스캔만으로 뇌 연결지도를 만드는 미래기술? 국내에서 빛으로 뇌 스캔을 할 수 있는 혁신적인 기술 개발!

 

 

 국내 연구진이 뇌에 빛을 쏴서 뇌 연결지도를 만드는 기술을 개발했다고 합니다. 이번 연구에서는 광유전학적 자극으로 살아있는 쥐의 대뇌 피질 활동을 자유롭게 조절하고, 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 뇌 전체 영역을 스캔해 뇌 연결 지도를 만드는 기술을 개발했다고 합니다.

​ 뇌 연결지도는 뇌의 각 영역들이 서로 어떻게 연결되어 있는지를 나타내는 지도입니다. 이번 연구에서는 광유전학적 자극을 이용해 쥐의 대뇌 피질 활동을 조절하고, 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 뇌 전체 영역을 스캔해 뇌 연결 지도를 만드는 기술을 개발했습니다.

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대뇌 피질의 특정 영역에 빛을 쏜 뒤 뇌 전체의 변화를 fMRI로 측정하는 개념도. 기초과학연구원 제공

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 이번에 개발한 기술은 대뇌 피질에 직접 빛을 쏘는 방법을 사용합니다. 지금까지는 뇌의 목표 영역에 광섬유를 직접 삽입하는 방식을 사용했는데, 만약 사람의 뇌를 스캔할 때 뇌에 직접 무언가를 삽입해야한다면 거부감이 심할 것입니다. 또한 뇌를 손상시킬 우려가 있으며 하나의 실험개체에 많은 광섬유를 넣기가 어렵다는 한계가 있었습니다. 하지만 이번에 개발된 기술은 그러한 물리적 수술 없이 뇌 스캔을 할 수 있다는 점에서 혁신적입니다. 이로써 뇌의 원하는 영역에 원하는 패턴을 자유자재로 생성할 수 있고, 한 번의 실험으로 여러 영역에 자유롭게 광 자극을 전달하는 것이 가능해졌다고 합니다. 연구팀은 이 기술을 이용해 하나의 실험개체로 다양한 뇌 영역들을 순차적으로 자극했고, fMRI로 전체 뇌를 스캔해 얻은 대량의 뇌 활성반응 데이터를 통해 뇌 영역 간 상호작용의 인과적 관계를 나타내는 유효 연결성 지도를 완성할 수 있었다고 합니다.

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광유전학 fMRI 시스템. 기초과학연구원 제공

 

​ fMRI는 기능적 자기공명영상(Functional Magnetic Resonance Imaging)의 약자로서, 뇌 내부에서 일어나는 혈액 흐름 변화를 측정하여 뇌 활동을 파악하는 방법입니다. 이번 연구에서는 fMRI로 전체 뇌를 스캔해 얻은 대량의 뇌 활성반응 데이터를 통해 뇌 영역 간 상호작용의 인과적 관계를 나타내는 유효 연결성 지도를 완성할 수 있었습니다.

​ IBS 뇌과학 이미징 연구단장인 김성기 단장은 "살아있는 동물의 다양한 대뇌 피질 영역에서 전체 뇌로 이어지는 기능적 회로 지도를 만들고, 뇌의 상태에 따른 변화를 측정하는 혁신적인 기술"이라며 "향후 약물이나 질병 또는 생리학적 원인으로 변한 뇌 기능과 특정 뇌 회로의 연관성을 연구하는 데 활용될 수 있으며 뇌 질환 및 약물 중독의 신경생리학적 원리를 규명하고 치료 기술을 개발하는 데 기여할 것으로 기대한다""고 말했다.

​ 이번 연구 성과는 뇌과학 분야 권위지 ‘뉴런’(Neuron)에 온라인 게재됐다고 합니다. ‘뉴런’(Neuron)은 세계적인 신경과학 분야 권위지로서, 신경과학 분야에서 발행되는 학술지입니다. 이번 연구 성과가 '뉴런’에 게재된 것은 해당 분야에서 매우 중요한 의미를 가지고 있다고 할 수 있습니다.

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왼쪽부터 문현석 IBS 뇌과학 이미징 연구단 연구원, 최명환 서울대 교수, 김성기 IBS 뇌과학 이미징 연구단장, 김성훈 서울대 연구교수. 기초과학연구원 제공

 

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