기초과학연, 아이들 두뇌 발달 열쇠 찾았다

기능적 전뇌 네트워크 형성 과정 분석

시상 연결지도와 신피질 투사지도. (기초연 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 아이들 두뇌 발달의 열쇠를 찾았다.

기초과학연구원(IBS)은 뇌과학 이미징 연구단 홍석준 참여교수 연구팀이 뇌의 외적 정보처리와 내적 정보처리를 담당하는 대규모 기능적 전뇌 네트워크들이 형성되는 과정을 아이들의 뇌 영상을 성장 시기별로 분석해 처음으로 규명했다고 19일 밝혔다.

연구팀은 뇌의 발달 과정에서 시상이 대뇌피질의 기능적 세분화에 미치는 영향, 즉 외부 네트워크와 내부 네트워크에 어떤 영향을 미치는지 조사했다.

연구팀은 우선 유아기부터 성인기에 걸친 다양한 연령대의 뇌 영상 데이터에 최신 뇌 영상 분석기법을 적용해 시상-대뇌피질 연결성이 나이에 따라 어떻게 변화하는지 추적 관찰했다.

또 유전체 분석으로 시상-대뇌피질 연결성이 뇌 발달에 관여하는 유전자의 발현과 관련 있는지 살폈다.

그 결과 시상-대뇌피질 연결성은 뇌 발달 초기 단계와 이후 단계에서 다른 역할을 한다는 점을 알아냈다. 유아기에는 시상과 감각 정보를 전달하는 대뇌피질 영역(감각 운동 네트워크) 간 연결성이 뚜렷하고 뇌 발달과 관련된 유전자가 발현됐다.

하지만 성인기로 넘어가면서 현저성 네트워크의 연결성이 주축이 돼 외부수용성과 내부모델링 시스템이 분리됐다. 이는 구분된 각 시스템이 서로 명확히 다른 역할을 수행하게 돼 기능적 세분화가 일어났다는 의미다.

이밖에 발달 시뮬레이션으로 시상-대뇌피질 연결성과 기능적 전뇌 네트워크 형성 간 인과관계에 대한 가설을 검증했다.

시뮬레이션하는 동안 시상-대뇌피질 연결 규칙을 임의로 교란(조절), 내·외부 네트워크 간 분리가 이루어지지 않았으며, 이는 횡·종단적 데이터 분석에서도 확인 가능함을 함축적으로 의미한다.

또 인과관계를 나타내는 '뇌 발달 곡선도 추적 조사'를 통해 시상-대뇌피질 연결성이 성숙한 두뇌의 주요 특징인 기능적 분리와 감각-연합 축의 발달에 기여함을 알아냈다.

특히 12~18세 사이에 크게 기여해 두뇌 발달에 어느 시기가 가장 중요한지를 밝혀냈다.

이번 연구는 시상-대뇌피질 연결성이 내·외적 정보처리 과정을 담당하는 기능적 전뇌 네트워크의 초기 형성과 발달에 기초 틀을 제공한다는 것을 처음 밝힌 것으로 의미가 크다.

이는 뇌 발달에 대한 이해를 높이고, 대뇌피질의 기능적 세분화가 뇌 질환과 어떻게 연결되는지에 대한 중요한 단서를 제공한다.

기초연 뇌과학 이미징 연구단 홍석준 참여교수. /뉴스1

홍석준 교수는 “태아의 뇌가 형성될 때 시상이 중요한 역할을 하고 태어난 후에도 기능적 전뇌 네트워크의 발달에 영향을 미침을 밝혀냈다”며 “이를 통해 내·외적 시스템 발달 부진으로 나타나는 자폐, 조현병 등 다양한 뇌 질환의 기전을 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 뉴로사이언스' 온라인에 지난 10일 게재됐다.

memory4444444@news1.kr