쌀알보다 작은 뇌조직에 10년 매달려...‘인간 뇌 지도’ 그렸다

미국 하버드대-구글 연구진 3차원 지도 그려
“발달장애 등 의학적 뇌 연구에 도움되기를”

구글과 하버드가 공개한 ‘인간 뇌지도’ 논문. [하버드대 리히트만연구소 홈페이지 캡쳐]

“책 10억권 분량이 넘는 1400테라바이트(TB)의 데이터를 분석해 ‘인간의 뇌’를 처음 들여다봤다. 정신질환이나 자폐스펙트럼 같은 발달 장애가 있는 사람의 뇌가 일반적인 뇌와 어떻게 다른지를 이해하는 데 도움이 되기를 바란다.”

미국 하버드대 연구진과 구글이 쌀 한 톨보다 작은 뇌 조직으로 복잡한 인간의 뇌 지도를 그리는 데 성공했다고 CNN방송이 16일(현지시간) 보도했다.

아직 미지의 영역으로 남아있는 인간 뇌 지도 그리기 프로젝트의 시작은 10여 년 전으로 거슬러 올라간다. 하버드대 분자세포 생물학 교수인 제프 리히트만 박사는 뇌전증을 앓던 환자를 수술하는 과정에서 쌀알보다 작은 1㎣의 뇌조직을 확보했다. 연구진은 이 조직을 머리카락의 1000분의 1 두께에 해당하는 30나노미터 굵기로 잘게 잘랐다.

중금속 물질로 염색해 전자현미경으로 살펴본 결과, 1㎣ 조직에서는 5만7000여 개 세포와 230㎜의 혈관, 1억5000만개의 시냅스가 관찰됐다. 연구진은 수천 개의 조각들을 각각 사진으로 찍고 연결해 미시적인 수준의 3차원 뇌 이미지를 얻었고, 초파리 뇌지도를 그리는 작업을 해온 구글과 손잡았다.

바이렌 자인 박사 등 구글 과학자들은 인공지능(AI)을 활용해 현미경 사진을 연결하고 3차원으로 재구성해냈다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스’에 게재됐으며, 구글은 이를 ‘뉴로글랜서’(Neuroglancer)라는 온라인 사이트에도 공개했다.

이번 연구에서는 특히 일부 뉴런 쌍이 50개가 넘는 시냅스로 강하게 연결돼 있는 사실도 확인됐다. 마치 한 블록에 있는 두 집에 50개의 전화선이 연결돼있는 것과 비슷한 것인데, 왜 이렇게 강하게 연결돼있는지는 연구가 더 필요하다고 자인 박사는 설명했다.

연구진은 다음에는 쥐의 뇌에 대한 전체적인 지도를 그리는 것을 목표로 하고 있다. 쥐의 뇌에 대한 전체적인 지도를 그리는 데는 인간의 뇌 표본 지도를 그리는 데 필요한 데이터보다 500배에서 1000배 가량 더 많은 데이터가 필요할 것으로 추정된다. 리히트만 박사는 “이것이 완전한 포유류의 뇌지도를 완성하는 분수령이 될 것”이라고 전했다.