[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 인간 대뇌피질 내 정보 신호의 출발지와 도착지를 비침습적으로 추적할 수 있는 새로운 분석 방법론을 개발했다.
한국연구재단은 성균관대학교 글로벌바이오메디컬공학과 홍석준·우충완 교수 공동 연구팀이 기존 유효연결성 알고리즘 9종을 결합한 ‘통합 유효연결성(iEC)’ 기술을 개발하고 관련 논문을 신경과학 분야 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’에 1일 자로 게재했다고 밝혔다.
그동안의 뇌 기능적 마그네틱 공명 영상(fMRI) 연구는 영역 간 동시 활성화 패턴인 ‘기능적 연결성’에 주로 의존해 신호 이동 방향을 밝히는 데 한계가 있었다.
연구팀은 동역학계와 확률그래프모형이라는 수학적 근본 원리를 바탕으로 알고리즘을 통합하고, 원숭이 뇌 신경경로추적(Tracer) 데이터 등 3단계 교차 검증을 거쳐 투명하고 정확한 분석 모델을 구축했다.
iEC 기술을 사람의 뇌 영상 데이터에 적용한 결과 ▲감각처리 영역(최하위) ▲복잡한 정보 통합 영역(중간층) ▲신체 내부 상태와 감정을 조절하는 부변연계(최상층)로 이어지는 피라미드 형태의 방향성 위계 구조가 확인됐다.
또 이 위계는 영화 감상 시 평탄해지고 만성 통증 상태에서는 하향식 통제력이 강화되는 등 뇌 상태에 따라 가변적으로 작동함이 입증됐다.
이번 성과는 단순한 딥러닝 기반의 ‘블랙박스’ 모델과 달리, 수학적 원리에 기초해 뇌 해부학적·생물학적 계층 구조와 정확히 일치하는 해석 가능한 지도를 제시했다는 점에서 차별성을 가진다.
홍석준 교수는 “신호 흐름 왜곡 지표를 활용해 우울증, 자폐 스펙트럼, 만성 통증 등 뇌 질환의 정량적 진단 소프트웨어를 개발하고 경두개자기자극(TMS) 등 맞춤형 뇌 자극 치료의 정확한 타깃을 설정하는 데 크게 기여할 것”이라고 설명했다.
