잘라낸 단면으로 뇌의 3차원 구조 자동 분석 기술 개발

KAIST "쥐의 뇌 구조 분석…오차 100마이크로미터 이내로 정확"

한국과학기술원(KAIST)은 백세범·이승희 교수 연구팀이 쥐의 뇌 절편(2차원 단면 조각) 영상을 이용해 3차원 뇌 구조를 자동으로 분석할 수 있는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

뇌의 3차원 구조를 분석하려면 직접 절개는 어렵기 때문에 잘라낸 뇌 조각들을 조합해 3차원 이미지를 미루어 추정하는 방식이 쓰인다.

이를 위해 연구자들이 맨눈으로 관찰해 수동으로 일일이 위치를 맞춰보고 분석해야 하는데, 개별 연구자의 역량에 의존해야 하기 때문에 표준화가 어렵고 오차가 커진다는 한계가 있다.

연구팀은 미국 '알란 브레인 아틀라스'(Allen Brain Atlas) 프로젝트에서 제공하는 쥐 뇌의 표준 지도에 기반, 임의의 각도에서 잘라낸 쥐의 뇌 절편 이미지의 특징점을 이용해 전체 순서와 위치를 맞춰볼 수 있는 알고리즘을 개발했다.

뭉개지거나 불균형이 생기는 부분은 표준 지도에 맞춰 수정, 계산하는 방법을 사용했다.

이처럼 자동 계산한 뇌 신경세포의 3차원 위치의 오차는 100 마이크로미터(㎛·1천분의 1㎜) 이하, 기울기는 1도 이하로 정확도가 높은 것으로 나타났다.

연구팀은 이 기술을 이용해 뇌의 외측 슬상핵(외부 시각 정보가 신경세포 신호로 처음 변환되는 영역)과 시각 피질 사이의 연결 구조를 확인하는 데 성공했다.

기존에는 전체 뇌의 신경세포의 분포를 확인하려면 수십∼수백 장의 절편 영상이 필요했지만, 이번 기술을 활용하면 절편 영상 서너장 만으로도 전체 뇌의 배열을 분석할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

백세범 교수는 "기존 뇌 신경세포의 3차원 분석에 걸리는 시간과 비용을 크게 줄일 수 있을 것"이라며 "쥐의 뇌뿐만 아니라 다른 동물의 뇌에도 확대 적용할 계획"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '셀 리포츠'(Cell Reports) 지난 달 26일 자에 실렸다.

/연합뉴스