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초파리의 완전한 뇌 지도가 완성되다

 


(3D rendering of all ~140k neurons in the fruit fly brain. Credit: Data source: FlyWire.ai; Rendering by Philipp Schlegel (University of Cambridge/MRC LMB).)

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(3D rendering of the ~100 motor neurons of the fruit fly brain. These neurons control the fly's mouth parts. The colors correspond to the nerve they project through. Credit: Data source: FlyWire.ai; Rendering by Philipp Schlegel (University of Cambridge/MRC LMB).)

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(3D rendering of the 75k neurons in the fly's visual system. Credit: Data source: FlyWire.ai; Rendering by Philipp Schlegel (University of Cambridge/MRC LMB).)

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전 세계 과학자들이 실험 동물로 흔히 사용되는 초파리 뇌의 완전한 지도를 완성했습니다. 영국 케임브리지의 MRC 분자 생물학 연구소 (Laboratory of Molecular Biology)와 프린스턴 대학 버몬트 대학, 케임브리지 대학 등이 주도한 플라이와이어 컨소시엄 (FlyWire Consortium)이 그것으로 전 세계 76개 기관 287명의 과학자들이 참가했습니다. 앞서 소개한 바 있듯이 많은 연구 기관들이 개별적으로 진행하던 연구가 전 세계 컨소시엄으로 확대된 것입니다.

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이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/221786968104

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연구팀은 너비가 1mm도 되지 않는 초파리 암컷의 뇌를 7천장의 슬라이드로 잘라 전자 현미경으로 관찰했습니다. 각각의 두께는 40nm에 불과하기 때문에 14만 개에 달하는 뉴런은 물론이고 뉴런끼리 연결된 5000만 개의 시냅스까지 확인할 수 있습니다.

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물론 100TB에 달하는 막대한 데이터를 사람이 직접 모두 확인할 순 없기 때문에 연구팀은 인공지능의 힘을 빌려 각 뉴런의 연결을 확인했습니다. 과학 데이터가 커질수록 인공지능의 역할이 더 커질 수밖에 없다는 점을 시사하는 대목이기도 합니다.

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(3D rendering of all ~140k neurons in the fruit fly brain. Credit: Data source: FlyWire.ai; Rendering by Philipp Schlegel (University of Cambridge/MRC LMB).)

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연구팀은 이렇게 확보한 초파리의 뇌 지도를 모든 과학자들에게 공개했습니다. 사실 인간 게놈 프로젝트와 마찬가지로 뇌 지도 역시 그 자체로는 지도에 불과하기 때문에 여기에 어떤 내용이 담겨있는지는 앞으로 연구를 통해 밝혀야 합니다.

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초파리의 뇌는 인간과 비교할 수 없을 정도로 작지만, 초파리는 걷고 움직이고 날아다니는 등 여러가지 행동을 할 수 있고 사실 생각보다 복잡한 행동과 판단 능력을 지녀 뇌를 연구하는 과학자들에게 많은 정보를 제공할 수 있습니다. 앞으로 뇌 과학 연구에서 획기적인 발전이 있을 것으로 기대하는 이유입니다.

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초파리 뇌지도는 이제 시작일 뿐입니다. 연구팀은 이미 연구 과정에서 흥분성 시냅스와 억제 시냅스, 그리고 운동이나 시각에 관련된 뉴런과 시냅스를 확인했지만, 구체적인 기능과 역할에 대한 연구는 아직 많은 과정이 남아 있습니다. 앞으로 연구를 통해 생명체가 어떻게 보고 듣고 행동하고 생각하는지에 대한 많은 비밀이 풀릴 것으로 기대됩니다.

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더 나아가 이 연구는 더 복잡한 뇌를 지닌 생물의 뇌지도를 만드는 데 기반 기술을 제공할 것으로 보입니다. 또 암컷 뿐 아니라 수컷 초파리의 뇌를 분석한다면 성별에 따른 뇌의 차이를 더 구체적으로 알 수 있을 것입니다. 뇌는 오랜 세월 과학자들이 들여다보기 수수께기였지만, 이제는 그 비밀이 좀 더 구체적으로 밝혀질 것으로 보입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-10-neuron-adult-brain-fruit-fly.html

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Neuronal wiring diagram of an adult brain, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07558-y. www.nature.com/articles/s41586-024-07558-y

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Whole-brain annotation and multi-connectome cell typing of Drosophila, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07686-5 , www.nature.com/articles/s41586-024-07686-5

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