구글·하버드, 쌀한톨보다 작은 조직서 '뇌 지도' 확보

인간 뇌 지도. 사진=하버드대 리히트만연구소 홈페이지 캡쳐.

미국 하버드대 연구진과 구글이 쌀 한 톨보다 작은 뇌 조직을 분석해 인간 뇌 지도를 확보했다.

16일(현지시간) CNN방송 등 외신에 따르면 하버드대 분자세포 생물학 교수인 제프 리히트만 박사는 10여년 전 작은 뇌 조직 하나를 확보했다. 1㎣에 불과한 이 조직은 뇌전증을 앓고 있는 환자의 수술 과정에서 확보한 것이다.

리히트만 박사 연구진은 이 조직을 머리카락의 1000분의 1 두께에 해당하는 30나노미터 굵기로 잘게 잘랐다. 중금속 물질로 염색해 전자현미경으로 살펴본 결과 1㎣ 조직에서는 5만7000여개의 세포와 230㎜의 혈관, 1억5000만개의 시냅스가 관찰됐다. 연구진은 수천개의 조각들을 각각 사진으로 찍고 연결해 미시적인 수준의 3차원 뇌 이미지를 얻었고, 방대한 데이터를 활용하기 위해 초파리의 뇌지도를 그리는 작업을 해온 구글과 손잡았다.

바이렌 자인 박사 등 구글 과학자들은 인공지능(AI)을 활용해 현미경 사진을 연결하고 3차원으로 재구성해냈다. 뇌 지도를 그리는 데 사용된 데이터는 책 10억권 분량이 넘는 1400테라바이트(TB)에 달한다고 외신은 설명했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스'에 게재됐으며, 구글은 이를 '뉴로글랜서'(Neuroglancer)라는 온라인 사이트에도 공개했다. 이번 연구에서는 특히 일부 뉴런 쌍이 50개가 넘는 시냅스로 강하게 연결돼있는 사실도 확인됐다. 이는 마치 한 블록에 있는 두 집에 50개의 전화선이 연결돼있는 것과 같은 것으로, 자인 박사는 왜 이렇게 강하게 연결돼있는지는 연구가 더 필요하다고 설명했다.

리히트만 박사는 이번 연구 결과가 아직 해결하지 못한 의학적인 문제를 이해하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 내다봤다. 그는 특히 정신질환이나 자폐스펙트럼 같은 발달 장애가 있는 사람의 뇌가 일반적인 뇌와 어떻게 다른지를 이해하는 데 도움이 되기를 희망했다. 그러면서 연구에 사용된 데이터들이 방대하기 때문에 누구든지 살펴보고 연구할 수 있도록 이를 온라인에 공개한다고 덧붙였다.

연구진은 다음에는 쥐의 뇌에 대한 전체적인 지도를 그리는 것을 목표로 하고 있다. 쥐의 뇌에 대한 전체적인 지도를 그리는 데는 인간의 뇌 표본 지도를 그리는 데 필요한 데이터보다 500배에서 1000배가량 더 많은 데이터가 필요할 것으로 추정된다.

리히트만 박사는 "이것이 완전한 포유류의 뇌지도를 완성하는 분수령이 될 것"이라고 언급했다. 그는 인간의 뇌 전체 지도를 그리는 데는 1제타바이트에 해당하는 데이터가 필요하며, 현재로서는 그만큼의 데이터를 저장하기도 어렵지만 잘 보존된 인간의 뇌를 확보할 수 있는 윤리적인 방안도 없다고 덧붙였다.

정동훈 기자 hoon2@asiae.co.kr