포유류 뇌 1㎣ ‘뇌세포 지도’… AI-알츠하이머 연구에 열쇠 작성일 04-11 137 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">생쥐 대뇌의 시각피질 활동 분석<br>수만 개 뉴런-시냅스 3D 재구성…시각정보 처리 작용 실시간 확인<br>뇌, 특정 뉴런 억제해 효율 향상…AI 알고리즘 설계에 활용 기대 <br>질환 뇌 구조와의 비교 연구도</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="KaSx6pnb3c"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="7aa154a96379b68caf40565b1de73d12f167a94efadf7166b8a4c2911052736c" dmcf-pid="9NvMPULKuA" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="전자 현미경으로 촬영한 뇌 이미지를 바탕으로 복원한 ‘마르티노티 세포’의 모습. 마르티노티 세포는 뇌의 피질에 존재하는 억제성 신경세포다. Clare Gamlin/Allen Institute 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/11/donga/20250411030240007adqv.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="b2kB7W410k" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/11/donga/20250411030240007adqv.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 전자 현미경으로 촬영한 뇌 이미지를 바탕으로 복원한 ‘마르티노티 세포’의 모습. 마르티노티 세포는 뇌의 피질에 존재하는 억제성 신경세포다. Clare Gamlin/Allen Institute 제공 </figcaption> </figure> <div contents-hash="1321002aabde6478f376f323c9b144487ac346aae6e51100e1b5ad874762be68" dmcf-pid="2jTRQuo9uj" dmcf-ptype="general"> 포유류의 뇌 속 구조와 기능의 관계를 종합적으로 밝힌 세계 최대 규모의 데이터셋이 공개됐다. 생쥐 대뇌 시각피질 1mm³를 분석해 뇌세포의 연결망과 실시간 활동, 유전자 정보를 함께 결합한 결과다. 그동안 신경과학 분야에서 규명되지 않았던 ‘억제성 뉴런’의 원리를 새롭게 규명했다. 인공지능(AI) 알고리즘 설계는 물론이고 알츠하이머병 등 뇌질환 치료 연구에도 크게 기여할 것으로 기대된다. </div> <p contents-hash="dc73ba1ae5d426c4a7488411e5949dcc6dcbd37cdc22624b2dee0a3b4e6f7531" dmcf-pid="VAyex7g2pN" dmcf-ptype="general">미국 과학자 150여 명이 참여한 ‘MicRONS 컨소시엄’은 생쥐의 시각피질 일부를 전자현미경과 AI 분석으로 정밀하게 추적해 뇌의 구조와 기능을 동시에 담은 통합 뇌 지도를 완성했다. 연구 결과는 9일(현지 시간) 국제학술지 ‘네이처’에 게재됐다.<br><strong><br>● 뇌 1mm³ 영역에 5.4km의 연결망 존재<br></strong><br>동물의 인지 능력은 AI를 뛰어넘는 정교한 정보 처리 과정을 거친다. 단 몇 차례의 경험만으로 미로 속 보상을 기억하는 생쥐의 능력은 방대한 훈련 데이터를 요구하는 기계학습(머신러닝)이 필요한 AI와는 근본적으로 다르다.</p> <p contents-hash="eee0b2092a62f5fc61f522f325219d6814348e9230f87a88954de011794fa9ed" dmcf-pid="fYBswdvaUa" dmcf-ptype="general">뇌의 계산 원리를 이해하기 위해선 뇌를 이루는 세포들의 정교한 구조와 연결 방식을 파악해야 한다. 유전자(DNA) 분자 구조를 밝혀낸 영국의 저명한 분자생물학자 프랜시스 크릭이 “모래알 크기의 뇌 조직에서 완전한 회로도를 구현하는 것은 불가능하다”고 말할 정도로 오랫동안 도전 불가능한 과제로 여겨졌다.</p> <p contents-hash="cb8e2ac644164f19f8b4d9aeb6611cd686d07062102e5086eace8ed1e29a821a" dmcf-pid="4GbOrJTN3g" dmcf-ptype="general">이번 프로젝트의 핵심 성과는 단순한 뇌 회로 지도를 넘어 뇌 회로 내부의 구조적 연결과 기능적 반응, 유전자 발현 정보를 하나로 결합했다는 데 있다. 세포 유형 간 연결 양상, 흥분성 뉴런 간 일반적인 결합 규칙, 유전자 발현 패턴에 따라 구분되는 신경 연결 방식 등 다양한 분석이 이뤄졌다.</p> <p contents-hash="a6afef8726be356578b332a6a8730eeaf5cc39bbd5e872c4cad1bb029b3011d9" dmcf-pid="8HKImiyjuo" dmcf-ptype="general">분석 결과 뇌 속 ‘씨앗 하나’ 크기의 공간 속에는 복잡하고 정교한 신경 회로가 빼곡히 얽혀 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 생쥐 시각피질 1mm³ 영역을 2만8000장의 얇은 절편으로 나눠 전자현미경으로 촬영한 뒤 이를 3차원(3D)으로 복원해 신경세포(뉴런)와 신경세포 간 신호가 전달되는 접점인 시냅스를 정밀하게 재구성했다. 영역 안에는 약 8만4000개의 뉴런과 5억2000만 개의 시냅스, 총 길이 5.4km에 이르는 축삭 연결망이 존재하는 것이 확인됐다. 축삭은 뉴런에서 전기 신호를 다른 세포로 전달하는 가느다란 돌기다. <br><strong><br>● 기존 이론 뛰어넘는 신경과학 원리 제시<br></strong><br>연구팀은 뇌의 작동 원리도 분석했다. 뉴런이 활성화될 때 형광 신호를 발현하도록 유전자를 형질전환한 생쥐를 사용해 실험을 실시했다. 생쥐는 다양한 시각 영상 자극을 보면서 쳇바퀴(트레드밀) 위를 걷는 동안 실시간으로 뇌 활동이 기록됐고, 약 7만5000개의 뉴런에서 칼슘 형광 신호가 발생하는 것이 포착됐다.</p> <p contents-hash="3e0797b2ed306dd5aae275f11b69d14ade276eb1f4e631375528b2d46bf3e716" dmcf-pid="6X9CsnWA3L" dmcf-ptype="general">연구팀은 이어 동일한 뇌 조직을 전자현미경으로 분석해 개별 뉴런의 위치와 형태, 연결망을 재구성했다. 기록된 뇌 활동 영상에서 얻은 데이터와 빈틈없이 일치시켰다. 뇌의 구조와 활동 데이터를 하나의 데이터셋 안에 통합해 각 뉴런이 어떤 자극에 반응하고 어떻게 연결돼 있는지를 동시에 파악한 것이다.</p> <p contents-hash="4046d0ab85bb96f01520537b950a23ea5fb4fe3aca40a094cab6fb95029ae05b" dmcf-pid="PZ2hOLYczn" dmcf-ptype="general">기존 신경과학의 개념을 넘어서는 새로운 원리도 제시했다. ‘억제성 뉴런’의 작동 방식을 새롭게 밝힌 게 대표적이다. 그간 억제 뉴런은 단순히 흥분 뉴런의 작용을 저지하는 역할로 알려졌다. 이번에 밝혀진 뇌 구조와 기능 데이터셋에선 억제 뉴런이 특정 흥분 뉴런을 선택적으로 조절하며 더 정밀하게 뇌 회로를 조율한다는 사실이 드러났다. 일부 억제 뉴런은 여러 흥분 뉴런의 작동을 동시에 억제했다. 다른 일부는 특정 유형의 뉴런만을 정확하게 겨냥했다.</p> <p contents-hash="8a8bff56751d4699933ea29306bf479f2a684132f37f89dbe1f2340b634c4e46" dmcf-pid="Q5VlIoGkUi" dmcf-ptype="general">뇌 신호의 정합성과 정보 처리의 효율성을 높이는 뇌의 독특한 작동 방식은 뇌의 계산 원리를 이해하는 데 중요한 실마리를 제공할 수 있다. 향후 AI 알고리즘 설계에 중요한 단서를 제공할 것으로 평가된다. </p> <p contents-hash="06d67b027f4b50e97137c6e4572e2d0f5b43c1f463e7068c95ace510eaa0cbe8" dmcf-pid="x1fSCgHEpJ" dmcf-ptype="general">이번 연구는 알츠하이머병과 파킨슨병 등 뇌 질환의 원인을 밝히고 치료법을 개발하는 데도 기여할 것으로 기대된다. 건강한 뇌의 회로도가 완성되면 질병 상태와 비교해 세포 간 연결의 이상 여부를 확인하고 원인을 규명할 수 있기 때문이다.</p> <p contents-hash="48d3b03fe0b8954ff304b089dc9c51d31810957bcfc6d89c2da03a14daac9377" dmcf-pid="yLC6fFdzud" dmcf-ptype="general">연구에 참여한 누누 마사리쿠 다 코스타 미국 앨런뇌과학연구소 연구원은 “뇌 회로도를 알면 고장난 라디오도 고칠 수 있다”며 “이번 결과는 생물의 뇌를 이해하는 데 필요한 설계도를 제공한다”고 말했다. 이번에 발표된 데이터셋은 학계에 모두 공개(Open-access) 형태로 제공된다.</p> <p contents-hash="ca40a710a7ddf9da8f1a063dd96aa9034609a5700cd684131fb9216ef858333e" dmcf-pid="WcWdMzaVpe" dmcf-ptype="general">박정연 동아사이언스 기자 hesse@donga.com </p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아일보. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 "저희는 청춘 응애즈"...99즈 케미 잇는 레지던트가 뜬다 ('언슬전') 04-11 다음 IOC, 2028LA올림픽서 세부종목 늘린다…동기부여 확대와 양성평등에 초점 04-11 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
