인간 유전자 60% 공유… ‘초파리 뇌 지도’도 주목[Who, What, Why]

■ What
인간 뇌 작동 구조 밝힐 가능성

초파리 성체 뇌 지도도 인간 뇌 작동 메커니즘의 비밀을 풀 열쇠로 주목받고 있다.

말라 머시 미국 프린스턴대 신경과학연구소 교수가 이끄는 국제 공동연구팀 ‘플라이와이어 컨소시엄’은 성체 노랑초파리의 완전한 뇌 구조를 완성하고 초파리 뇌의 정보처리 과정을 연구한 결과를 지난 10월 네이처지에 공개했다. 초파리 뇌와 신경 구조를 정밀하게 분석해 ‘뇌 신경 배선도(커넥톰·connectome)’를 그려내는 데 성공한 것이다. 이번 공동연구에는 한국·영국·이스라엘·독일·대만·프랑스 등 12개국 53개 연구기관이 참여했다.

성체 동물의 뇌 커넥톰 완성은 1982년 약 300개 뉴런으로 이뤄진 ‘예쁜꼬마선충’ 이후 처음이다. 지난해 뉴런 3000개가량인 초파리 유충 커넥톰이 사이언스에 공개된 적은 있다. 연구팀은 약 초파리 성체의 14만 개 신경세포(뉴런)와 5000만 개 이상의 뉴런 간 연결(시냅스) 구조를 밝혀냈다. 초파리 성체 뇌의 신경세포 수는 인간보다는 100만 배가량 적은 것으로 알려진다. 하지만 짝짓기·비행 등 다양하고 복잡한 행동을 할 뿐 아니라 학습·생체리듬 유전자 등 인간 유전자의 약 60%를 공유한 것으로 전해진다. 인간 유전 질환의 4분의 3이 초파리에서도 유사한 형태로 나타난다. 연구팀이 이번 초파리 성체 뇌 연구가 사람 뇌 작동의 비밀을 풀 실마리를 가져다줄 수 있을 것으로 기대하는 이유다.

특히 이번 연구 성공 역시 인공지능(AI)기술 발달 덕분이라는 점에서 의미가 크다. 초파리 뇌 지도 완성을 위해 연구진은 초파리 뇌를 꺼낸 뒤 나노미터 두께로 잘라 전자 현미경으로 3차원 이미지를 만들어야 했다. 이후 단면 경계선을 하나씩 색칠해 세포를 구분했다. 전자 현미경으로 시냅스를 구분하고 AI로 연결고리, 구분점 등을 찾아 뇌 지도를 재구성한 뒤 여러 명이 동시에 플랫폼에 접속해 수정 작업을 거친 뒤 지도를 완성했다. 공동연구책임자인 서배스천 승 교수는 “AI 컴퓨팅 발전으로 뇌 신경 배선도를 만드는 것이 가능했다”고 설명했다. 머시 교수도 “이 연구의 전체 데이터베이스(codex.flywire.ai)를 공개해 모든 연구자가 자유롭게 이용할 수 있게 했다”며 “건강한 뇌가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하려는 신경과학자들에게 혁신적인 도움이 되고 미래에 뇌에 문제가 생겼을 때 어떤 일이 일어나는지 비교할 수 있게 되기를 바란다”고 말했다.

박수진 기자 sujininvan@munhwa.com