[국제 뇌 연구소 컨소시엄]

[국제 뇌 연구소 컨소시엄]

 

 

 

그래픽 = 양인성

 

 

 

생쥐 뇌 지도 공개··· 알츠하이머 발병 회로 찾는 길잡이 되나

 

 

 

생쥐가 어떤 결정을 내릴 때

활성화되는 뉴런 신호를 시각화

뉴런 연결 지도 함께 활용하면

마음 들여다보는 시대 올 수도

 

 

 

생쥐가 어떤 결정을 내릴 때 활성화되는 뇌 신경세포 (뉴런)들을 과학자들이 지도로 그려내는 데 성공했다. 생쥐 뇌 전역에서 개별 뉴런의 활동을 대규모로 포착해 기록한 첫 사례다. 앞으로 생각을 읽어내는 ‘마음의 지도’ 로 이어질 첫걸음이 될 수 있다는 기대도 나온다. SF (공상과학) 영화처럼 마음속을 훤히 들여다볼 수 있는 시대가 과연 올까.

 

 

◇ 생쥐 139마리 뇌에 초미세 전극 심어

 

스탠퍼드대, 막스플랑크 연구소 등 미국과 유럽의 대학과 연구 기관 12곳으로 구성된 국제 뇌 연구소 (IBL) 컨소시엄은 생쥐를 실험한 결과로 작성한 ‘뇌 전역 신경 활동 지도 (brain-wide map)’ 를 최근 국제 학술지 네이처에 공개했다. 연구팀은 생쥐 139마리 뇌에 초미세 전극을 삽입하고, 생쥐가 결정을 내릴 때 활성화되는 뉴런의 신호를 기록했다.

 

 

 

그래픽 = 양인성

 

 

 

실험 쥐는 화면 왼쪽이나 오른쪽에 점이 뜰 때 스티어링 휠 (핸들)을 돌려 화면 가운데로 이동시키면 물을 마실 수 있는 보상을 받았다. 실패하면 경고 소음과 대기 벌칙을 받았다. 영화 ‘스튜어트 리틀’ 에서 주인공으로 나오는 작은 쥐 스튜어트가 빨강 장난감차 핸들을 잡고 운전하는 장면을 연상시키는 실험이다.

 

 

 

그래픽 = 양인성

 

 

 

이를 통해 연구팀은 생쥐가 결정을 내릴 때 뇌의 각 영역 뉴런이 어떻게 신호를 켜고 끄는지 시각화했다. 야간 조명으로 밝고 어두운 곳이 대비된 한반도 위성 사진처럼, ‘불빛 지도’ 에 가까운 전뇌 활동 지도를 만든 것이다. 연구팀이 생쥐 뉴런의 전기 신호를 분류했더니 뉴런 신호 묶음이 62만1700여 개였고, 이 가운데 단일 뉴런 신호 7만5000여 개를 분석에 사용했다. 분석 결과, 자극 신호는 처음엔 시각 영역에 강하게 나타난 뒤 일부 중뇌 · 후뇌로 확산했고, 생쥐가 핸들을 어느 쪽으로 돌리느냐는 선택과 보상 관련 반응은 뇌 전역에 걸쳐 광범위하게 나타났다. 의사 결정이 특정 영역에서만 이뤄지는 것이 아니라, 분산 네트워크가 협업하듯 두루 관련된다는 뜻이다.

 

 

◇ 알츠하이머 발병 실마리 찾을까

 

앞서 지난 4월 미국의 연구 프로젝트 ‘마이크론스 (MICrONS) 컨소시엄’ 은 생쥐 시각 피질 1㎣를 분석한 고해상도 커넥톰 (뉴런 연결 지도)을 네이처에 발표했다. 얇게 자른 뇌를 전자현미경으로 촬영하고 인공지능 (AI)을 활용해 3D (차원)로 재구성해 구조 (배선)와 기능 (반응)을 한 좌표에서 대조한 ‘기능적 커넥톰’ 에 해당한다. 전자제품으로 치면 회로도에 가깝다. 이제 뇌 과학자들은 커넥톰과 뇌 전역 신경 활동 지도라는 두 가지 지도를 손에 쥐었다. 앞으로 두 지도를 완벽하게 만들면 자극→의사 결정으로 이어지는 경로를 뉴런 단위로 추적하고, 알츠하이머와 파킨슨의 발병 회로를 규명하는 실마리를 얻을 수 있다.

 

 

 

그래픽 = 양인성

 

 

 

다만 현재 단계에서 뇌 신경 활동 지도는 일부 뉴런을 표본으로 삼아 작성한 것이고, 커넥톰은 전체 뇌의 1%가 채 되지 않아 가야 할 길이 멀다는 평가다. 그럼에도 표준화된 뇌 신경 활동 지도와 고해상도 커넥톰이 처음으로 맞닿기 시작했다는 점에서 ‘마음의 지도’ 에 접근하는 연구 속도는 빨라질 전망이다.

 

 

 

☞ 커넥톰 (connectome)

뇌의 신경세포 (뉴런)들이 서로 어떻게 연결돼 있는지 그린 것으로 전자제품의 회로도 같은 것이다. ‘전체 (ome) 신경세포의 연결 (connect)’ 을 규명한 것이라는 뜻을 담고 있다. 죽은 뇌를 얇게 잘라 초정밀 사진으로 찍고, 그 안에서 보이는 신경세포의 연결 형태를 일일이 찾아내는 방식으로 만든다.

 

 

곽수근 기자

 

[출처 : 조선일보 2025년 9월 11일 자]