자기장으로 뇌 회로 자극, 식욕-모성애까지 조절

기초과학硏, 제어기술 세계 첫 개발
“자기장 이용 뇌과학 플랫폼 기술
뇌 신경질환 치료법 개발 등 활용”
국제학술지 네이처에 성과 소개

국내 연구진이 동물의 뇌를 자기장으로 자극해 감정과 행동을 조절하는 데 성공했다. 다양한 뇌 회로 작동 원리를 규명한다면 인공지능(AI) 기술 발전에도 활용될 수 있을 것으로 보인다.

기초과학연구원(IBS)은 자기장으로 뇌 신경회로를 무선·원격으로 제어할 수 있는 ‘나노-MIND(Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics)’ 기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다. 이 연구에는 IBS 나노의학연구단 천진우 단장(사진)과 곽민석·이재현 연구위원 연구팀과 인지·사회성연구단이 참여했다.

인간의 뇌는 1000억 개 이상의 뇌 신경세포(뉴런)로 구성돼 있다. 고차원적 뇌 기능을 규명하고 뇌 질환 원인을 알아내려면 뉴런들로 이뤄진 뇌 신경회로를 제어하는 것이 중요하다. 제어 기술은 뇌와 컴퓨터를 연결하는 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)’ 발전에도 반드시 필요한 기술로 꼽힌다. 대표적으로 일론 머스크가 창업한 뇌신경과학 스타트업 ‘뉴럴링크’가 사람의 뇌에 이식해 생각을 읽을 수 있는 ‘뇌 임플란트’를 개발 중이다.

연구팀은 차세대 자기유전학(자기장에 의한 기계적 자극을 통해 세포 기능에 영향을 미치는 연구) 나노-MIND 기술로 특정 뇌 회로를 자유자재로 제어해 동물의 감정과 사회성·동기 부여 등 고차원적인 뇌 기능을 조절하는 데 성공했다. 자기장과 자성을 띠는 나노입자를 이용해 원하는 뇌 회로를 선택적으로 활성화한 것이다.

연구 결과 모성애를 조절하는 뇌 회로가 활성화된 실험군 암컷 쥐는 어미 쥐가 아닌데도 새끼 쥐를 자신의 둥지로 데려오는 등 돌봄 행동이 나타났다. 또 외측 시상하부의 동기부여 뇌 회로를 활성화해 음식 섭취를 조절하는 데도 성공했다. 동기부여 회로의 억제성 뉴런을 활성화한 쥐는 식욕과 섭식 행동이 100% 증가했다.

천 단장은 “자기장으로 특정 뇌 회로를 조절하는 세계 최초의 뇌과학 플랫폼 기술이 될 것”이라며 “정교한 인공신경망과 양방향 BCI 기술 개발, 뇌 신경질환 치료법 개발 등에 활용할 수 있다”고 설명했다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 3일자에 실렸다.

장은지 기자 jej@donga.com