프린스턴대 연구진이 이끄는 과학 컨소시엄인 플라이와이어(FlyWire)가 세계에서 처음으로 초파리 뇌 전체 연결망(Connectomics)을 구축하는 데 성공했다. 초파리는 지금까지 커넥토믹스가 완성된 동물 중 가장 복잡한 뇌를 갖고 있어 인간 뇌를 이해하는 데 중요한 진전이 될 것으로 기대된다.
프린스턴대가 주도하고 122개 연구기관에 속한 146개 연구실이 참여한 플라이와이어는 초파리 전체 뇌 커넥토믹스를 완성하는 걸 목표로 한 컨소시엄. 커넥토믹스란 생물 신경계를 구성하는 신경 세포(뉴런)와 이들 사이 연결 지점인 시냅스를 상세히 나타낸 신경 회로 지도를 의미한다.
이전에는 302개 뉴런을 가진 선충과 3,000개 뉴런을 가진 초파리 유충 뇌를 성공적으로 맵핑한 바 있지만 성체 초파리는 훨씬 더 복잡한 뇌를 갖고 있으며 뉴런 수는 14만 개, 시냅스는 5,000만 개에 달한다.
연구팀은 뇌 기능은 어떤 뉴런이 다른 뉴런과 연결되는지 그리고 그 연결 강도에 크게 의존한다며 뉴런이 어떻게 작동하는지 이해하려면 단순한 뉴런 하나만이 아닌 뇌 전체의 복잡한 네트워크를 봐야 한다고 강조했다.
연구팀은 뇌를 이해하기 위해 지도를 만드는 건 마치 구글 지도 없이 새로운 장소로 운전하고 싶지 않은 것과 같다며 연구자가 뇌를 더 깊이 탐구하고 이해할 수 있도록 도와준다고 설명했다.
초파리 뇌는 직경 750μm, 높이 350μm, 두께 250μm로 매우 작다. 연구팀은 초파리 뇌를 촬영한 이미지 2,100만 장을 기반으로 뉴런과 시냅스를 3D 이미지로 맵핑했다. 이를 위해 AI 모델을 사용했으며 인간 연구자는 AI가 생성한 결과를 검토하고 라벨링하는 작업을 담당했다. 이 연구는 논문 9편을 통해 초파리 전체 뇌 커넥토믹스가 완성되었음을 보고했다.
연구팀은 이미 초파리 뇌 커넥토믹스를 플라이와이어 코덱스(FlyWire Codex)라는 웹사이트에 공개했으며 연구자는 이를 통해 데이터를 다운로드하거나 뉴런과 시냅스 경로를 탐색할 수 있다. 연구팀은 초창기부터 데이터를 공개해왔고 연구자에게 과학적으로 어떤 연구든 하라. 단, 교정과 주석 작업을 도와달라고 말했다고 설명했다.
연구팀은 이 뇌 지도를 통해 어떤 뉴런이 어떤 행동과 관련이 있는지에 대한 의문을 해결할 수 있게 됐다며 새로운 실험을 통해 새로운 가설이 만들어지며 이를 커넥토믹스와 연계해 재현할 수 있는 게 흥미롭다며 다만 지금이 끝이 아니라 시작에 불과하다고 강조했다.
인간 뇌는 초파리보다 훨씬 복잡하지만 초파리는 인간 DNA 60%를 공유하고 있으며 인간 유전병 중 75%가 초파리와 유사한 점이 있다. 따라서 초파리 뇌를 이해하는 건 복잡한 인간 뇌를 이해하는 데 중요한 초석이 될 것으로 기대된다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.