(This cross-section image of a mouse brain shows magnetic nanoparticles (red) that allow researchers to directly stimulate neurons using a magnetic field(Credit: Munshi et al, eLife))
(This transmitted light image shows sections of neural cells in the striatus that have been targeted for magnetic stimulation, in this case causing the mice to turn around(Credit: Munshi et al, eLife))
약간 괴기스런 연구처럼 들리지만, 버팔로 대학의 연구자들이 살아있는 쥐의 뇌를 컨트롤해서 동작을 조절하는 데 성공했다는 소식입니다. 이미 자기장을 이용해서 기억력을 향상시키는 등의 연구는 사람에서 성공한 바 있습니다. 경두개 자기 자극 transcranial magnetic stimulation 기술을 활용한 것이죠.
하지만 이와 같은 자기장 자극 기술은 뇌를 정교하게 컨트롤하는 것과는 거리가 먼 기술입니다. 버팔로 대학의 연구팀은 여기서 한 걸음 더 나아가서 정교한 기술을 이용해 특정 신경 세포를 흥분시키는 기술을 개발했습니다.
일단 실험 동물에 유전자 조작을 통해 온도에 민감하게 반응하는 이온 채널을 (temperature-sensitive ion channels) 지닌 뉴런을 뇌에 삽입했습니다. 그리고 이 뉴런을 컨트롤하기 위해 특수한 자기 물질을 주입했습니다. 코발트 페라이트 코어 (cobalt-ferrite core)를 망간 페라이트 (manganese-ferrite)로 코팅한 미세 입자로 뇌에 주입한 후 자기장을 가하면 열이 나면서 특정 신경세포가 흥분하게 만들기 위한 것입니다.
연구팀은 이 기술을 이용해서 100마이크로미터 (0.1mm)에 불과한 작은 그룹의 뉴런까지 선택적으로 자극이 가능하다고 설명했습니다. 쥐의 운동 피질(motor cortex)을 자극하면 쥐가 달리기 시작하고 선조체 (striatum)를 자극하면 방향을 바꿨으며 더 깊은 곳을 자극하면 쥐가 멈췄다고 합니다. 일종의 원격조종 쥐 (remote-controlled rodent)를 만든 것인데, 물론 목적은 쥐를 로봇처럼 활용하는 것이 아니라 운동 신경과 행동을 조절하는 신경을 확인하고 이를 질병 치료에 응용하기 위한 것입니다.
쥐를 모델로 해서 포유류 뇌의 운동 조절 기전을 이해한다면 (당연히 사람을 대상으로 이런 실험을 하기는 어렵습니다) 파킨슨 병을 비롯한 운동 신경과 관련된 질환의 메카니즘을 규명하고 치료에 도움을 줄 수 있을 것입니다. 아무튼 자기장을 이용해서 쥐의 행동을 조절할 수 있다는 것 자체로 신기한 연구인 것 같스빈다.
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