뇌 조각을 나노미터 단위로 3D 맵핑했다

하버드 대학 연구팀이 뇌 샘플을 두께 34nm로 얇게 썰어 전자현미경으로 촬영한 3D 맵을 공개했다. 3D 맵핑된 부분은 뇌 1mm³ 분량으로 해당 데이터 크기가 무려 1.4PB에 달한다.

3D 맵핑된 부분은 인간 대뇌 피질 일부로 학습, 문제 해결, 감각 신호 처리에 관여하는 뇌 영역이다. 부피는 1mm³에 불과하지만 맵에는 5만 7,000개 세포와 시냅스 1억 5,000만 개가 포함되어 있으며 데이터 크기는 1.4PB라고 한다.

연구팀은 뇌전증 치료를 위해 수술을 받은 45세 여성에게서 채취한 뇌 조각 샘플을 사용했다. 이 샘플은 보존액에 담가 세포를 염색해 가시화한 뒤 34nm 두께로 5,000장 얇게 썰어 전자현미경으로 촬영했다고 한다. 이후 구글 신경과학 연구팀이 AI를 활용해 전자현미경 이미지로부터 3D 맵을 구축했다.

3D 렌더링된 수많은 뉴런이 있는데 뉴런 크기에 따라 색상이 구분되어 있다. 하얀 뉴런 하나에서 뻗어 나온 축삭은 무려 5,600개나 된다. 그 사이를 그물처럼 얽혀 있는 녹색 선이 정보 전달 경로인 시냅스다.

이 3D 맵을 조사해 인간 대뇌 피질에 대한 이해를 심화할 수 있는 방대한 데이터에 접근할 수 있다. 실제로 이 3D 맵을 자세히 분석한 결과 최대 50개 연결을 형성하는 비전통적 뉴런, 자신을 둘러싸며 매듭을 형성하는 뉴런, 거의 완전한 좌우 대칭 뉴런 쌍 등을 발견했다고 연구팀은 보고하고 있다. 하지만 이런 뉴런이 어떤 역할을 하는지는 아직 알려지지 않았다.

연구팀은 다른 사람 뇌 샘플에 대해서도 같은 방식 맵을 만들 계획이지만 전체 뇌에 대한 맵 제작에는 수십 년이 걸릴 것으로 예상하고 있다. 연구팀은 대뇌 피질 작동 원리를 더 깊이 이해하면 정신 질환이나 신경 퇴행성 질환 치료에 실마리를 얻을 수 있을 것이라며 이전에 없었던 수준으로 상세한 이 맵을 통해 뉴런 연결 새 원리가 밝혀지고 인간 뇌 내부 작동 방식 규명에 도움이 될 것이라고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.