동물 행동실험, 늘려야하는가 줄여야하는가?

 

토론하려고 준비한 자료를 공유드립니다.   

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동물행동실험: 동물의 행동패턴/ 사회적상호작용/ 학습 및 기억 등 동물의 행동에 관한 연구를 위해 동물을 사용하는 실험. 동물의 행동을 이해하고, 행동 기작을 파악하기 위해 수행. (for 동물 행동 및 심리에 대한 이해) + 약물을 주입한 후 이후 동물의 행동을 확인하는 실험까지. (ex 파킨슨 병)  

Behavioral tests: tests that probe behaviors of whole organisms for clues about their physical or mental status 

 

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우리의 주장 :  동물의 복잡성과 인간의 윤리적 책임 사이에 균형을 맞추되, 행동 실험을 늘려나가야함.

1. Animal behavior test enables scientific advances

• 환원주의에 입각한 분자/세포 위주 뇌과학 연구의 한계 및 동물행동실험의 중요성 : Brain-behavior relationship
  
  동물 행동 연구는 인간/동물의 행동/사회적 상호작용/학습/기억 등에 대한 이해를 증진시킴. 이러한 연구는 우리가 복잡한 행동 및 심리과정에 대한 이해를 높일 수 있게 됨. 현 정책 및 필드의 경향은 행동 실험을 경시하고 있는 것이 사실이지만, 실제로는 그래서는 안됨.  동물 행동 실험을 통해 얻은 정보가 인간과 동물의 복지에 큰 도움이 될 수 있음.  분자적 수준으로 밝히지 못한 기전을 행동 실험으로 밝힐 수 있다. -> 행동실험이 필요함, 아직 밝혀지지않은 것들이 많다.   -> 더 많이 해야됨, 기존에 안게 잘못됐을 수 있다. -> 더 많이 해야됨
  
  Case 1. 분자/세포수준 기반 뇌과학연구/ 환원주의보다, 행동원리  그 자체를 보아야 이해할 수 있다. Electrolocation of electrofish
  분자/세포수준 기반 뇌과학연구/ 환원주의, 뇌세포 원리 알면 행동원리를 알수있다. 분자(가시)->행동(추상) : 믿음자체를비판. 닌텐도게임회로… 고전적행동관찰…  행동실험위주가 더 많아져. 분자세포적 모사… 바이오칩.. (실제 중요한건 행동자체를 관찰하는것)
  Electrolocation: electrofish의 electrolocation 이용한 사냥 메커니즘을 파악하기 위해 수조 안 wide field 전기장 distortion 유발 → 물고기의 신경 변화 관찰. 그러나 후에 3차원 행동 모니터링을 통해 사냥 시 전기장은 narrow-field distortion 됨을 알아냄. 이후 narrow-field 전기장 distortion을 유발→ 물고기의 신경 변화 관찰하여 정확한 메커니즘 파악.
  → 동물의 신경계를 이해하기 위해 동물 행동 관찰이 필수적임.
  
  Case 2. 행동실험을 통해 중요한 기저를 밝힌 실험.  Pavlovian learning, 파블로프의 개 실험
  파블로프의 개 실험(고전적 조건 형성_학습심리학)
  개 행동 → 인간/동물 생명체 학습 원리. 밥-> 종/ 종 침흘린다.. ( 인간으로 했다면? 인간으로 이렇게 정확하게 못한다. 무조건 가만히있고…
  ~> 인간이 할 수 없는 실험… ~> 행동주의 학파 등장.  ~~> 동물권은..?  ~~~> 규제생겼다. 애니멀프랜들리한… ~> 동물실험이 학파를 만들었다… ~~> 인간 연구는 규제가 빡세다. 통제변인/조작변인 .. . .~~~> 인간은 통제할 수 있지않음. 동물 통제가능. ~~~~> 동물 / 유전자라인조절.. 균일한 실험가능/
  
  Case 3. 행동실험이 아니었다면 몰랐을 실험 : place cell study in mouse
  Place cell(마우스로 밝힌 인지기능 연구)
  mouse 동물 행동실험 -> human 한테도 적용됨. (찾아볼필요있음) : - place cell 인간에게도 있음.
  현재 장소 를 뇌 안에 있는 gps 시스템 (뇌 안에서 표상하고있다.)
  
  Case 4. 분자적 기전을 확인하기 위한 수단으로서의 행동 연구가 아닌 행동 연구 자체의 중요성 강조 : error of mirror neuron study
  현재 뇌과학 필드는 깃털-즉 분자 수준의 신경 회로와 세포-에만 집중하고 있음 → '거울 뉴런' 논란 발생. 처음 발견된 후 수많은 연구가 진행됐지만 전부 영장류나 인간에게 다른 사람이 무언가 하는 걸 보여주고, 스스로 같은 행동을 하게 하고, fMRI/EEG/MEG로 두 상황에서 같은 neuronal firing이 나타남을 보이는 패턴이었다. 거울 뉴런과 관련 있는 (있을거라 추정되는) 행동만을 자세하게 관찰하는 연구는 한 건도 없었고, 그래서 현재 수많은 논란에 휩싸이게 된 것이다. 실험 참가자가 정말로 다른 사람의 행동을 이해하고 있는지 밝히는 연구가 선행됐어야 했다. Eight Problems for the Mirror Neuron Theory of Action Understanding in Monkeys and Humans
  (ref: Neuroscience Needs Behavior: Correcting a Reductionist Bias ← 환원주의적 관점의 한계)
  분자 및 세포 실험의 최종 목표가 행동 이해이므로 행동 실험은 중요하다
  *분자, 세포 수준에서는 검증된 줄 알았던 가설이 행동 수준에서는 틀렸던 사례가 필요!!!
  +The exact cause of Alzheimer's disease is not fully understood, but it involves a combination of genetic, environmental, and lifestyle factors. : 알츠하이머 같은 질병의 경우 외부 환경의 영향을 많이 받는 다는 것만 알려짐.
  
  Case 5. 가설 2개가 맞붙어서 아직 안밝혀진 행동실험이 많다, 또한, 우리가 기존에 안게 잘못됐을수도 있다. 
  1.mirror 공감하는 뉴런인가보다! 뉴런 파이어링이라고 하는게아니라/ 행동으로 공감해야한다?
  2. Motor learning: Marr은 motor learning이 error-based learning 알고리즘으로 이루어진다고 생각했고, 소뇌에서 관련된 회로를 찾으려 많은 실험을 했으나, 이후에 motor learning에는 수많은 다른 알고리즘과 회로가 관여한다는 것이 밝혀졌다.→ 분자 수준에서만 가설을 연구하다보면 해당 가설 외 다른 원리를 찾아내지 못할 가능성이 있음 (그림 D)
  3.electrofish 도 이 사례… 전기장위치 메커니즘. 수조 전기장 → 왜곡/ 물고기신경확인. 이후 3차원행동모니터링/ 좁은부분만 됨. /행동실험→ 기준파악에 도움을줌. 
  
  
  그 외 세부내용들 … 
• 뇌 속 작은 부위에 대한 면멸한 관찰도, 거기에 미세한 변화를 일으키는 실험도 뇌가 어떻게 행동을 만들어내는가를 이해하기에는 역부족임. ex) 컴퓨터 사이언스 분야의 예시- 닌텐도같은 게임기의 회로, 전선을 아무리 뜯어본다 해도, 게임기로 게임을 어떻게 하는지 조작법을 알 수는 없음.유전의 법칙을 DNA에 대한 정교한 실험이 아니라 강낭콩 관찰로 알아냈듯이, 기술이 아무리 발전해도 클래식한 행동 연구가 지금처럼 하찮게 여겨져선 안 됨. 
• 1982년에 Marr가 제시한, 복잡한 현상을 이해하기 위한 프레임. 예를 들어 새의 비행을 이해하고자 할 때, flight라는 목적(1.why)이 있으면 flapping이라는 알고리즘(2.what)이 있고, 알고리즘을 물리적으로 실현하는 feather이라는 하드웨어(3.how)가 있다. 그러니까 비행을 제대로 이해하려면 새들은 비행을 왜 하지 -> 어떻게 날갯짓으로 비행할 수 있는 거지 -> 비행에 깃털이 어떤 도움을 주는 거지 순으로 연구해야 하지, 깃털만 연구해서는 안 됨.
• 인과관계에 대한 설명'은 '뇌가 어떻게 행동을 만들어내는가'에 대한 '진정한 이해'와 다르다. 앞에서 언급된 게임기의 예시가 다시 나오는데, 이 전선을 자르면 저 회로가 안 돌아간다는 식의 '인과관계에 대한 설명'은 게임기를 어떻게 조작해서 게임을 할 것인가에 대한 '진정한 이해'와 질적으로 같을 수 없다. 물론 뇌과학에 신경 세포와 행동 사이 인과관계에 대한 설명도 필요하기는 하다. 하지만 행동에 대한 거시적 이해가 먼저다.
• 하나의 neural activity 패턴과 하나의 행동이 일대일대응하는 것이 아님 → figure에 묘사된 다양한 오류를 범할 가능성.

 

• 동물 행동 실험은 의학/생물학 분야에서 신약개발 및 질병치료법 개발에 중요한 정보를 제공함. 

• 동물실험은 인간에게 적용하기 전에 치료법과 약물의 안전성과 효능을 평가하는 데 중요한 역할을 함. ex) PD 병증  유발하는 rotenone test 등
• 질병 치료법 개발/ 유전적 메커니즘에 대한 이해 등에 필요한 정보 제공.  예를들어, 우울증 또는 불안장애와 관련된 행동을 모델링하여 해당 질병의 원인과 치료법을 연구할 수 있음. 
• 또한, 아직까지도 약의 부작용 남아있으니까.. 행동실험을 계속 하면서 부작용을 줄이는게 좋음. 
• 반박) 약물실험같은 경우는 일부러 건강에 안좋은거 넣어서 생리적 변화를 유발하기도  하잖아.------->  동물권 이전에 인권을 생각해야함. 약개발 같은 경우, 인류에게 큰 이익을 가져다 주는 것이기 때문에, 동물실험은 불가피함. 이전 약 개발로 얼마나 많은 인류가 목숨을 구할 수 있었는지 reference 필요 
• ex) We diagnose Alzheimer disease with behavioral test. 
• PD / huntington ← motor disease ; 파킨슨병 ~> 약개발에도 필수적이다…  온전한 약은 없으니까. 
• PD 약 (L-DOPA 등)으로 생명을 구한 환자 수에 관한 통계 등 레퍼런스 있으면 좋을 듯
• 반박) 동물실험 결과와 인간 실험결과 다른 경우: 과학자들은 이미 면역력이 결핍된 쥐를 만들어 동물실험에 이용하고 있다. 이렇게 만든 생쥐는 과립구계나 쿠퍼세포 등 세망내피세포를 제외하고 백혈구가 생성되지 않는다. 때문에 인간의 조혈줄기세포를 도입해도 거부반응 없이 이식돼 각종 인간의 조혈세포가 오랫동안 생존하게 된다. 이러한 동물 모델을 이용해 인간의 질병에 대한 면역학적, 혈액학적 분석이 가능해 졌다. >> 동물 실험에서도 충분히 격차 줄일 수 있다.
  
  
• 아직 밝혀지지 않은 것들(연구 해야할 부분)이 너무나 많음.

• 행동은 생명체 의사결정의 최종적 결과물로써 중요한 연구 요소이며, 특히 인지/감정쪽 신경과학 계열은 아직 밝혀지지않은것이 많다.
• 행동 실험을 통해, 인간의 뇌와 유사한 동물의 뇌를 연구하여 인간의 행동 기반이 되는 신경회로를 파악하는데 도움이 될 수 있다.  
• 앞으로 그러면 얼마나 많은 연구할만한 거리가 있을것인가? 아직도 무궁무진하게 많다! → 늘려야한다. 지금까지도 많은 이해를 해올 수 있었다. 동물 행동실험을 통해…

 

 

2. Limitations of alternatives

동물 실험을 대체할 수 있는 완벽한 대안은 없음. 

• 산업적 접근방식
  • 실제 환경에서 동물행동 관찰하거나 실험하는 방식 ex, 농장에서의 동물행동
  • 제한된 환경 - 실제 환경에서의 동물 행동을 관찰하거나 실험하는 것은 특정 조건에 제한될 수 있음. 이로 인해 실험의 일반화 능력이 제한될 수 있음.
  •  관찰 및 제어의 한계 : 현실세계에서의 동물 관찰은 실험적 제어가 어려울 수 있음. 정확한 결과를 얻기 위해선 추가 분석 및 조정이 필요할 수 있음. 
• 컴퓨터모델링 /Organoid
  • 생물복잡성 구현의 어려움 및 일반화 문제. 동물이나 인간의 복잡한 생물학적 및 행동적 특성을 완벽하게 모방할 수 있는 인공모델, 체계는 아직 개발되지 않음. 또한 기존의 알고있는 지식 만으로 모델을 만든다고 해도, 해당 모델을 통해 새로운 지식을 찾아내기는 힘듬. 또한 특정 환경에서의 행동을 예측하거나 다른 상황에 일반화 하는 것이 어려움. 
  • https://www.mpg.de/10973479/questions-answers
  • https://www.nature.com/articles/s43586-022-00174-y
    (Zhao, Z., Chen, X., Dowbaj, A.M. et al. Organoids. Nat Rev Methods Primers 2, 94 (2022). https://doi.org/10.1038/s43586-022-00174-y)
  • 가령 줄기세포가 기반이 되는 오가노이드와 같은 기술을 구현할 때 기관마다, 연구소마다 가지고 있는 기능에 차이가 있어 똑같은 약물에도 반응이 다를 수 있다는 것. 이로 인해 독성 평가 시 기준점을 마련할 수 있는 표준화가 필요하다는 지적이다.
• 인간봉사자 
  • 인간에게 실험할 수 없는 행동 실험(윤리적 이슈) 에 대해, 인간과 유사한 생리적 특성을 갖는 일부 동물에 대해 행동 실험을 할 수 있음. (쥐/영장류) ~> 인간 건강문제에 대한 통찰 
  • 인간을 대상으로 하는 연구가 아니라, 동물의 행동 이해 혹은 복지 등을 위해서 하는 연구는 동물을 대상으로 해야만 함.
  • 인간을 대상으로는 여러 까다로울 수 있는 실험적 통제변인들을 잘 지키게 하기 어려움. 
  • https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2897124/

 

 

3. Improving ethics of animal behavior test

• 동물의 고통을 최소화하는 연구법 개발 : Animal-friendly behavioral test
  
  사전 훈련이 필요하지 않은 본능적인 반응인 자발적인 행동을 사용할 경우 큰 스트레스를 받지 않는다. 고통을 주지 않아도 충분히 회피 & 보상을 이끌어낼 수 있음.
  
  ex) Reward Test , 설치류 : 새로움만으로도 동물에게 동기 부여 가능(use of novelty as a motivator).
  Hamsters : storing food for hamsters(https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17406541),
  chinchilla: sand-batting
  
  ex) Aversive stimulation test
  air-puffs(https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22164138)
  Odor of predators (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/14659473)
  Main Ref: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnbeh.2022.1090248/full#B32
  
  Animal-friendly behavioral test Condition : 1) the motivating factor should not be painful or stressful. 2) the observable behavior should be natural 3) the outcome variable associated with this behavioral response should be practical to measure in a laboratory setting through a method that is safe for the animals

 

• 규제가 윤리성을 보장함. 현재 동물 행동실험의 윤리적 가이드라인과 규제
  
  Replacement (치환): 동물 사용을 최소화하고 대안적인 방법을 모색함으로써 동물을 대체하는 것, Reduction (감소): 최소한의 동물을 사용하여 실험을 수행함으로써 동물의 수를 감소시키는 , Refinement (개선): 실험 절차나 조건을 최적화하여 동물의 스트레스와 고통을 최소화하고 복지를 향상시키는 것
  
  —> 3R 원칙의 우리 측에서의 이해(반박) : 동물 행동 실험에는 동물의 행복과 복지를 당연히 고려해야함. 또한 실험을 위해 동물 개체를 함부로 사용(남용)하면 안되며, 각 연구별 최적화된 동물 개체수(최소한의 수)를 사용해야함. 이를 고려하기 위한 노력으로 현재 동물 행동 실험을 위한 여러 윤리적 가이드라인과 규제가 마련되어 있음. 이러한 규제를 전제조건으로 동물 행동 실험은 계속될 수 있으며, 여러 분야의 동물 행동 실험이 사고와 행동에 대한 그 기저의 이해에 도움을 주고, 나아가 동물의 복지 개선 등에도 많은 도움을 줄 수 있는 만큼 동물 행동 실험은 증가되어야 함. 단, 말했듯이 윤리적 가이드라인과 규제를 더 면밀히하고 잘 지켜지는지를 관찰하는데 노력을 기울여야 함. 이러한 노력이 함께 했을때, 동물 행동 실험의 증가는 여러 긍정적인 영향을 사회에 낳을 것으로 보임. (즉, 개별 연구에서는 규제를 준수하며 최소한의 개체 수를 쓰되, 이러한 행동실험 연구가 많아져야 한다.)

 

• 관련 다수의 조직, 자격증, 규제 존재
  IACUC (Institutional Animal Care and Use Committee)
  AAALAC (Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care)
  ALAT (Assistant Laboratory Animal Technician), LAT (Laboratory Animal Technician), LATG (Laboratory Animal Technologist) 등의 자격증
  각국의 동물 보호법 및 규제(ex. 우리나라 동물보호법 - 동물실험윤리심의위원회에서 제정)
  
  실험 동물의 복지: 실험 동물의 사육환경, 사육관리, 행동적인 필요성 등에 대한 고려최소한의 피해: 동물보호법은 동물에게 최소한의 피해만을 가하는 것을 원칙으로 하며, 실험 동물에게 합리적인 피해를 가할 수 있는 최소한의 방법을 사용해야 함
  
  규정 준수 및 감독: 동물 행동 실험을 수행하는 연구기관은 동물 보호법과 실험 동물 관리에 관한 규정을 엄격히 준수해야 함. 또한 관련 기관들에 의해 주기적으로 감독 및 점검을 받아야 함.  현대의 동물실험은 동물 복지에 대한 엄격한 규제와 윤리적 지침을 따릅니다. 동물 복지에 대한 고려와 실험 동물의 고통 최소화를 위한 노력이 지속적으로 이루어지고 있습니다. 동물 실험을 할 때 동물의 고통을 최소화하기 위한 방법을 연구하고 있으며, 이러한 연구 결과는 동물 실험의 윤리적 측면을 강화합니다.
  
  —-------> 실제 이러한 규제가 잘 지켜지는지를 어떻게 암? 실태조사를 보면 지켜지지 않은 곳이 있음. : 0) 또다른 실태조사 자료 제시. 1) 기본적으로 연구실에서 균일한 실험을 위해 사용해야하기 때문에 평소 상태를 온전하게 하도록 신경쓸 수 밖에 없음. 2) 특히 행동실험 디자인을 할 때, 해당 연구가 여러 가이드라인과 규제를 준수하는지를 판단해 승인을 받아야하고, 해당 승인을 받아야 논문을 출판할 수 있으므로 논문을 내기 위해선 연구자들은 규제를 지킬 수 밖에 없음.  

 

• 이러한 여러 가이드라인과 규제, frendly 한 연구법에도 불구하고 어쩄든 동물이 행동실험중에 혹사당하는건 어떡할건데?
  
  —-------> 동물실험에만 강한 윤리 기준을 적용해서는 안됨.
  동물에 가해지는 고통은 축산업, 모피, 동물원, 심지어 반려동물까지, 인간이 동물을 이용하는 모든 분야에서 사실상 불가피함. 따라서 동물 실험에만 지나치게 엄격한 잣대를 들이대는 것은 비합리적임. 현재 동물 실험 축소를 주장하는 의견이 많은 것은 과학 기술의 중요성과 과학에 있어 동물 실험의 중요성을 잘 모르는 비전문가들이 많기 때문일 가능성이 있음.  그러니 두 가지의 중요성을 잘 아는 전문가들이 논리적으로 이를 주장하고, 동물 실험에 대한 지나친 규제를 막아야 함.
  
  농림축산검역본부의 조사 결과에 따르면 2021년 우리나라의 실험동물 사용량은 488만 마리로, 전년 대비 17.8% 증가하며 매년 사용량이 늘고 있다. 이 중 생쥐 사용량은 전체의 64.8%를 차지한다. 닭 소비량도 엄청나다. 농림축산식품부에 따르면, 지난해 닭 10억3564만마리가 식용으로 도축됐다. 이를 국내 총 가구 수(2073만가구)로 나누면, 산술적으로 가구당 1년(50주)에 50마리, 즉 '1주 1닭'을 소비하고 있는 셈이다.2022. 11. 29.
  
  —----> 동물 행동실험의 피해와 고려점 
  
  1. 동물이 겪을 스트레스와 불안/ 불편/ 고통/ 사회적고립
  2. 동물의 상처 또는 부상
  3. 생리적 영향.
  
  고려되어야 할 요소 
  
  1. 동물 복지 문제 : 실험동물이 불안/ 고통/ 스트레스 경험가능. 적절한 동물복지기준 준수, 실험동물 복지 보장 필요 
  2. 동물 사용의 필요성과 정당성 : 실험의 목적과 동물사용의 필요성을 명확히 평가하고 방법 검토
  3. 동물 고통 및 고통 완화 : 고통을 겪는경우 그 고통을 최소화하고 완화함. 마취/진통 등.
  4. 생명과 윤리 : 실험을 통해 얻는 정보가 생명과 복지를 희생하는것이 가치있는지..
  5. 연구결과 활용 : 윤리적 한계 고려 및 현지화/해석. 동물의 복지와 공익을 고려하는데 활용될 수 있음. 

 

• 오히려 동물을 위해서, 동물의 행동양식에 대한 연구가 필요할 수 있음. 즉, 실험동물의 복지를 위한 동물 실험
  
  어떤 동물행동 실험은 그 목표를 동물의 행동에 대한 이해를 목표로 하고, 이같은 연구는 궁극적으로 동물의 복지를 위해서도 활용될 수 있음. 예로,  실험동물로 살아가는 동안 동물답게 살아가게 하기 위해서.
  1. Effects of social interaction on stress response in mice after exposure to a confined space : 밀폐된 공간에 갇힌 후 쥐의 스트레스 반응에 대한 사회적 상호 작용의 영향을 조사, 사회적 상호 작용이 쥐의 스트레스 호르몬 수치를 감소시키고 불안 행동을 줄이는 데 효과적 -> 쥐 실험을 할 때 밀폐된 공간에서 실험을 하게 될 경우 사회적 상호작용을 제공하는 것이 도움이 됨
  2. The effect of female social interaction on stress response in male mice : 암컷 쥐의 사회적 상호 작용이 수컷 쥐의 스트레스 반응을 완화시키는 데 미치는 영향을 조사함. 암컷 쥐와 함께 사육된 수컷 쥐가 암컷 쥐와 함께 사육되지 않은 수컷 쥐보다 스트레스 호르몬 수치가 낮고 불안 행동이 적다는 것을 발견 -> 수컷 쥐를 이용해 실험을 해야할 경우, 암컷 쥐의 사회적 상호작용으로 복지를 향상 시킬 수 있음을 보임. 
• Animal behavior test를 더 다양하게 하면서 animal에 대한 이해를 높여야 더 윤리적으로 실험할 수 있다.
  • 상대 측의 동물 실험 윤리 위반 주장에 반박하기 위한 규제의 긍정적 변화 통계 (실태 조사에 반박)
  • 연구자 또한 스트레스 복지가 보장되어 스트레스 없는 동물로 연구를 진행해야 하므로 누구보다 동물 복지에 진심일 수 있음! = 연구자들 역시 동물실험 결과의 재현성 확보와 동물복지 양면을 고려하고 있음
  • [출처] 쥐와 인류, 그 공생의 역사. 쥐는 인간의 삶에 어떻게 영향을 주었는가?|작성자 IBS

 

끝.