‘뇌 지도 제작 가능성 열려’…KIST, 초소형 분석 시스템 개발

3D 인공 뇌 회로와 자극 및 신경 신호 측정을 위한 3차원 다기능 전극 어레이[사진 = KIST]

뇌 세포 간 연결 관계를 볼 수 있는 ‘뇌 지도’를 작성할 수 있는 가능성이 열렸다.

한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 조일주·최낙원 박사팀이 입체 형태의 인공 뇌 회로를 망가뜨리지 않고 정밀하게 자극하고 세포 단위의 신경 신호를 내부의 여러 곳에서 실시간으로 측정할 수 있는 초소형 분석 시스템을 개발했다고 28일 밝혔다.

연구진이 개발한 3차원 다기능 신경 신호 측정 시스템은 머리카락 절반 정도인 50㎛(마이크로미터, 100만분의 1미터) 두께의 실리콘 탐침 어레이에 63개의 침 형태의 전극을 집적한 형태다.

인공 뇌에 꽂아 뇌 신경망 회로 내부 여러 곳의 신호를 동시에 측정할 수 있다.

연구팀은 개발된 시스템을 이용해 인공 뇌의 뇌세포를 빛으로 자극하고 이에 반응해 전파되는 신호를 여러 곳에서 동시에 측정해 뇌 신호의 전파속도가 뇌세포 부위별로 다름을 밝혀냈다.

뇌지도를 작성하는 데 전자현미경을 통해 제작할 수 있는 구조적 뇌 지도 뿐만 아니라 복잡한 인공 뇌 회로망 내에서 뇌 회로가 어떻게 기능적으로 연결돼 있는지를 보여주는 3차원 기능적 뇌지도를 작성할 수 있는 가능성을 확인했다.

KIST 최낙원 박사는 “개발한 시스템을 통해서 다양한 뇌 발달 장애와 뇌 질환의 원인 및 치료 방법 등을 연구할 수 있게 됐다”라고 말했다.

공동 연구책임자인 조일주 박사는 “기존에는 불가능하였던 3차원의 인공 뇌 기능 측정을 가능하게 하는 시스템 개발로 다양한 뇌 질환 치료제 개발 기간을 획기적으로 단축할 수 있는 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단의 미래뇌융합기술개발사업으로 수행됐으며, 이번 연구 결과는 ‘Nature Communications’ (IF: 12.121) 최신 호에 게재됐다.