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'초정밀 뇌지도' 만든다…人 감정·사고 원리 규명될까

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  • 류준영 기자
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  • 2016.04.07 14:34
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한국뇌연구원, 뇌 커넥톰 제작 및 대뇌피질 융합연구단 운영

한국뇌연구원(원장 김경진)이 인간의 뇌 속 신경세포들이 연결된 구조를 한 눈에 알아볼 수 있는 초정밀 뇌신경망 지도 이른바 '뇌 커넥톰(Connectome)'을 제작한다고 7일 밝혔다.

뇌 커넥톰이 완성되면 기억·성격·지능 등 뇌 속 정보 저장 및 작동 방식을 알 수 있어, 뇌 질환 정복이나 인공지능(AI)개발에 도움이 될 전망이다.

뇌 속 신경세포 연결구조/사진=한국뇌연구원
뇌 속 신경세포 연결구조/사진=한국뇌연구원
뇌연구원에 따르면 뇌 커넥톰은 신경 세포가 다른 신경세포와 어떻게 연결돼 정보를 공유·전달하는지를 파악하는 일종의 '뇌 신경 회로도'다.

이를 통해 인간의 판단과 감정, 정서 등의 뇌기능 원리를 규명할 수 있다. 관계자는 "기억에 해당하는 뇌 신경망 지도부터 분노를 관리·제어하는 뇌 신경망 지도, 시각을 받아들이고 해석하는 뇌신경망 지도 등을 만들 수 있다"고 설명했다.

뇌 커넥톰이 완성되면 뇌질환 치료에 우선 활용될 예정이다. 뇌연구원 관계자는 "치매와 자폐증, 우울증 등의 정신 질환은 아직 정확한 원인을 알 수 없지만, 뇌 지도가 완성될 경우 정상 뇌와 질환에 걸린 뇌 지도를 서로 비교해 신경망 회로의 이상을 손쉽게 찾을 수 있다”며 “끊어지거나 잘못된 부분을 찾아 이 부분을 집중 치료하면 증세를 완화하거나 회복시킬 수 있을 것"이라고 설명했다.

뇌 커넥톰은 또 인공지능(AI) 연구에 활용할 수 있다. 관계자는 "인간의 뇌 신경망 지도를 바탕으로 AI를 설계하거나, 뇌신경망 지도로 드러난 뇌 기능 원리를 바탕으로 AI에 새로운 개발 방향을 제시할 수도 있다"고 말했다.

3차원(D) 전자현미경(연속블록면 주사전자현미경)/사진=한국뇌연구원
3차원(D) 전자현미경(연속블록면 주사전자현미경)/사진=한국뇌연구원
뇌연구원은 뇌 커넥톰을 만들기 위해 대당 10억원에 가까운 3차원(D) 전자현미경(연속블록면 주사전자현미경)을 활용한다는 계획이다. 이는 신경세포 하나하나의 연결까지 확인할 수 있는 첨단 관찰 장비로 국내에서 유일하게 뇌연구원에 1대가 배치돼 있다.

관계자는 "뇌 커넥톰 제작은 3D 전자현미경 개수와 용량의 승부라고 할 수 있다"며 "내년에 1대를 더 추가할 계획"이라고 말했다.

아울러 뇌연구원은 커넥톰 제작을 위해 뇌 기능이 모여 있는 대뇌피질을 연구가 선행되어야 한다며 '뇌 피질 융합연구단'을 새롭게 운영한다고 밝혔다.

대뇌피질은 전두엽(운동), 두정엽(감각, 정보통합, 의사결정), 후두엽(시각), 측두엽(청각, 화학)으로 나뉜다. 연구단은 이중에서 ‘두정엽의 후두정피질’ 부위를 집중 연구한다. 후두정피질은 신체에서 들어온 감각정보를 통합·판단하는 곳이다.

연구단은 이곳에서 의사를 결정하는 특정 신경세포와 신경회로의 활성 과정에 대해 밝혀낸다는 목표다. 연구단 관계자는 "이 부위에서 뇌신경망 지도와 동물 행동 분석 모델을 결합해 감각정보 통합이 의사결정을 이끌어내는 과정을 종합적으로 규명할 것"이라고 설명했다.

해외에선 이미 뇌 커넥톰 연구경쟁이 뜨겁게 전개되고 있다. 관련한 R&D 비용으로 미국은 10년 간 30억 달러(약 3조 6000억원), EU(유럽연합)도 같은 기간 10억 유로(약 1조 3000억원), 일본은 연간 30억 엔(약 308억 원) 등의 막대한 예산을 투입하며 선두경쟁을 치열하게 벌이고 있다.

김경진 뇌연구원장은 "지금은 '뇌 연구의 대항해시대'라고 부를 정도로 선진국들의 선점 경쟁이 치열하다"며 "1000억 개의 뇌 신경세포가 만들어낸 극도로 복잡한 신경망 회로 중 일부만이라도 우리가 선택과 집중을 통해 먼저 밝혀낸다면 선진국과 차별화된 새로운 영역을 개척할 수 있을 것"이라고 말했다.



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