국내외 유수 대학 연구팀에서 활용 중 “정확성 매우 뛰어나”
[대전=뉴스봄] 육군영 기자 = 3차원 뇌신경지도로 복잡한 신경의 분포를 정확하게 파악 가능한 기술이 국내 연구팀에 의해 개발됐다.
8일 KAIST는 실험용 쥐의 뇌 절편 영상을 자동으로 보정하고 규격화해 신경세포의 3차원 분포정보를 정확하게 얻을 수 있는 핵심 분석기술을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.
개발을 주도한 바이오 및 뇌공학과 백세범 교수 연구은 이번 기술이 실험자의 경험에 의존하던 기존 분석 방식에서 탈피해 여러 개체에서 얻은 뇌 이미지를 3차원 지도상에서 비교 분석할 수 있도록 한데 그 의의가 있다고 설명했다.
현재 이 기술은 KAIST내 여러 실험실과 미국 MIT, 하버드(Harvard), 칼텍(Caltech), UC 샌디에고(San Diego) 등 세계 유수 대학의 연구그룹에서 진행하는 뇌 신경 세포의 네트워크 분석에 활용되고 있다.
연구팀은 이 기술을 활용해 UC 버클리대학의 양단(Yang Dan) 교수와의 공동연구에도 참여했고 그 결과를 국제 학술지 `사이언스 (Science)' 1월24일 자에 발표한 바 있다. (논문명: A Common Hub for Sleep and Motor Control in the Substantia Nigra).
저명한 국제 학술지 `셀(cell)'의 온라인 자매지 `셀 리포츠(Cell Reports)'에도 지난달 26일 최우철 박사과정과 송준호 연구원이 공동 제1 저자로 참여한 논문이 게제됐다.(논문명 : Precise mapping of single neurons by calibrated 3-D reconstruction of brain slices reveals topographic projection in mouse visual cortex)
백 교수 연구팀은 美 Allen Brain Atlas 프로젝트에서 제공한 쥐 두뇌의 3차원 표준 데이터로 임의의 각도에서 잘라낸 뇌 절편 이미지를 창의적으로 활용했다
먼저 연구팀은 이미지를 SURF(Speeded Up Robust Feature Points) 특징점과 HOG(Histogram of Oriented Gradients descriptor) 형상 기술자를 이용해 데이터베이스와 비교했다.
그 결과 실험에서 얻은 뇌 이미지와 가장 잘 일치하는 데이터베이스의 3차원 위치를 100마이크로미터(μm), 1도 이내의 오차로 찾아낼 수 있었다.
이어 연구팀은 2차원 뇌 이미지의 위치 정보를 3차원 공간상의 위치로 정확히 계산하고 여러 개체에서 얻어진 신경세포의 위치를 동일한 3차원 공간에 투영해 정확하게 분석할 수 있음을 확인했다.
따라서 이 기술을 활용하면 다양한 기법으로 생성된 뇌 슬라이스 이미지를 이용해 신경세포의 3차원 위치를 뇌 전체에서 자동적으로 계산할 수 있어 기존의 방법으로는 분석하기 어려운 수천~수만 개의 신경세포들의 정확한 뇌 내 분포위치 및 상대적 공간배열을 한번에 분석하는 것이 가능하다.
또 신경세포들의 연결성을 표준적으로 보정된 3차원 공간에서 표현할 수 있어 특정 뇌 영역 간의 연결은 물론 뇌 전역의 네트워크 분포를 여러 개체의 데이터를 사용해 동시분석도 가능해 시간과 비용을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
백 교수는 "이번 연구를 통해 개발된 기술은 형광 뇌 이미지를 이용하는 모든 연구에 바로 적용할 수 있을 뿐만 아니라 그 밖에 다양한 종류의 이미지 데이터에도 광범위하게 적용 가능하다ˮ면서 "향후 쥐의 뇌 슬라이스를 이용하는 다양한 분석에 표준적인 기법으로 자리 잡을 수 있을 것으로 기대된다ˮ고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단의 이공분야기초연구사업 및 원천기술개발사업, KAIST의 모험연구사업의 지원을 받아 수행됐다.
