생쥐의 뇌세포가 어떤 구조를 이루고 어떻게 서로 연결돼 있으며, 뇌세포 구조와 연결이 뇌 활동과 어떻게 관련돼 있는지 보여주는 사상 최대의 고해상도 포유류 뇌 배선 지도가 완성됐다.

 150여명의 과학자가 7년여에 걸쳐 생쥐의 뇌세포 구조 및 연결 지도를 구축해온 마이크론(MICrONS : Machine Intelligence from Cortical Networks) 컨소시엄은 11일 과학 저널 네이처(Nature)와 자매 학술지에 그동안 구축한 고해상도 생쥐 뇌 배선 지도를 10편의 논문으로 공개했다.

 고해상도 생쥐 뇌 배선 지도는 뇌 시각피질의 1㎣ 크기 조직을 분석한 것으로, 약 20만개의 세포와 8만4천여개의 신경세포(뉴런), 5억개의 시냅스(뉴런 간 연결 부위), 5.4㎞ 길이의 신경 연결망 정보를 담고 있다.

 뇌는 자극에 의해 활성화되는 뉴런 등 세포 네트워크로 구성돼 있으며 이들은 시냅스로 연결돼 있다.

 인지 기능은 각 뉴런의 활성화와 세포 연결성 사이의 상호작용을 기반으로 작동한다.

 MICrONS 컨소시엄은 포유류의 뇌 회로를 더 깊이 이해하기 위해 생쥐의 시각피질을 이루고 있는 신경의 형태와 연결을 보여주는 고해상도 지도를 만들고, 이것이 기능 등과 어떻게 관련돼 있는지 탐색했다.

 먼저 베일러의대 연구팀이 영상 등 시각 이미지를 보면서 쳇바퀴에서 달리는 생쥐의 뇌 시각피질에 있는 뉴런 7만5천여개의 활동을 기록했다.

 이 쥐는 뉴런이 활성화될 때 형광단백질이 발현되도록 미리 유전자가 조작됐다.

 이어 앨런 뇌과학 연구소 연구팀은 시각피질 부위 뇌 조직 1㎣를 떼어내고 머리카락 400분의 1 두께로 잘라 2만5천개 이상의 슬라이스로 만든 다음 전자현미경을 이용해 고해상도로 촬영했다.

 프린스턴대 연구팀은 인공지능(AI)과 머신러닝을 사용해 세포와 연결을 3D로 재구성하고, 먼저 확보한 뉴런 활성화 데이터를 매칭했다.

 연구팀은 이를 종합 분석해 20만개 이상의 세포와 8만4천여개의 뉴런, 5억2천400만개의 시냅스 연결, 5.4㎞ 길이의 신경 연결망이 포함된 현재까지 가장 상세한 생쥐 뇌 연결 및 기능 지도를 완성했다.

 연구팀은 "이 지도를 통해 뇌의 형태와 기능을 이해하고 뉴런 간 연결을 상세히 분석할 수 있게 돼 뇌와 지능을 연구할 수 있는 가능성이 열렸다"며 "이는 알츠하이머병, 파킨슨병, 조현병 같은 신경질환에도 영향을 미칠 것"이라고 말했다.

 하버드대 마리엘라 D. 페트코바 박사팀은 네이처에 게재된 논평(News & Views)에서 "이 지도는 포유류 뇌의 한 영역, 그것도 아주 작은 부분을 보여주지만 살아 있는 포유류의 뇌 구조와 신경 활동을 연결한 가장 포괄적인 데이터세트"라며 "이는 향후 신경과학 발견을 위한 소중한 공동자원으로 중대한 도약을 의미한다"고 평가했다.

 ◆ 출처 : Nature, Nuno Maçarico da Costa et al., 'Functional connectomics spanning multiple areas of mouse visual cortex', https://www.nature.com/articles/s41586-025-08790-w