(A mouse brain (right) is a small fraction as large or as complex as a human brain (left), but mapping even a tiny cube of it represents an extraordinary milestone toward the ultimate goal of understanding and curing brain disorders. Credit: Amy Sterling)
(Major experimental steps in the data acquisition workflow. Credit: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08790-w)
(In 1979, eminent biologist Francis Crick said, “It is no use asking [neuroscientists] for the impossible, such as, say, the exact wiring diagram for a cubic millimeter of brain tissue and the way all its neurons are firing.” Forty-six years later, that exact wiring diagram is complete. Credit: Tyler Sloan, Quorumetrix Studio)
인간의 뇌는 작은 우주라 불릴 만큼 복잡합니다. 기본적으로 수많은 뉴런만 있는 게 아니라 뉴런(신경 세포)끼리 가지를 뻗어 서로 연결된 시냅스가 그보다 월등히 많이 있기 때문입니다. 따라서 인간의 뇌 1㎣ 안에 있는 뉴런과 시냅스(신경 세포 끼리의 연결 부위)를 모두 확인하는 일 조차 엄청난 시간과 노력을 필요로 합니다. 하지만 최신 이미징 기술의 발전과 AI의 도움으로 과학자들은 여기에 도전하고 있습니다.
최근 국제 과학자 팀은 초파리의 뇌에 있는 14만 개의 뉴런과 5000만 개의 시냅스를 완벽하게 분석한데 이어 인간의 측두엽 조직 1㎣에 있는 5만 개의 뉴런과 1억 3000만 개의 시냅스의 지도를 완성했습니다.
초파리 뇌: https://blog.naver.com/jjy0501/223606294645
인간 뇌: https://blog.naver.com/jjy0501/222381725809
프린스턴 대학의 세바스찬 승 교수 (Princeton University's H. Sebastian Seung, the Evnin Professor in Neuroscience)가 이끄는 22개 기관 150명의 과학자들의 국제 컨소시엄인 마이크론스 (MICrONS)는 쥐의 뇌에서 시각 신호를 담당하는 뉴런과 시냅스의 전체 지도를 최초로 완성했습니다. 포유류의 뇌 지도 가운데서는 최초입니다.
인간을 비롯한 포유류가 어떻게 복잡한 시각 신호를 처리해서 분석하고 저장하는지는 오랜 미스터리였습니다. 시각 정보를 처리하는 뉴런이 있는 부위와 신경 섬유에 대해서는 어느 정도 알려져 있었으나 세포 단위에서 시냅스까지 포함한 지도는 현재까지 없었습니다.
연구팀은 이를 확보하기 위해 쥐에게 매드맥스 분노의 도로나 매트릭스 같은 영상을 10초 정도 보여주고 뇌를 적출한 후 시각 신경 부위를 28000개로 얇게 자른 후 전자 현미경으로 전체 영상을 찍었습니다. 그후 AI의 힘을 빌어 이를 하나씩 연결하는 작업을 해 20만 개의 세포와 5억 개의 시냅스로 이뤄진 3D 지도를 완성했습니다. 그래도 전체 부피는 1㎣에 불과해 인간 뇌의 복잡성과는 비교할 수 없는 수준입니다. 인간의 뇌에는 860개의 뉴런과 1000조개의 시냅스가 있는 것으로 추정되고 있습니다.
(동영상)
1979년 생물학자 프랜시스 크릭은 신경 과학자들에게 1입방 밀리미터 에 있는 모든 뇌 조직의 연결을 보여주는 다이어그램을 만들라는 것은 불가능한 것을 물어보는 것 (“It is no use asking [neuroscientists] for the impossible, such as, say, the exact wiring diagram for a cubic millimeter of brain tissue and the way all its neurons are firing.”)이라고 이야기 했지만, 최신 기술의 발전으로 과거에서는 상상하지 못했던 일이 이제 현실이 됐습니다.
하지만 이것은 시작에 불과합니다. 쥐가 시각 신호를 어떤 경로로 통해 처리하는 지 알아내기 위해서는 이 지도를 바탕으로 한 후속 연구가 필요하기 때문입니다. 앞으로 과학자들이 이 과정에 집중해 새로운 사실을 알아내고 인간의 질병을 치료하는 데 중요한 정보를 알아낼 것으로 기대합니다.
참고
https://medicalxpress.com/news/2025-04-scientists-billion-mice.html
The MICrONS Consortium, Functional connectomics spanning multiple areas of mouse visual cortex, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08790-w
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