퇴행성뇌질환 원인 뇌 위축 패턴 찾았다…뇌 영상 5만장, AI로 분석

미국 펜실베이니아 페렐만의대

노화로 손상이 일어난 뇌를 표현한 이미지. 게티이미지뱅크 제공

5만개의 뇌 스캔 영상을 분석한 결과 노화나 신경퇴행성 질환과 관련된 뇌 위축의 다섯 가지 뚜렷한 패턴이 확인됐다. 이러한 뇌의 위축은 유전적 요인 뿐만 아니라 흡연이나 알코올 섭취와 같은 생활 습관에도 영향을 받는 것으로 나타났다.

20일 학계에 따르면 크리스토스 다바치코스 미국 펜실베이니아대 페렐만의대 교수 연구팀은 성인 8992명의 뇌 자기공명영상(MRI)을 촬영한 결과 이같은 사실을 확인한 연구 결과를 국제학술지 '네이처'에 15일 발표했다. 

앞선 연구에선 기계학습으로 MRI을 분석하면 노화로 인한 체내의 미묘한 변화를 확인할 수 있는 것으로 나타났다. 기존의 연구는 비교적 작은 규모로 이뤄졌기 때문에 뇌의 변화를 상세히 분석하는 데는 어려움이 있었다.

이번 연구에서는 노화로 인한 뇌의 변화를 광범위하게 확인하기 위해 뇌 형상을 분석하는 데 적합한 알고리즘이 사용됐다. 연구팀은 20세에서 49세 사이의 건강한 사람 1150명과 인지 기능 저하를 겪은 노인 등 총 8992명의 뇌 MRI를 인공지능(AI) 알고리즘에 훈련시켰다. 이를 통해 알고리즘이 노화된 뇌에서 반복적으로 나타나는 특징을 인식하게 했다. 

연구팀은 이렇게 훈련된 알고리즘이 5만 명의 MRI 데이터를 분석하게 했다. 그 결과 뇌가 위축되는 5가지 패턴이 도출됐다.

연구진은 노화와 관련된 뇌 퇴행 질환들을 이 다섯 가지 패턴과 연결지었다. 그 결과 같은 질환을 가진 사람이라도 약간씩 개인차가 있는 것으로 나타났다. 또 뇌의 위축은 질환에 따라 동시에 여러 패턴이 관찰되기도 했다. 예를 들어 치매와 그 전조 증상인 경도 인지 장애는 다섯 가지 패턴 중 세 가지와 연관성이 있었다.

연구팀은 이번에 발견한 뇌 위축 패턴이 향후 뇌가 얼마나 퇴행할지 예측하는 데 활용될 것으로 기대했다. 특정한 뇌 위축 패턴은 파킨슨병이나 알츠하이머병과 같은 질환과 관련이 있었으며 어떠한 세 가지 패턴이 동시에 나타났을 때는 사망률을 올라갈 가능성이 높았다.

연구팀은 또 특정 뇌 위축 패턴이 알코올 섭취 및 흡연을 포함한 다양한 환경적 요인과 연관이 있음을 확인했다. 연구를 이끈 다바치코스 교수는 "이러한 결과는 다른 장기 시스템의 손상이 뇌에 영향을 미칠 수 있기 때문에 전반적인 신체 건강이 신경 건강에 미치는 영향을 반영하는 것일 수 있다"고 말했다.

그러면서도 "뇌 위축의 다섯 가지 패턴이 노화한 뇌의 모든 패턴을 담아낼 수 있다는 의미는 아니다”라고 강조했다. 후속 연구에선 더 다양한 민족의 뇌 데이터를 대상으로 광범위한 신경학적 상태를 반영한 뇌의 변화를 관찰할 계획이다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]