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세계 최초 태아 뇌지도 완성

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작성일 2017-05-11
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세계 최초 태아 뇌지도 완성
자폐증·뇌성마비 등 원인 추적 가능해져


사람의 뇌는 약 1000억 개의 신경세포로 구성돼 있다. 세포 사이에는 시냅스가 있어 전기·화학 신호를 전달하면서 인지, 운동, 기억, 학습 등 기능을 수행한다. 신호 전달이 제대로 이뤄지지 않으면 각종 장애가 발생하게 된다.

속에 있는 신경 세포들의 어떻게 연결돼 있는지 규명해 이를 도식화한 것이 ‘커넥톰(Connectome)’이다. 뇌지도를 말한다. 뇌 구조가 변화무쌍하기 때문에 복잡한 만큼 커넥톰을 작성하기가 쉽지 않은 일이다.

그럼에도 불구하고 세계적으로 커넥톰 프로젝트가 성행하는 것은 이 뇌지도를 통해 얻는 이익이 하나 둘이 아니기 때문이다. 무엇보다 이 뇌지도를 통해 인지, 기억 능력 등 뇌 활동을 세밀하게 관찰할 수 있다.







40명의 신생아를 대상으로 자궁 속 태아서부터 아기로 탄생하기 직전까지 뇌 발달상황을 추적해가며 태아의 수면 상황에서 상세한 모습을 스캔한 태아 뇌지도가 옥스포드 등 대학 연구팀에 의해 세계 최초로 제작돼 공개됐다.
ⓒ The Developing Human Connectome Project


자궁 안에서 뇌 발육상황 정밀 스캔

또한 뇌 활동과 관련된 정보를 활용해 치매, 알츠하이머와 같은 불치병 치료 방식을 개발할 수 있다. 인공지능(AI) 제작에도 활용이 가능하다. 뇌지도를 통해 이전보다 훨씬 더 사람 같은 인공지능을 제작할 수 있다.

10일 ‘가디언’ 지에 따르면 뇌지도 작성을 시작한 것은 미국이다. 지난 2009년 7월 미 국립보건원(NIH)의 ‘인간 커넥톰 프로젝트(HCP, Human Connectome Project)’을 시작했다. 미국, 영국, 네덜란드 등의 공동연구진이 참여하고 있는 대규모 프로젝트다.

성과도 이어지고 있다. 지난해 7월 워싱턴대 의대, 미네소타대, 영국 옥스퍼드대, 임페리얼칼리지, 네덜란드 라드바우트대 의대 연구자가 참여한 국제공동연구진은 그동안 기능이 확인되지 않았던 97개 영역을 포함 180개 영역으로 이뤄진 대뇌피질 뇌지도를 완성했다.

유럽연구이사회(ERC)에서는 지난 2013년부터 ‘인간 발육 커넥톰 프로젝트(Developing Human Connectome Project)’란 명칭으로 뇌지도 프로젝트를 진행해왔다. 옥스퍼드대는 킹스칼리지런던, 임페리얼칼리지런던 등이 참여하고 있는 공동 프로젝트다.

그리고 10일 초기 성장과정에 있는 태아 뇌지도를 작성해 공개했다. 이 지도는 40명의 신생아를 대상으로 자궁 속 태아서부터 아기로 탄생하기 직전까지 뇌 발달상황을 추적해가며 태아의 수면 상황에서 상세한 모습을 스캔한 것이다.

ERC는 10일 언론을 통해 첨단 영상기술을 활용해 초기 뇌구조가 어떻게 형성되는지 분석해 상세한 모습을 보여주는 초 고해상도 뇌지도를 만들었다고 밝혔다. 태아의 뇌지도가 작성된 것은 이번이 처음이다.

이 뇌지도는 잠자는 아기의 뇌를 스캔한 1000장의 영상으로 구성돼 있다. 이중 500장은 태아 속의 뇌 상태를 스캔한 것이다. 촬영이 매우 힘들었지만 24~40세 젊은 산모들의 협조로 스캔에 성공할 수 있었다.

3D 영상 통해 발육 상황 실시간 체크


‘인간발육 커넥톰 프로젝트’에는 그동안 볼 수 없었던 첨단 기술이 대거 도입됐다. 연구팀은 에블리나 런던 아동병원에 있는 MRI에 새로운 기술을 추가해 태아의 뇌를 실시간으로 정밀 스캔할 수 있는 장비를 제작했다.

세계 최초로 3D 영상 기술을 도입한 점 역시 주목할 부분이다. 자궁 속에 있는 아기들을 스냅촬영한 후 매초 간격으로 그 영상을 3D 영상화해 엄마와 아기 움직임에 따른 뇌 상황을 정밀하게 파악할 수 있었다.

새로운 영상분석 기술도 개발됐다. 임페리얼칼리지런던에서 개발한 이 분석 시스템은 MRI에서 스캔한 영상을 자동 분석해 뇌 발육과정과 관련된 상세한 정보를 연구자들에게 알기쉽게 공급할 수 있다.

10일 공개한 이 획기적인 영상은 https://data.developingconnectome.org에서 다운로드가 가능하다. ERC는 과학자라면 누구나 이 영상을 사용할 수 있으며, 또 인간 발육과 관련된 다른 연구에 활용이 가능하다고 말했다.

관계자들이 기대하고 있는 것은 자폐증(Autism)과 같이 임신 과정에서 발생하는 불치병의 원인을 밝혀내는 일이다. 자폐증 외에도 뇌성마비와 같은 또 다른 질환에 대한 원인 추적이 가능해질 것으로 보고 있다.

킹스칼리지런던의 데이비드 에드워드(David Edwards) 교수는 “초기 뇌 발육과정을 이해하기 위한 목적의 이 뇌지도를 활용해 자폐증은 물론 뇌성마비, 주의력결핍장애와 같은 불치병의 원인을 밝혀낼 수 있을 것”이라고 말했다.

실제로 뇌지도 작성 과정에서 몇몇 아기들은 자폐증 등 뇌질환에 노출돼 있는 상태가 발견됐다. 이런 분석이 가능했던 것은 많은 수의 뇌 영상을 비교분석해 특별히 이질적인 모습을 분별해낼 수 있었기 때문이다.

연구팀은 앞으로 더 많은 뇌 스캔을 통해 뇌지도를 보완해 나갈 계획이다. 현재 1000장을 스캔했지만 수만 장의 스캔이 이루어질 경우 다양한 분석 과정을 통해 그동안 미지의 영역이었던 불치병 정보가 밝혀질 것으로 보고 있다.

이강봉 객원기자 aacc409@naver.com
저작권자 2017.05.11 ⓒ ScienceTimes