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중국 뇌과학 연구의 허브를 이루는 연구팀들이 뇌과학 연구에 있어서 표준적인 도구로서 뇌 이미징 기술을 상업화 단계로 끌어올리고자 한다. 뇌과학자들은 그 동안 심혈을 기울여서 뇌세포들이 어떻게 연결이 되는지에 대해 연구해 왔는데, 이제 자신들의 영역이 상업화 단계에 이르렀음을 목도하고 있다. 중국의 소주에서 다음 달에 문을 열게 되는 큰 시설이 높은 분해능의 뇌의 지도를 그리는데 큰 도움을 주게 될 것이라고 개발자들이 말했다. 보통 연구 시설에서는 하나 혹은 두 개의 뇌 이미징 시스템을 이용하지만, 새로운 시설은 50개의 자동화된 설비를 이용하여 쥐의 뇌를 빠르게 잘라가면서 각 단편의 높은 해상도의 사진을 찍고 3차원 영상을 구성하게 된다. 이 공장과 같은 규모의 시설은 ldquo;빠른 속도로 진전을 이루게 될 것입니다 rdquo;라고 워싱턴 시애틀의 Allen 뇌과학 연구소의 분자 생물학자인 Hongkui Zeng은 평가한다. 이 연구소는 소주의 연구소와 협력하고 있다. ldquo;상업화의 방식으로 대규모의 표준화된 데이터를 만들어 내게 됨에 따라, 뇌과학의 연구 방식도 크게 달라질 것입니다. rdquo;라고 덧붙인다. 소주의 연구소는 사람의 뇌도 영상화하게 될 것인데 연구자들이 알츠하이머 질환의 연구나 뇌 기반의 인공지능 프로젝트에 이르기까지 도움을 줄 수 있는 국제적인 연구 허브가 될 꿈을 갖고 있습니다. ldquo;라고 무한의 화중과기대 (HUST)의 생물의학 이미징 분야의 연구자인 Qingming Luo박사는 말한다. Luo박사는 새로운 시설의 책임자로서 5년 동안 미화 6700만불의 예산으로 운영될 화중과기대-소주 뇌과학 연구소를 제안하였고, 미래에는 120명의 연구자와 기술자들이 일하게 될 거이다. 자신을 뇌수학자 (Brainsmatician)이라고 칭하면서 동시에 연구소가 고속 뇌이미징 시스템을 개발하였다. 관심을 끄는 주제 ldquo;분명히 많은 수요가 있을 것입니다. rdquo; 라고 뉴욕의Cold Spring Harbor Laboratory 의 뇌과학자인 Josh Huang는 말한다. 이 기관도 소주의 연구소와 공동 연구를 진행하고 있다. 많은 처리량과 고속의 뇌 영상 처리 장치는 뇌과학자들이 뉴론들이 어떻게 뇌에서 연결되는지에 대한 이해를 혁신적으로 바꾸어 줄 것이라고 그는 말한다. 2000년대에 고속 유전자 서열 분석기가 유전학자들이 인간 유전체를 연구할 때 했던 역할과 같은 맥락이다. 다양한 생명 종에서 뇌의 세포 단위의 지도를 그려주는데 큰 도움을 주게 될 것이라고 그는 평가하였다. . 포유동물의 뇌는 수백만 개의 세포로 이루어져 있는데 인간의 뇌는 수십억 개의 세포로 구성되어 있다. 세포들은 만 가지 정도의 다른 종류의 세포로 이루어지는데 그 모양과 크기 그리고 발현하는 유전자들이 다르다. 뇌과학자들은 이러한 세포들의 지도를 그리고 이들이 어떻게 상호작용하는지를 알게 되면 그들의 기능을 밝히는데 큰 도움이 될 것이다 ( Nature 548, 150 ndash;152; 2017 참조). 특정한 다양한 뇌에서 뉴론의 종류를 비교함으로써, 어떤 질환의 효과나 세포의 구조에서 학습 거동을 알아낼 수 있을 것이라고 독일의 Magdeburg의 라이브니쯔 뇌생물학 연구소의 뇌 이미징 연구자인 JUrgen Goldschmidt는 평가한다. 그러나 이러한 노력은 때로 몇 개월 혹은 몆 년의 노력을 필요로 한다. 쥐의 1cm크기의 뇌를 다이아몬드 칼로 매우 얇은 만 오천 개의 단편으로 잘라서, 각 단편을 화학 약품으로 염색하거나 형광 표지를 달아서 특별한 특징을 가지는지 알아내고, 각 단편을 현미경으로 영상을 얻은 후에 이를 3차원 영상으로 재구성해야 한다. 빠른 속도의 지도제작 작업 Luo의 연구팀은 이러한 작업에서 큰 도움을 줄 수 있다. 많은 숫자의 기개들은 속도와 해상도면에서 큰 도움을 주게 될 것이라고 공동 연구자들은 말한다. Zeng에 따르면 초고해상도의 confocal 이미징을 통해서 몇 달 동안 얻은 데이터를 단 2주 만에 얻을 수 있을 것이라고 한다. 지난 2월 미국 메릴랜드 주 베데스다에서 있었던 미국 뇌(BRAIN, Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) 연구 프로젝트 미팅에 참가한 연구자들은 쥐의 뇌를 둘러싸고 있는 뉴론의 이미지를 소주의 시설을 통해 촬영한 영상을 보게 되었다 ( Nature 543, 14 ndash;15; 2017 참조). Allen연구소의 Christof Koch 그룹은 Luo의 그룹과 공동연구하고 있는데, 이 뉴론이 쥐에게 있어서 의식을 관장하면서 입력과 출력을 조절하는 역할을 하고 있다는 것을 보여준다고 설명한다. 소주의 시설은 대량의 데이터를 만들어 내게 될 것이다; 쥐 한 마리의 뇌는 약 8 테라바이트가 될 것이라고 Luo는 말한다.사람의 뇌는 쥐의 뇌보다 약 천 5백배나 된다; 하나의 기계로 하면 20년이 되어야 끝나는 작업이다. Luo는 기계의 속도를 더 높이고 여러 기계를 동시에 사용하고자 한다. Luo는 국제적인 공동 연구를 하기를 원하고 있다; Allen연구소와 Cold Spring Harbor Laboratory, 캘리포니아의 스탠포드 대학이 소주의 연구소와 공동연구를 하고 있다. 그러나, 관심들이 높아서 모든 이들의 참여를 받아들이기는 어렵다고 말하면서 이미 거절하는 단계에 이르렀다고 Luo는 덧붙인다. |
