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“인간 뇌 지도 완성되나”...뇌 구조 정확히 볼 수 있는 3차원 분석기술 개발KAIST, "정확성 뛰어나 KAIST내 실험실 및 해외 유수 대학 연구팀서 활용"
뇌 절편 영상의 3차원 위치 계산 및 투영 과정./ 자료=KAIST

[뉴스워치=윤영의 기자] 국내 연구진이 뇌구조를 정확히 볼 수 있는 3차원 핵심 분석기술을 개발했다.

KAIST 바이오및뇌공학과 백세범 교수 연구팀이 뇌신경과학 연구에서 광범위하게 사용되는 실험용 쥐의 뇌 절편 영상을 자동으로 보정하고 규격화해 신경세포의 3차원 분포정보를 정확하게 얻을 수 있는 핵심 분석 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

이 기술은 실험자의 경험에 의존하던 기존 분석 방식의 문제점을 해결하는 한편 여러 개체에서 얻은 뇌 이미지를 표준적인 3차원 지도상에서 비교 분석할 수 있도록 했다.

이는 기존 개체별 분석에서는 관측하기 힘든 뇌세포 간 상호 연결 형태의 정확한 공간적 분포를 발견할 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미가 크다.

연구팀은 생명과학과 이승희 교수팀과의 협력 연구를 통해 실험에서 얻어진 쥐의 뇌 절편 데이터를 분석했다. 

이 기술을 적용한 결과 시각시스템의 초기구조인 외측 ‘슬상핵’과 ‘시각피질’ 사이의 정확한 연결 구조 분포를 측정할 수 있었다. 기존 분석 방식으로는 불가능했던 다중 개체로부터 얻어진 데이터의 표준화를 통해 뇌 전역에 걸친 신경세포의 연결성을 분석할 수 있음을 확인한 것이다.

뇌인지공학프로그램 최우철 박사과정과 송준호 연구원이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제 학술지 `셀(cell)'의 온라인 자매지 `셀 리포츠' 5월 26일 자에 게재됐다.

이에 앞서 연구팀은 이 기술을 활용해 UC 버클리대학의 ‘양단’ 교수와의 공동연구에도 참여했고 그 결과를 국제 학술지 `사이언스’ 1월 24일 자에 발표했다.

통상 쥐의 뇌 절편 영상을 이용한 연구에서는 특정 단백질에 형광물질을 발현시킨 뇌를 잘라 신경세포의 분포 등을 분석하는 방법이 광범위하게 사용된다. 이때 형광을 발현하는 신경세포를 현미경을 통해 연구자의 육안으로 관측하고 얼마나 많은 신경세포가 뇌의 어느 특정 영역에 위치하는지 일일이 수동적으로 분석한다.

이런 방법은 연구자의 경험에 크게 의존해 오차가 클 수밖에 없고 각각의 개체에서 관측된 신경세포의 위치나 수량을 표준적인 공통의 방법으로 동시에 분석할 수 없다는 한계를 갖고 있다.

6월 현재 백 교수 연구팀의 이 기술은 KAIST내 여러 실험실과 미국 MIT, 하버드, 칼텍, UC 샌디에고 등 세계 유수 대학의 연구 그룹에서 진행하는 뇌 신경 세포의 네트워크 분석에 활용되고 있다.

백세범 교수는 "이번 연구를 통해 개발된 기술은 형광 뇌 이미지를 이용하는 모든 연구에 바로 적용할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 종류의 이미지 데이터에도 광범위하게 적용 가능하다"면서 "향후 쥐의 뇌 슬라이스를 이용하는 다양한 분석에 표준적인 기법으로 자리 잡을 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 이공분야기초연구사업 및 원천기술개발사업, KAIST의 모험연구사업의 지원을 받아 수행됐다.

윤영의 기자  newswatch@newswatch.kr

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