여줬을 때, 의사들은 평균적으로 약 39%의
위험 영역을 찾아냈어요.
이런 것들은 터지거나 심장을 막아 죽음에 이르게 할 수 있어요.
오른쪽은 조금 나았는데,
의사들은 이런 고위험 영역을 약 62%정도 찾아낼 수 있었습니다.
사실 색만 바꾸면
이거보다 더 나아질 수 있어요.
그러니까, 무지개색 그림은 대부분의 의사나
물리학자들이 사용하면서도 죄의식을 느끼는 것이에요.
이런건 사람의 시각에 최고의 영상에 초점이 맞혀진게 아니거든요.
인간의 시각 체계는 명암과 대비를 잘 구별하지만
전체적으로 적-녹-황-청 과 같은 색에는 그리 정확하지 않아요.
그런데 이제, 여기서 옅은 붉은 색과 강조된 영역을 보면,
가장 병색이 짙은 영역은 진한 붉은 색이에요,
이제 의사들은 고위험 영역을 91%까지 찾아낼 수 있습니다.
단순히 색만 바꿔서도 말이죠. (박수)
제게 이런걸 보여주는 컴퓨터 과학과
시각화 작업 관련 동료들이 없었다면,
저는 색의 중요성에 대해서 결코 알지 못했을 겁니다.
다시 학제간 협력이 언급되었죠?
그러면 이런 협력은 어떻게 가능했을까요?
천문학적 의학의 경우,
하버드대학의 천문학 교수인 알리샤 굿맨이 시작했어요.
브리검 여성 병원의 컴퓨터 과학자이자 영상 전문가를
우연히 만나게 되면서였죠.
그리고 그들의 매우 모험적인 직원 채용과
개방적이고 젊은 학생들도 한 몫 했습니다.
거기서부터 모든 것들은 폭발적으로 진행되면서
심장전문의와 컴퓨터 과학자, 방사선 전문의,
천문학자, 물리학자, 화학자, 계산 물리학자들도 영입했습니다.
제 말은, 그렇게 많은 사람들을 함께 불러들였다는거죠.
경계를 너머 영역과 정보를 공유함으로써
정말 많은 것을 깨닫게 되었어요.
우리는 여전히 발전하고 있습니다.
저 위 화면에 보시는 사람들은
하버드와 그 대학 의과대학 소속입니다.
이제 우리는 협동으로 연구하려고 다른 연구소와 대륙까지도 넘나듭니다.
제가 말씀드릴 수 있는 것은 이런게 정말 대단하다는 거에요.
저희는 계속해서 새로운 발견을 이어 나갔습니다.
여러분들께 부탁드립니다.
자신의 분야와 다른 영역의 컨퍼런스에 참석하세요.
자신의 분야가 아닌 영역의 책과 논문을 읽으세요.
TED 강연을 듣고 이런 행사에도 참여하세요.
그리고 옆에 앉은 사람에게 인사도 하시고요.
다음 번 위대한 아이디어가 어디서 나올지
정말 모르거든요.
감사합니다.
(박수)