기억하고 인지할때 뇌변화를 실시간으로 들여다봤다

KAIST-존스홉킨스 의과대-IBS
뇌 세포간 신호 주고받는 시냅스
뇌 기능·질환 규명할 것으로 기대

실험쥐가 어떤 사물을 보거나 운동할때 쥐 뇌 속 신경세포의 시냅스가 실시간으로 변화한다. KAIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 허원도 교수팀이 세계 최초로 뇌세포간 신호를 주고 받는 시냅스의 변화를 실시간으로 들여다보는데 성공했다. 허원도 교수팀은 미국 존스홉킨스 의과대 권형배 교수팀, 기초과학연구원(IBS) 이상규 박사팀과 함께 살아있는 동물에서 기억의 단위인 시냅스의 형성과 변화를 실시간으로 관찰했다.

연구진은 시냅스 실시간 관찰이 가능해짐으로써 노화나 알츠하이머병 등 시냅스 변화에 따른 뇌 기능 및 질환의 원인을 밝혀내는데 핵심적 역할을 할 것으로 기대하고 있다.

9일 KAIST에 따르면, 우리 뇌 속에는 약 860억개의 신경세포간의 신호를 주고 받아 인지, 감정, 기억 등과 같은 다양한 뇌 기능을 조절하도록 돕는 600조개에 달하는 시냅스가 존재한다.

연구진은 신경세포 간의 시냅스 연결 과정을 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 개발했다. 또한, 빛으로 분자의 기능을 조절할 수 있는 광유전학 기술과 융합해 신경세포의 특정 기능을 빛으로 조절함과 동시에 시냅스의 변화를 관찰하는 데 성공했다.

특히 살아있는 생쥐에게 시각적 구별 훈련, 운동 및 마취 등 여러 상황을 만들고, 각 과정에서 시냅스의 변화를 실시간으로 관찰했다. 이때 각각의 시냅스가 상당히 빠르고 역동적으로 변화했다. 이는 살아있는 포유류의 시냅스 변화를 세계 최초로 관찰한 것이다.

IBS 이상규 박사는 "이 기술로 생애주기별 시냅스의 형성, 소멸 과정의 역동성이 어떻게 조절되는지를 밝혀낼 수 있다"며 "이 과정에 문제가 생겼을 때 어떻게 뇌 발달 장애 및 퇴행성 뇌 질환 등으로 이어질 수 있는지 그 원인을 규명하는데 중요한 역할을 할 것"이라고 말했다.

또한 허 교수는 "과거에는 구현하기 어려웠던 시냅스의 빠르고 역동적인 형성과 변화를 직접 관찰할 수 있는 가능성을 열었다"며, "이 기술은 뇌과학 연구분야의 연구방법론에 혁신을 가져올 것으로 예상되며 뇌 과학의 미래를 밝히는 중요한 역할을 할 것"이라고 말했다.

한편, 연구진은 이번 연구결과를 국제 학술지 '네이처 메쏘드(Nature Methods)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자