[표지로 읽는 과학] 수천 개의 뉴런이 함께 연주하는 오케스트라, 뇌

사이언스 제공

얇은 섬유다발처럼 보이는 선들이 일렬로 연결돼 출렁이는 모습이 사이언스 표지에 담겼다. 신경세포(뉴런)의 연결성을 표현하기 위해 뇌를 중앙에서 본 모습을 형상화했다.

뇌는 수많은 뉴런이 함께 연주하는 오케스트라와 같다. 우리가 움직이거나 생각을 하는 과정은 뉴런이 서로 협력한 결과다. 뇌를 구성하는 860억 개의 뉴런들은 서로 긴밀히 연결돼 있어 신호를 주고받는 등 상호작용한다. 하나의 뉴런은 인접한 세포는 물론 뇌의 먼 영역의 신호를 주고받기도 한다.

이번주 사이언스는 뇌의 연결성에 대해 다루는 특집을 준비했다. 커넥톰과 3차원 뇌지도, 이를 연구하기 위한 실험 기법 등을 한 데 모았다. 

독일 율리히 연구소 연구팀은 커넥톰을 연구하고 예측하는 데 인공지능(AI) 기계학습 등 새로운 기술을 활용할 수 있다고 소개했다. 뉴런 하나하나가 아닌 이들의 연결성이 중요하다는 것이 알려지며 2005년 등장한 개념이 '커넥톰(Connectome)'이다. 한 개체 내 신경계 안에 존재하는 모든 뉴런들이 서로 연결한 지도를 말한다.

전 세계 신경학자들은 단순히 세포의 특성을 밝히는 수준을 넘어 이들간 연결성을 찾기 시작했다. 2011년에는 처음으로 302개 신경세포를 가진 예쁜꼬마선충의 커넥톰이 발표됐고, 미국 국립보건원(NIH)은 2009년부터 인간 커넥톰 프로젝트(HCP)로 인간 뉴런 간 연결성을 나타내는 지도를 만들고 있다.

사이언스 이번호에서는 뉴런 간 연결성을 확인하기 위해 3차원 지도를 제작하는 연구도 소개됐다. 노르웨이 오슬로대 기초의과학연구소는 뇌 영역간 뉴런 연결에 대해 물리적으로 분석하고 노화 또는 질환에 대한 이해를 높이는 연구를 수행 중이다. 이들은 쥐의 뇌 3차원 지도와 그 안의 뉴런 연결을 확인한 과정을 발표했다.

한국인 저자도 눈에 띈다. 이진형 미국 스탠퍼드대 생명공학과 교수는 컴퓨터 모델링과 광유전학 기능적 자기공명영상(ofMRI)으로 뇌의 회로와 기능 장애를 규명할 수 있는 방법을 소개하는 리뷰 논문에 제1저자로 참여했다. ofMRI는 뇌의 연결성을 확인하는 대표적인 뇌 이미징 기법이다. 두개골을 열거나 뇌에 침을 꼽는 등 물리적 자극 대신 뉴런이 만드는 전기신호를 포착해 뉴런의 연결성을 확인할 수 있다.

[이영애 기자 yalee@donga.com]