[대전=뉴시스] 나노-MIND 기술 개요도. 나노-MIND 기술로 특정 뉴런과 뇌 회로를 선택적으로 제어해 동물의 감정, 사회성, 생존 욕구 등 고차원적 뇌 기능을 자유자재로 조절할 수 있다.(사진=IBS 제공) *재판매 및 DB 금지

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[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 자기장으로 뇌 회로를 조절해 행동·감정을 조절하는데 성공했다.

기초과학연구원(IBS)은 나노의학연구단 천진우 단장(연세대 언더우드 특훈교수)과 곽민석·이재현 연구위원(연세대 고등과학원 교수)이 인지 및 사회성연구단과 공동으로 자기장을 활용해 특정 뇌 신경회로를 무선 및 원격으로 정밀 제어하는 '나노-MIND(Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics)' 기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다.

인간의 뇌는 약 1000억 개 이상의 뇌 신경세포(뉴런)와 여러 가지 뉴런으로 구성된 많은 수의 뇌 회로로 이뤄져 있다.

이 중 특정 뇌 회로를 제어하는 것은 인지, 감정, 사회적 행동 등 고차원적 뇌 기능의 원리를 규명하거나 각종 뇌 질환의 원인을 알아내는 데 필수적이다.

한편 자기장은 생체 투과율과 안전성이 뛰어나 MRI처럼 생체신호를 읽어내 질병을 진단하는 중요한 수단이다. 하지만 자기장으로 특정 생체신호를 조절하거나 뇌 회로를 정밀하게 제어하는 것은 아직 과학계의 난제다.

이번에 IBS 연구진은 자기장을 이용한 차세대 자기유전학(magnetogenetics) 나노-MIND 기술로 특정 뇌 회로를 자유자재로 제어해 동물의 감정, 사회성, 동기부여 등 고차원적인 뇌 기능을 조절하는 데 성공했다.

이 기술은 자기장과 자성을 띠는 나노입자를 이용해서 원하는 뇌 회로를 선택적으로 활성화할 수 있다. 특히 원하는 뇌 회로에 나노-자기수용체(nano-magnetoreceptor)를 생성시키고 원하는 시점에 회전자기장 자극을 줘 뇌 회로의 시공간적 제어가 가능하다는 장점이 있다.

이번 연구에서 연구진은 나노-MIND 기술로 모성애를 담당하는 전시각중추(medial preoptic area·MPOA)의 억제성 가바(GABA) 뇌 회로를 선택적으로 활성화해 감정 및 사회성 조절이 가능함을 확인했다.

모성애를 조절하는 뇌 회로가 활성화된 쥐는 어미 쥐가 아님에도 어린 쥐를 자신의 둥지로 데려오는 등 어린 쥐에 대한 돌봄 행동이 크게 촉진됐다.

억제성 가바(GABA)는 비단백질 아미노산의 일종으로 뇌 신경세포 활성을 억제하는 억제성 신경전달물질이다.

또 나노-MIND 기술로 동기부여 회로의 억제성 뉴런을 활성화한 쥐는 식욕과 섭식 행동이 100% 증가했으나 반대로 흥분성 뉴런을 활성화할 경우 쥐의 식욕과 섭식 행동이 절반 이하로 감소한다는 사실을 발견했다. 이를 통해 음식 섭취는 외측 시상하부(lateral hypothalamus)의 동기부여 뇌 회로를 활성화해 조절한다는 사실을 증명했다.

이번 연구는 나노-MIND 기술로 원하는 뇌 회로를 선택적으로 활성화해 고차원적 뇌 기능을 양방향으로 조절할 수 있다는 가능성을 보여준다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 38.1)'에 지난 3일(한국시간) 게재됐다.(,논문명:In vivo magnetogenetics for cell-type specific targeting and modulation of brain circuits)

천진우 단장은 나노-MIND 기술에 대해 "자기장으로 특정 뇌 회로를 자유자재로 조절하는 것은 뇌과학의 차세대 플랫폼 기술이 될 것"이라며 "뇌 회로의 기능 및 작동 원리 규명, 정교한 인공신경망 및 양방향 BCI 기술 개발, 뇌 신경질환의 새로운 치료법 개발 등 광범위하게 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.

☞공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com

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