식욕·감정도 억제…세계 최초 자기장으로 뇌 회로 자유자재 조절

IBS 연구진

게티이미지뱅크 제공

국내 연구팀이 자기장으로 동물의 뇌 회로를 제어해 감정, 사회성, 식욕을 조절하는 데 성공했다. 고차원적인 뇌 기능과 뇌 질환 원리를 규명하거나 생각만으로 전자기기 등을 제어하는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술에 응용될 것으로 기대된다.

연구팀이 개발한 나노-MIND 기술은 쥐의 특정 뉴런과 뇌 회로를 선택적 제어해 감정, 식욕 등 고차원적 뇌 기능 조절하는 데 성공했다. IBS 제공

기초과학연구원(IBS)은 천진우 나노의학연구단 단장과 곽민석·이재현 연구위원 연구팀이 인지 및 사회성 연구단과 협력해 자기장으로 특정 뇌 신경회로를 무선으로 정밀 제어하는 나노-MIND(Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics) 기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지'에 3일 공개됐다.

인간의 뇌는 약 1000억 개 이상의 뇌 신경세포(뉴런)와 수많은 뇌 회로로 이뤄졌다. 특정 뇌 회로를 제어하는 기술은 뇌 기능과 각종 뇌 질환의 원리를 규명하는 데 필수적이다. 일론 머스크가 이끄는 '뉴럴링크'처럼 생각만으로 전자기기 등을 제어하는 BCI 기술에도 필요하다.

자기장은 생체 투과율과 안전성이 뛰어나 자기공명영상(MRI)에서처럼 생체 신호를 읽어내 질병을 진단할 수 있는 수단이지만 자기장으로 특정 생체 신호나 뇌 회로를 정밀 제어하는 것은 어려웠다.

나노-MIND 기술로 특정 뇌 회로를 활성화하는 과정. IBS 제공

연구팀은 자성을 띠는 나노 입자를 이용해 쥐의 뇌 회로에 나노-자기수용체를 생성시켰다. 원하는 시점에 자기장 자극을 주면 뇌 회로의 시공간적 제어가 가능하다는 원리다.

쥐의 모성애를 담당하는 전시각중추 뇌 회로를 선택적으로 활성화하자 어미 쥐가 아님에도 어린 쥐를 자신의 둥지로 데려오는 등 어린 쥐에 대한 돌봄 행동이 촉진됐다. 뇌 회로 자극만으로 감정과 사회성 조절에 성공한 것이다.

또 쥐의 외측 시상하부의 '동기부여 뇌 회로'를 활성화하자 식욕과 섭식 행동이 100% 증가했다. 반대 작용을 하는 뉴런을 활성화하자 식욕과 섭식 행동이 절반 이하로 감소했다.

연구팀은 "나노-MIND 기술로 원하는 뇌 회로를 선택적으로 활성화해 뇌의 고차원적 기능을 양방향으로 조절할 수 있다"며 "다양한 뇌 회로에 적용이 가능하다"고 설명했다.

천진우 단장은 "자기장으로 특정 뇌 회로를 자유자재로 조절한 경우는 세계 최초"라며 "뇌과학의 차세대 플랫폼 기술이 될 것"이라고 말했다. 이어 "뇌 회로의 기능과 작동 원리 규명, 인공신경망 및 양방향 BCI 기술, 뇌신경질환 치료법 개발 등 광범위하게 활용될 것으로 기대된다"고 전했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41565-024-01694-2

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]