초파리 뇌 지도 완성, 11년 연구의 결실

[객원 에디터 8기 / 이유슬 기자] 약 14만 개의 신경세포와 5000만 개 이상의 시냅스로 구성된 초파리의 뇌 지도가 11년 만에 완성되었다. 성가신 해충이라는 인식이 강한 초파리는 사실 생물학 실험에서 빼놓을 수 없는 필수적인 생물이다. 초파리는 수명은 짧지만 교배가 빠르고 사육하기 쉬우며 인간과 유전자가 약 60% 일치한다. 이러한 특징 때문에 초파리는 오래전부터 유전학과 신경과학 연구에 널리 사용되어 왔다.

커넥톰이란 무엇인가?

뇌 지도, 또는 커넥톰이란 신경계의 신경망의 연결 전체를 나타낸 지도를 뜻한다. 이는 생물의 행동과 신경계의 복잡성을 이해하는 데 중요한 역할을 한다. 최초로 완성된 커넥톰은 약 300개의 신경세포를 가진 예쁜 꼬마선충의 것으로 1980년대 후반 완성되었다. 두 번째로 완성된 커넥톰은 2023년 완성된 초파리 구더기의 것으로 약 3000개의 신경세포와 50만 개 이상의 시냅스로 구성되어 있다. 

하지만 초파리 성체의 뇌는 훨씬 더 복잡한 구조를 지니고 있으며 약 20만 개의 신경세포로 이루어져 있다. 초파리 뇌의 크기는 1mm도 안 되지만, 그 내부의 신경 회로 구조는 매우 정교하여 초파리 성체의 뇌 지도 완성을 위해 상당한 시간과 노력이 필요했다.

초파리 뇌 지도의 완성

초파리 성체의 커넥톰을 작성하기 위한 연구는 2013년에 시작되었다. 과학자들은 초파리의 뇌를 아주 얇은 두께로 자른 뒤, 전자현미경을 이용해 각 층의 사진을 촬영하였다. 이렇게 촬영된 사진은 2100만 장에 달하며 이렇게 촬영된 사진을 분석하기 위해서는 고도의 이미지 처리 기술이 요구되었다. 이를 해석하는 소프트웨어와 인공지능의 도움으로 11년 뒤인 2024년에 초파리 성체의 커넥톰이 완성되었다. 이 인공지능 프로그램은 뇌 지도의 모든 신경 세포와 시냅스 경로를 탐색할 수 있고 이 과정을 3D로 시각화할 수 있어 초파리의 뇌 지도를 완성하는데 큰 도움을 주었다.

향후 연구 방향과 과학적 기여

과학자들은 초파리 뇌 지도의 완성에 이어 초파리보다 약 1000배 더 많은 신경세포를 가진 생쥐 뇌 연구를 시작했다고 밝혔다. 인공지능의 활용으로 연구 속도가 증가함에 따라, 생쥐 뇌에 대한 연구 속도도 더욱 높일 수 있을 것으로 기대된다. 

비록 인간은 초파리보다 1000만 배 더 많은 신경세포를 가지고 있지만 초파리 뇌 지도의 완성은 더 깊이 있는 신경과학 연구에 큰 기여를 할 것으로 예상된다. 초파리 뇌 연구의 성과는 신경 질환의 연구와 치료법 개발에 중요한 기초가 될 것이며, 이를 통해 인간의 삶의 질을 향상할 수 있을 것이다. 이러한 뇌 연구는 신경과학뿐만 아니라 향후 의학 및 생명공학 분야에서도 다양한 응용 가능성을 지니고 있으며 앞으로 인류가 뇌의 복잡성을 이해하고 더욱 혁신적인 연구를 진행할 수 있도록 돕는 발판이 될 것이다.