‘뇌의 비밀’ 풀어줄 열쇠? 영화처럼 줄기세포로 ‘바이오 컴퓨터’ 만들어

줄기세포로 배양한 ‘뇌 오가노이드’에
전기 신호를 전달해 반응 분석
78%의 정확도로 음성 구별해
향후 알츠하이머 연구 초석될 듯

[사진 출처 =존스홉킨스대학]

미국 연구진들이 줄기세포로 배양한 인간의 뇌 ‘오가노이드’를 전자회로에 결합해 하이브리드 바이오컴퓨터를 개발하고, 음성 인식 등의 뇌 기능을 구현하는 데 성공했다.

11일(현지시간) 파이낸셜타임스(FT)는 “인디애나 대학교 블루밍턴, 플로리다 대학교 등 기관의 연구원들이 인간 줄기세포로 배양한 3차원 신경 구조인 뇌 오가노이드를 이용해 음성인지 및 수학 문제 풀이 등 여러 과제를 수행했다”고 밝혔다.

오가노이드(organoid)는 ‘장기(organ)’라는 단어에 ‘유사함’을 뜻하는 접미사 ‘-oid’를 결합하여 만든 신조어다. 뇌 오가노이드는 뇌를 모방한 3차원 신경 조직으로, 다양한 유형의 세포로 분화할 수 있는 줄기세포로부터 배양된다.

연구팀은 이 같은 뇌 오가노이드를 컴퓨터 하드웨어와 연결해 바이오컴퓨터 격인 ‘브레노웨어(brain+hardware)’ 시스템을 구축했다.

수천 개의 전극이 들어 있는 접시 위에 뇌 오가노이드를 놓은 다음, 입력하고자 하는 정보를 전기 펄스 패턴으로 변환하여 오가노이드에 전달하는 방식이다. 이 과정에서 생기는 반응으로 생성되는 신경 활동을 집중 분석했다.

연구진에 따르면 브레노웨어 시스템은 일본어 모음을 인식하고 수학적 과제를 해결하는 데 성공한 것으로 나타났다. 과학자들은 언어 테스트에서 총 240개의 오디오 클립에 녹음된 8명의 남성 일본어 화자를 구별하는 과제를 부여했고, 이 시스템은 기본 알고리즘을 거쳐 78%의 정확도로 음성을 식별할 수 있었다.

연구진은 또한 수학적 복잡성을 테스트하는 ‘헤논 지도’ 과제를 시켜 유의미한 결과를 얻었다고 FT는 전했다.

뇌 오가노이드를 기반으로 하는 이 기술은 향후 알츠하이머 등 뇌질환 연구에도 도움이 될 전망이다. 단순한 세포 배양으로는 불가능한 방식으로 작동하는 뇌의 구조와 기능을 복제한 후 여러 신경 반응을 검토할 수 있기 때문이다.

이탈리아 피사 대학의 아르티 알루왈리아 생물의학 엔지니어는 “브레노웨어는 알츠하이머병과 같은 신경 장애를 모델링하고 연구하는 데 사용될 수 있다”며 “오가노이드가 어떻게 반응하는지 확인해 다양한 치료법의 효과와 독성을 테스트하는 것도 가능할 것”이라고 말했다.

해당 연구는 세계적인 과학 저널 ‘네이처’의 자매지인 ‘네이처 일렉트로닉스’에 게재됐다.