뇌질환 근본적 이해 통한 치료방법 개발 위한 원리 발견
고위 뇌 기능(기억, 정보의 통합, 감정, 의사결정 등)을 담당하는 대뇌피질로 유입되는 신경 신호가 서로 협조를 통해 효과적으로 정보를 전달하고 있는 것으로 나타났다.
한국뇌연구원은 대뇌피질융합연구사업단 라종철 단장과 김나리 연구원 등은 이 같은 해부학적 증거를 발견했다고 23일 밝혔다.
우리 뇌의 운동과 감각정보처리과정을 인공지능(AI) 알고리즘 개발에 이미 적용해 인공지능신경망 구축에 활용해 왔으나, 우리 뇌의 이종 세포간의 서로 다른 정보처리과정은 명확하게 규명돼 있지 않았다.
이에 연구팀은 실험동물(쥐)를 이용해 쥐의 수염이 움직이는 정보에 반응하는 뇌 부위(시상) 중 운동을 담당하는 신경세포의 핵(POm)과 물체와의 접촉과 운동 정보를 코딩하는 운동피질(vM1)이 체성감각을 담당하는 뇌부위로의 시냅스 연결을 분석했다.
분석 결과, 배열단층촬영기법을 사용해 이러한 기능적 유닛이 운동정보와 체성감각정보가 각자 고유의 군집을 형성하고 있으며, 두 군집이 서로 가깝게 존재해 시냅스간의 협조를 일으키며 효과적인 정보 전달을 만들 수 있는 것으로 나타났다.
앞서 라종철 단장과 김나리 연구원은 그동안 쥐의 수염이 움직이는 신경세포 간 연결(시냅스)의 군집이 능동적 신호전달의 “기능적 단위(functional unit)” 역할을 수행함을 통합적으로 연구해 왔다.
이번 연구로 ▲뇌의 기능적 단위의 정체를 규명 ▲서로 다른 정보의 공유와 활용 ▲뇌 세포의 물리적 거리를 극복한 정보의 전달 과정을 발견한 것으로, 이러한 연구팀은 정보처리과정의 원리를 인공지능 개발에서도 응용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
또한 연구팀은 뇌의 복잡한 신경회로의 연결 특이성(임의의 연결이 아닌 특성을 가진 시냅스간의 특이적 연결)을 파악하고, 신경세포의 고유 기능에 대한 연구로 중요한 정보를 제공할 수 있으며, 이를 토대로 뇌지도 작성 및 해독 연구에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 전망하고 있다.
이번 연구의 책임자인 라종철 단장은 "이종의 신경세포간의 연결과 분포 정도, 그리고 서로 다른 정보를 가진 두 개의 시냅스가 대뇌피질에서 어떻게 작용하여 물체를 인지하고 운동하는지에 대한 근본 원리를 이해하는 데 도움이 될 수 있는 발견"이라고 말했다.
이어 “이번 연구 결과는 분자변이로 설명할 수 없는 연결체 변이로 인한 뇌질환을 극복하고, 인간 뇌를 모사한 인공지능 개발의 단초를 제공할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
한편, 이번 연구는 한국뇌연구원 기관고유사업, 디지스트 R&D 프로그램, 뇌과학원천기술개발사업 지원을 통해 수행됐다. 연구 결과는 신경과학 분야의 국제 저명 학술지 ‘Cerebral Cortex’에 지난 5일 온라인 게재됐다.
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| ▲최준호ㆍ김나리ㆍ라종철ㆍ반상규 연구원 (사진= 한국뇌연구원 제공) |
고위 뇌 기능(기억, 정보의 통합, 감정, 의사결정 등)을 담당하는 대뇌피질로 유입되는 신경 신호가 서로 협조를 통해 효과적으로 정보를 전달하고 있는 것으로 나타났다.
한국뇌연구원은 대뇌피질융합연구사업단 라종철 단장과 김나리 연구원 등은 이 같은 해부학적 증거를 발견했다고 23일 밝혔다.
우리 뇌의 운동과 감각정보처리과정을 인공지능(AI) 알고리즘 개발에 이미 적용해 인공지능신경망 구축에 활용해 왔으나, 우리 뇌의 이종 세포간의 서로 다른 정보처리과정은 명확하게 규명돼 있지 않았다.
이에 연구팀은 실험동물(쥐)를 이용해 쥐의 수염이 움직이는 정보에 반응하는 뇌 부위(시상) 중 운동을 담당하는 신경세포의 핵(POm)과 물체와의 접촉과 운동 정보를 코딩하는 운동피질(vM1)이 체성감각을 담당하는 뇌부위로의 시냅스 연결을 분석했다.
분석 결과, 배열단층촬영기법을 사용해 이러한 기능적 유닛이 운동정보와 체성감각정보가 각자 고유의 군집을 형성하고 있으며, 두 군집이 서로 가깝게 존재해 시냅스간의 협조를 일으키며 효과적인 정보 전달을 만들 수 있는 것으로 나타났다.
앞서 라종철 단장과 김나리 연구원은 그동안 쥐의 수염이 움직이는 신경세포 간 연결(시냅스)의 군집이 능동적 신호전달의 “기능적 단위(functional unit)” 역할을 수행함을 통합적으로 연구해 왔다.
이번 연구로 ▲뇌의 기능적 단위의 정체를 규명 ▲서로 다른 정보의 공유와 활용 ▲뇌 세포의 물리적 거리를 극복한 정보의 전달 과정을 발견한 것으로, 이러한 연구팀은 정보처리과정의 원리를 인공지능 개발에서도 응용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
또한 연구팀은 뇌의 복잡한 신경회로의 연결 특이성(임의의 연결이 아닌 특성을 가진 시냅스간의 특이적 연결)을 파악하고, 신경세포의 고유 기능에 대한 연구로 중요한 정보를 제공할 수 있으며, 이를 토대로 뇌지도 작성 및 해독 연구에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 전망하고 있다.
이번 연구의 책임자인 라종철 단장은 "이종의 신경세포간의 연결과 분포 정도, 그리고 서로 다른 정보를 가진 두 개의 시냅스가 대뇌피질에서 어떻게 작용하여 물체를 인지하고 운동하는지에 대한 근본 원리를 이해하는 데 도움이 될 수 있는 발견"이라고 말했다.
이어 “이번 연구 결과는 분자변이로 설명할 수 없는 연결체 변이로 인한 뇌질환을 극복하고, 인간 뇌를 모사한 인공지능 개발의 단초를 제공할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
한편, 이번 연구는 한국뇌연구원 기관고유사업, 디지스트 R&D 프로그램, 뇌과학원천기술개발사업 지원을 통해 수행됐다. 연구 결과는 신경과학 분야의 국제 저명 학술지 ‘Cerebral Cortex’에 지난 5일 온라인 게재됐다.
메디컬투데이 이재혁 ([email protected])
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