인간 뇌 조각의 가장 큰 3D 재구성이 이루어졌습니다.

뇌 조직 1세제곱밀리미터는 그리 크지 않아 보일 수 있습니다. 하지만 그 작은 정사각형 안에 5만 7천 개의 세포, 230밀리미터의 혈관, 그리고 1억 5천만 개의 시냅스, 총 1,400테라바이트의 데이터가 들어 있다는 점을 고려하면, 하버드와 구글 연구진은 엄청난 진전을 이룬 것입니다.

분자 및 세포 생물학과 제레미 R. 놀스 교수이자 과학부 신임 학장인 제프 리히트먼이 이끄는 하버드 팀과 구글 연구진은 시냅스 수준에서 지금까지 인간 뇌의 가장 큰 3차원 재구성을 만들어냈습니다. 이를 통해 쌀알 반 개 크기 정도의 인간 측두 피질 부분에 있는 모든 세포와 신경 연결 네트워크를 생생하게 보여줍니다.

사이언스(Science) 저널 에 게재된 이 성과는 구글 리서치(Google Research) 과학자들과의 거의 10년간의 협업의 최신 성과입니다. 이 협업은 라이트먼(Lichtman) 전자 현미경과 AI 알고리즘을 결합하여 포유류의 매우 복잡한 신경 배선을 색상으로 구분하고 재구성합니다. 이 논문의 공동 제1저자는 하버드대 박사후연구원 알렉산더 섐슨-코(Alexander Shapson-Ko), 구글 리서치의 미칼 야누셰프스키(Michal Januszewski), 그리고 하버드대 박사후연구원 다니엘 버거(Daniel Berger)입니다.

미국 국립보건원의 BRAIN 이니셔티브의 지원을 받는 이 협업의 궁극적인 목표는 마우스 뇌 전체의 신경 연결성에 대한 고해상도 지도를 만드는 것입니다. 이를 위해서는 인간 대뇌 피질 1세제곱밀리미터에서 얻은 데이터보다 약 1,000배 더 많은 데이터가 필요합니다.

"조각"이라는 단어는 아이러니합니다. 테라바이트는 대부분의 사람들에게 엄청난 양이지만, 인간 뇌의 조각, 아주 작은 부분일지라도 여전히 수천 테라바이트에 달합니다.

Jeff Lichtman, 분자 및 세포 생물학 Jeremy R. Knowles 교수

Science에 게재된 최신 지도에는 이전에는 볼 수 없었던 뇌 구조의 세부 정보가 담겨 있는데, 그중에는 최대 50개의 시냅스로 연결된 희소하지만 강력한 축삭망이 포함됩니다. 연구팀은 또한 소수의 축삭이 광범위한 나선형을 형성하는 등 조직에서 몇 가지 특이점을 발견했습니다. 간질 환자에게서 샘플을 채취했기 때문에 이러한 비정상적인 구조가 병적인 것인지 아니면 단순히 드문 현상인지는 아직 확실하지 않습니다.

라이트먼의 연구 분야는 "연결체학(connectomics)"으로, 유전체학과 마찬가지로 개별 세포와 연결망까지 뇌 구조의 완전한 목록을 구축하는 것을 목표로 합니다. 이러한 완전한 지도는 과학자들이 아직 거의 알지 못하는 뇌 기능과 질병에 대한 새로운 이해로 나아가는 길을 밝혀줄 것입니다.

구글의 최첨단 AI 알고리즘은 뇌 조직을 3차원으로 재구성하고 지도화할 수 있습니다. 또한, 연구팀은 연구자들이 커넥톰을 탐색하고 주석을 달 수 있는 공개 도구 세트를 개발했습니다.

구글 리서치 펠로우인 비렌 제인은 "이 프로젝트에 막대한 투자가 이루어졌기 때문에 다른 사람도 이 연구의 혜택을 누릴 수 있는 방식으로 결과를 제시하는 것이 중요했습니다."라고 말했습니다.

다음으로, 연구팀은 기억과 신경 질환에 중요한 역할을 하기 때문에 신경 과학에서 중요한 역할을 하는 쥐 해마 영역을 표적으로 삼을 것입니다.