10만명 MRI 사진으로 뇌 일생 지도 완성

[사이언스카페] 미영 연구진, 네이처 최신호에 발표
태아부터 100세 노인까지 MRI 사진 12만장 분석

뇌 MRI 사진. 전 세계에서 10만명 이상의 뇌를 찍은 MRI 사진 12만여장으로 세계 최고 수준의 뇌 성장도표가 완성됐다./영 카디프대

전 세계 10만 명 이상의 뇌 영상을 토대로 세계 최고 수준의 뇌 성장 지도가 완성됐다. 소아과에서 아이의 키와 몸무게를 재고 표준 성장도표와 비교하듯, 앞으로 뇌 발달이 또래와 다른지 확인해 뇌질환을 조기 진단할 수 있을 것으로 기대된다.

영국 케임브리지대의 에드워드 불모어 교수와 미국 펜실베이니아대의 아론 알렉산더-블로흐 교수가 이끈 국제 공동 연구진은 “어머니 뱃속에 있는 태아부터 노인까지 인간의 생애 전반에 걸쳐 뇌영상을 수집, 분석해 표준 뇌 성장도표를 만들었다”고 국제 학술지 ‘네이처’ 최신호에 발표했다.

◇태아부터 100세 노인까지 MRI 사진 분석

뇌 성장도표를 만들려면 수많은 사람의 뇌 영상이 필요하다. 연구진은 새로 뇌 영상을 찍는 대신 전 세계에서 진행된 뇌 연구 100여건을 이용했다. 이 방식으로 10만1457명의 뇌를 찍은 자기공명영상(MRI) 사진 12만3984장을 확보했다. MRI 영상은 수정 후 100일이 갓 넘은 태아부터 100세 노인까지 일생동안 뇌가 어떻게 변하는지 보여줬다.

분석 결과 뇌 크기는 생후 4개월에 최대 용량의 10% 수준이다가 만 3세에 80%까지 성장하는 것으로 나타났다. 11세쯤 최고조에 이르렀다. 그 중 인지능력을 담당하는 대뇌 피질의 회색질은 5.9세에 최고 부피를 기록했다. 이는 지금껏 추정한 것보다 2~3년 늦은 것이다. 뇌 인지능력은 생각보다 더디게 발달한다는 말이다.

피질의 두께는 1.7세에 가장 두꺼웠다. 뇌 안쪽에 신경섬유가 모여 있는 백색질은 29세 직전에 부피가 최고치를 보였다. 백색질은 신경세포를 연결하는 조직이다. 반대로 뇌 척수액은 성인이 되면서 뇌조직이 줄어드는 속도가 빨라지자 급격히 증가했다.

논문 교신저자인 케임브리지대의 리처드 베들레헴 박사는 “뇌 성장도표는 아직 초기 단계지만 이미 뇌 발달에 대한 여러 가지 새로운 통찰력을 제공했다”며 “자료를 모아 도표를 더 발전시키면 병원에서 일상적으로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

미국 플로리다 국제대의 안젤라 레어드 교수는 네이처 인터뷰에서 “연구진이 수집한 방대한 자료가 엄청나게 인상적”이라며 “이 분야에 완전히 새로운 표준을 만들었다”고 평가했다.

뇌 성장도표. 인지기능을 담당하는 대뇌 피질의 회색질(진한 주황색)은 6세 직전 최고조로 발달하며, 연결조직인 뇌 안쪽 백색질(연한 주황색)은 29세 무렵 최고조에 달했다. 피질의 두께(연한 파란색)은 1.7세에 가장 두꺼웠다. 뇌척수액(진한 파란색)은 성인이 되면서 뇌조직이 감소함에 따라 급격히 증가했다./Nature

◇뇌 수축 속도 통해 치매 조기진단도 가능

연구진은 앞으로 뇌 성장도표를 이용해 뇌질환을 조기 진단할 수 있다고 기대했다. 키가 사람마다 다르듯 뇌 크기도 제각각이다. 하지만 뇌가 또래보다 빨리 줄어들면 알츠하이머 치매 가능성이 크다고 볼 수 있다.

공동 교신저자인 펜실베이니아대의 제이콥 세이들리츠 박사는 “이번 연구는 알츠하이머 치매와 경도인지장애, 조현병이 같은 나이와 성별에 일반적인 뇌에 비해 뇌 조직 구조를 눈에 띄게 변화시키는 것을 확인했다”고 밝혔다.

또 뇌질환이 뇌에 미치는 영향이 남녀에 따라 다르다는 사실도 새로 밝혀졌다. 예상과 달리 자폐증은 남녀 차이가 없었지만 주의력결핍과잉행동장애(ADHD)에 걸린 남성은 뇌 회색질과 백색질, 척수액 부피가 줄지만 여성 환자는 오히려 약간 증가하는 것으로 나타났다.

물론 이번 뇌 성장도표는 전체 인구집단을 제대로 반영하지 못한다는 한계가 있다. MRI 자료는 대부분 북미와 유럽에서 대학을 졸업한 백인의 영상이었다. 연구진이 분석한 100여건 연구 중 남미에서 나온 것은 3건, 아프리카는 1건에 그쳤다. 연구진은 앞으로 뇌 성장도표에 제대로 반영하지 못한 사회경제 계층이나 인종의 MRI 자료를 더 많이 수집해 성장도표를 더 발전시키겠다고 밝혔다.