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신경질환 이해에 도움을 줄 뇌 네트워크 연결

Brain's network may provide insights into neurological disorders

웨일 코넬 의대와 캘리포니아 주립대학 샌프란시스코의 연구팀에 따르면, 신경 연결 네트워크와 장기 간의 연관성을 더 잘 이해한다면 뇌의 공간 패턴을 예측하고 어떤 과정이 신경장애를 유발하는지 인지할 수 있을 것으로 알려졌다.

연구팀은 6월 22일 PLoS 계산 생물학 저널에 발표한 논문에서 수학과 자기공명영상의 한 형태인 확산-텐서 MRI를 이용해 신경장애가 구조적 연결(structural connectome)이라고 부르는 뇌의 심층 백질과 섬유질 네트워크 간의 연결 패턴에 어떤 영향을 주는지 더 잘 알게 되었다고 밝혔다. 또한 뇌의 한 영역에서 다른 영역으로 정보를 전달하는 독특한 역할을 하는 연결인 고유모드(eigenmodes)를 형성하는 하부네트워크를 발견했다.

고유모드를 이해하면, 뇌에서 어떤 프로세스가 일어나고 어떤 행동 패턴이 예상되는지 이해할 수 있다고 웨일 코넬 의대 페일 패밀리 뇌과학 연구소 방사선 컴퓨터 과학 및 신경과학 조교수 애시스 라즈가 말했다. 기존에는 뇌의 각 영역이 운동 조절에서 시를 쓰는데 필요한 창조성과 예술적 표현까지 특정 기능을 수행하고 그 영역이 손상되면 해당 기능이 저하되는 것으로 생각했었다. 하지만 최근 연구는 기존 이론을 따르지 않고 뇌가 그 부분의 합보다 더 큰 것을 발견하고 있다.

라즈는 뇌의 연결(connectome)을 정보가 흐르는 연속된 파이프라고 설명했다. 고유모드라는 연결의 구성요소는 기타의 진동과 유사하다. 건강한 10명의 실험 대상의 MRI를 촬영한 결과, 고유모드는 서로 다른 날에 촬영한 결과와 중첩되며 도처에서 나타나는 것을 알 수 있었다 고유모드는 일관적으로 발생하지 않는다면 유용하지 않기 때문에 일관성을 증명한 발견은 중요한 것이다.

라즈와 연구팀은 네트워크 연결을 방해하고 뇌 손상을 가져오는 가상적인 병변을 시뮬레이션하는 방식으로 백질 영역에서 고유모드의 닻처럼 행동하는 부분을 연구했다. 연구팀은 병변이 고유모드에 영향을 미치는 것과 관련해 신경학적으로 가장 중요한 부분을 식별했는데 고유모드에 최대 변화를 일으킨 백질 섬유다발의 중심에 존재한다는 것을 발견했다.

또한 연구팀은 손상된 뇌에서 고유모드가 어떻게 변할 수 있는지에 대해서도 연구했다. 그들은 뇌의 왼쪽과 오른쪽 반구를 연결하는 뇌량이 결여되어 발생하는 신결발달장애인 AgCC를 조사했다. 일반적으로 뇌의 두 반구가 서로 소통할 수 없으면 뇌는 정상적으로 동작할 수 없다. 하지만 AgCC 환자의 대부분은 극단적으로 손상된 뇌를 가진 것으로 나타나지 않는다.

왜 이런 현상이 일어나는지 알기 위해 AgCC 환자의 뇌를 대상으로 고유모드를 조사한 결과 건강한 뇌와 큰 차이를 발견할 수 없었다. 대신 뇌의 다른 영역에 뇌량 결손을 보상하기 위해 대체 경로를 재생성한 것을 볼 수 있었다. 건강한 대조군에 비해 완전히 다른 고유모드 구조를 보여줄 것으로 예상했었기 때문에 이것은 이번 연구에서 가장 놀라운 발견이었다고 라즈는 말했다.

라즈는 후속 연구로 고유모드를 바이오마커로 이용한 진단을 기대하고 있다. 질병에 따라 고유모드 구조가 바뀐다면 그 질병의 영향을 측정하는 도구로 사용할 수 있기 때문이다.

[KOSEN 동향] 신경질환 이해에 도움을 줄 뇌 네트워크 연결