쌀알만 한 마우스 뇌가 보여준 ‘우주의 지도’ – 과학이 만든 3D 뇌 연결망

안녕하세요 꾸꾸입니다!

 

 

우주의 신비로움은 어디에 있을까요?
은하계 너머? 블랙홀 속? 어쩌면 그보다 더 가까운 곳, 바로 우리의 뇌 안에 있을지도 모릅니다.

최근 과학자들이 쌀알만 한 마우스 뇌 조직을 기반으로 역사상 최초의 정밀한 3차원 뇌 연결망(Connectome) 지도를 만들어내며 전 세계 뇌과학계를 놀라게 했습니다. 이 연구는 단순히 마우스의 뇌 구조를 넘어, 인간의 뇌와 질병을 이해하는 데도 중대한 전환점을 제공할 것으로 기대됩니다.

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뇌 속 1㎣가 가진 놀라운 세계

연구팀은 마우스의 시각 피질 중 단 1㎣의 조직을 분석했습니다. 이 조그마한 조직 안에 들어있던 것은:

• 84,000개의 뉴런
• 5억 개 이상의 시냅스
• 5.4km의 신경 회로
  (뉴욕 센트럴파크 길이의 1.5배에 해당)

“단지 이 작은 뇌 속 연결망을 보는 것만으로도 은하계를 들여다보는 듯한 경외감을 느낍니다.”
— Dr. Forrest Collman, 앨런 뇌과학 연구소

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어떻게 만들어졌을까?

연구 과정 요약

단계	내용
1단계	마우스가 깨어 있는 상태에서 시각 자극(영화·익스트림 스포츠 영상 등)을 보게 함
2단계	해당 뇌 조직을 28,000개 이상의 얇은 슬라이스로 분할 (두께: 머리카락의 1/400 수준)
3단계	전자현미경으로 모든 슬라이스를 이미지화
4단계	AI를 통해 뉴런 경로 추적 및 색상 분할 (세그멘테이션)
5단계	모든 이미지와 정보 통합 → 3D 연결망 완성

해당 작업은 자동화된 기계를 사용했지만, 12일간 교대로 24시간 감시해야 했을 만큼 긴장감이 큰 작업이었다고 연구진은 말합니다.

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‘커넥톰(connectome)’이란?

커넥톰은 신경세포(뉴런)들의 연결 구조를 지도처럼 그린 것을 의미합니다. 이번 마우스 뇌 지도는 이 영역에서 역사적인 첫걸음으로 평가받고 있습니다.

“커넥톰은 뇌과학의 디지털 혁신을 뜻합니다.
몇 번의 키 입력만으로 박사 논문 하나 분량의 데이터를 단숨에 검색할 수 있게 되었죠.”
— Dr. Sebastian Seung, 프린스턴대학교

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1.6페타바이트 데이터의 위력

단 1㎣에서 생성된 데이터는 무려 1.6PB (페타바이트). 이는:

• HD 영상 기준 약 22년 연속 재생 분량
• 모든 데이터를 일반 대중과 연구자들에게 무료 공개

이는 향후 AI·머신러닝 훈련, 뇌 질환 모델 분석, 신약 개발에도 활용될 수 있습니다.

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뇌질환 연구에 새로운 지평

이 커넥톰 지도를 통해 다양한 인간 뇌질환에 대한 연구가 가능해집니다.

뇌 질환	관련된 뇌 기능 이상
알츠하이머병	시냅스 손실, 뉴런 간 연결 차단
파킨슨병	운동 조절 회로 이상
자폐 스펙트럼	감각 통합 및 사회성 연결망 문제
정신분열증	인지 처리 회로 불균형

“고장 난 라디오를 고치려면 회로도가 필요합니다.
이제 우리는 그 회로도를 갖게 된 셈이죠.”
— Dr. Nuno Maçarico da Costa, 앨런 연구소

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인간 뇌 지도도 가능할까?

현재까지는 불가능하지만, 과학자들은 희망을 이야기합니다.

• 마우스 뇌 → 인간 뇌: 약 1,500배 더 큼
• 기술적 한계, 윤리적 문제, 시간 소요가 모두 커짐

하지만 단순 연결망(axon) 추적 수준이라면 수 년 안에 가능할 수도 있다는 전망도 나옵니다.

“전체 인간 뇌의 연결망을 구축하는 건 먼 미래의 과제지만, 우리는 그 가능성에 한 발짝 다가섰습니다.”
— Dr. Clay Reid, 앨런 연구소

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과학의 다음 여정

• 2024년: 초파리 뇌 전체 커넥톰 완성
• 2025년: 마우스 뇌 1㎣ 커넥톰 완성
• 향후 목표: 전체 마우스 뇌 연결망 구축 (3~4년 내 가능 예상)
• 궁극의 목표: 인간 뇌 커넥톰 구축과 뇌 질환 치료 혁신