포스텍 연구팀, 사람 뇌와 유사 '3D 뇌' 모델 개발 성공

3D프린팅으로 만든 뇌 모델로 신경 신호 흐름과 퇴행 반응 재현

연구이미지.(사진=포스텍 제공)

[포항=뉴시스]안병철 기자 = 포스텍(포항공과대학교)연구팀이 실제 사람의 뇌와 유사하게 작동하는 3D 뇌 모델을 만드는 데 성공했다.

포스텍 기계공학과 조동우 교수, 기계공학과·IT융합공학과·생명과학과·융합대학원 장진아 교수, 배미현 박사, 김정주 박사 연구팀은 3D프린팅으로 만든 뇌 모델로 신경 신호 흐름과 퇴행 반응을 재현했다고 11일 밝혔다.

이번에 포스텍 연구팀이 개발한 'BENN(Bioengineered Neural Network)'은 마치 3D 프린터로 집을 짓듯, 뇌의 구조를 층층이 쌓아 올려 만든 새로운 인공 뇌 모델이다.

특히 실제 뇌처럼 '회백질'과 '백질'이라는 두 구역으로 나누어 구조를 구현한 것이 핵심이다. 회백질은 신경세포의 본체가 모여있고, 백질은 신경세포의 축삭들이 정렬돼 위치하는 정보 고속도로와 같은 영역이다.

연구팀은 이 구조가 실제 뇌처럼 작동하도록 전기 자극을 가해 신경세포들이 정해진 방향으로 길게 자라도록 유도했다. 이를 통해 세포들이 하나의 통로를 따라 자연스럽게 연결되며, 실제 뇌의 정보 전달 회로와 유사한 신경망을 형성할 수 있었다.

또한 칼슘 이온의 움직임을 실시간으로 관찰한 결과, BENN 모델이 실제 뇌처럼 전기 신호를 주고받는 반응을 보인다는 사실도 확인했다.

연구팀은 BENN 모델을 활용해 알코올이 뇌에 미치는 영향을 직접 실험해 사회적 음주 수준인 0.03%의 에탄올 농도를 뇌 모델에 3주간 매일 적용했을 때, 회백질 영역에서는 알츠하이머와 관련된 단백질(아밀로이드-베타, 타우 단백질)이 증가했고, 백질 영역에서는 신경섬유가 휘거나 부풀어 오르는 변형이 나타났다.

뇌의 영역마다 다르게 나타나는 알코올 유발 반응을 실시간으로 관찰하고 시각화한 것은 이번 연구가 처음이다.