KAIST 조광현 교수팀 성과…뇌 질환 치료 원천기술 개발 도움
(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 바이오 및 뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 뇌파 생성과 변조를 담당하는 핵심 신경회로를 규명했다고 14일 밝혔다.
뇌의 다양한 기능은 뉴런(신경세포) 사이의 복잡한 상호작용을 통해 이뤄진다.
뉴런의 동시다발적인 발화로 형성되는 뇌파는 뇌의 활동 상태를 측정하는 가장 중요한 지표다.
뇌파가 비정상적인 생성이나 변조 현상을 보이면 다양한 뇌 질환을 일으킬 수 있다는 게 학계의 관점이다.
그런데 뇌파 생성·변조는 예측할 수 없는 특성을 지녀서 기존의 신경 생물학 실험을 통해선 원리를 파악하는 게 어려웠다.
조 교수 연구팀은 시스템 생물학 기반 연구방법을 통해 뇌파 생성·변조 원리를 분석했다.
연구팀은 여러 뇌 영역 중 감각 피질(sensory cortex)에 특히 주목했다.
감각 피질은 외부 감각 정보를 처리하거나 통합·조절하는 핵심 영역으로, 여러 주파수 대역의 뇌파 변조를 관측할 수 있다.
연구팀은 쥐의 감각 피질 내 뉴런 종류와 뉴런 간 연결성 정보를 이용해, 감각 피질을 구성하는 뉴런과 이들을 연결하는 시냅스를 수학 모델을 통해 표현했다.
이를 통해 '흥분성·억제성 뉴런으로 구성된 양성 피드백과 음성 피드백의 중첩된 구조가 뇌파의 생성·주파수 변조 현상 핵심회로'라는 점을 최초로 확인했다.
아울러 뉴런 간 시냅스의 특정 연결 강도가 신경회로 뇌파 생성·변조 기능을 극대화하는 최적의 조합이라는 점도 밝혀냈다.
조광현 교수는 "지금껏 뇌파 생성 및 변조를 담당하는 핵심 신경회로는 규명된 바가 없었다"며 "뉴런 간 복잡한 연결성에 숨겨진 설계 원리를 시스템 생물학 연구를 통해 찾아낸 것"이라고 말했다.
시스템 생물학 접근을 통한 이런 성과는 인공지능 발전에도 기여할 것으로 연구팀은 기대하고 있다.
자폐증이나 집중력 조절 장애 등과 관련된 신경회로 규명이나 두뇌 치료 기술 개발 등 원천 의료기술 개발에도 도움이 될 것으로 보인다.
연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 중견연구자지원사업·바이오·의료기술개발사업, 삼성전자 미래기술육성센터 지원을 받아 수행했다.
이병욱 박사과정, 신동관 박사, 스티븐 그로스 박사가 함께한 연구 논문은 국제학술지 '셀 리포트'(Cell Reports) 6일 자 온라인판에 실렸다.
walden@yna.co.kr
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