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2020년 1월 30일 목요일

초파리 뇌의 모든 뉴런의 연결을 연구하는 FlyEM 프로젝트


(The Janelia team's painstaking imaging and mapping processes, combined with Google's incredible computational and deep learning capabilities, has resulted in the first full wiring diagram for the hemibrain of a fruit fly.  FlyEM/Janelia Research Campus)


(The connectome is a 3D map of a brain at the nanoscale, showing the shape of each neuron and the synaptic connections between them. It's an incredibly complex challenge to produce. FlyEM/Janelia Research Campus)

(The Janelia team has built a climate controlled, vibration isolated microscopy facility specifically for the task of scanning these tiny brains layer by layer.  FlyEM/Janelia Research Campus)


 구글과 하워드 휴스 의학 연구소 자넬리아 연구 캠퍼스 Howard Hughes Medical Institute's (HHMI) Janelia research campus의 과학자들이 역대 가장 상세한 초파리의 뇌 지도를 공개했습니다. 이 뇌 지도는 수컷 초파리의 뇌를 미세한 슬라이드로 만든 후 전자 현미경으로 찍어 이를 다시 3차원적으로 재구성한 것으로 초파리 뇌에 있는 10만개의 뉴런 가운데 2만5천개의 연결을 확인한 것입니다. 


 뉴런은 여러 개의 다른 뉴런과 연결될 수 있기 때문에 숫자가 증가할수록 모든 뉴런의 연결을 파악하기 어려워집니다. 예를 들어 실험 동물로 흔히 사용되는 예쁜 꼬마 선충의 경우 불과 302개의 뉴런을 지니고 있지만, 뉴런끼리의 연결인 시냅스의 숫자는 7000개에 달합니다. 그리고 이번에 공개한 2만5천개의 뉴런은 모두 2000만개의 시냅스를 지니고 있습니다. 


 이 데이터를 모두 모으면 무려 100TB에 달할 것으로 예상되는데, 이런 대규모의 데이터를 처리하는 일은 이제까지는 불가능의 영역으로 여겨졌습니다. 이걸 가능하게 만든 것이 구글의 데이터 처리 능력입니다. 자동화된 이미지 시스템과 이를 처리하는 구글 시스템의 처리 능력을 통해 연구팀은 2022년까지 10만개의 뉴런 전부의 연결을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 




(Fly hemibrain neurons grouped by compartment)



(EM Data Fly-Through)


 물론 사람의 뇌는 초파리와는 비교할 수 없을 정도로 복잡해서 현재 기술 수준에서 이런식으로 분석하기는 어렵습니다. 하지만, 실험 동물로 흔히 사용되는 초파리의 뇌 전체를 분석해서 지도를 만들면 앞으로 뇌 과학 분야에서 획기적인 발전이 있을 것으로 기대됩니다. 초파리는 단순한 뇌로도 여러 가지 복잡한 행동을 할 뿐 아니라 여러 가지 판단을 할 수 있습니다. 머지 않은 미래에 어떻게 이런 일이 가능한지 비밀이 풀리게 될 것으로 기대합니다. 


 참고 




C. Shan Xu et al. A Connectome of the Adult Drosophila Central Brain, bioRxiv, (2020). DOI: 10.1101/2020.01.21.911859

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