블루 브레인 프로젝트: 뇌의 재건

2019-10-28
스페인의 야심찬 블루 브레인 프로젝트는 가장 섬세한 뇌 구조 및 기능 디지털화를 목표로 한다.

천체물리학자들이 우주가 어떻게 작용하는지를 발견하기 위해 행성 바깥을 보는 것처럼, 신경과학자들은 뇌의 비밀을 풀기 위해 인체 내부를 들여다본다. 이런 야심 찬 목표, 수십 년 동안 과학자들 사이에서 공통으로 열망하던 것이 이제는 실제 연구과제가 되고 있다. 블루 브레인 프로젝트라고 불리는 이 이니셔티브는 2005년 스위스 헨리 마크람(Henry Markram) 교수가 처음 제시했다.

블루 브레인: 뇌의 디지털 지도

일반적으로 연구 결과나 지식을 나타내기 위해 지도를 그리는 것은 아주 인간적이다. 사실 정보가 세대 간에 퍼지는 것도 이 방법 덕분이다.

새로운 세계의 지도들이 어떻게 완전히 새로운 대륙의 경로와 가는 방법을 나타내는지와 유사하게, 블루 브레인 프로젝트는 지금까지 알려진 가장 정확한 방법으로 인간의 두뇌의 신경 경로와 그것들이 작동하는 방식을 재현하는 지도를 만드는 것을 목표로 한다.

이 지도는 과학자들이 이 기관의 가장 먼 구석까지도 탐험할 수 있게 해줄 것이다.

인간의 뇌의 구조와 기능적 역동성을 정확하게 표현하기 위해, 이 시책은 설치류 뇌의 재건을 출발점으로 설정했다.

에콜 폴리테크니크 페데레 드 로잔(EPFL)의 브레인 마인드 인스티튜트는 2005년 5월 생물학적으로 상세하게 뇌의 구조와 기능을 재구성하기 시작했다. 실제로, 역공학이라고 불리는 이 기술은 주로 시뮬레이션을 돌리고 뇌를 표현한다.

연구자들은 설치류의 뇌를 인간의 두뇌의 대표적인 기반(확실히 훨씬 더 복잡하다)으로 선택했는데, 그 이유는 다른 회로의 규모에서 포유류의 뇌와 유사하기 때문이다.

또한, 이 이니셔티브의 이면에 있는 기술은 NEURON 소프트웨어를 실행하는 블루 진(Blue Gene) 슈퍼컴퓨터를 사용한다.

위에서 보는 전자 뇌

기타 관련 프로젝트

게다가 이 프로젝트의 경험적 기초와 이 기초에 사용되는 모델은 모두 코넥텀이라고 불리는 뇌 뉴런 연결 맵이다.

이 모델은 뇌 뉴런의 사실적인 디지털 시뮬레이션을 포함하고 있으며, 과학자들은 그것이 뇌의 완전한 백과사전이 되기를 바라고 있다.

그러나 물론, 그러한 규모의 프로젝트는 어떠한 국제적 협력자 없이 살아남기 어렵다. 때문에 블루 브레인(Blue Brain)을 구체적으로 지원하기 위해 만들어진 다른 하위 프로젝트가 있다.

  • CeSViMa(Madrid의 슈퍼컴퓨팅 및 시각화 센터)가 공동 기획한 Cajal Blue Brain 프로젝트.
  • 인간의 마음을 모방하는 인공지능 컴퓨터와 소프트웨어를 만드는 것을 목표로 하는 IBM의 조슈아 블루 프로젝트(The Joshua Blue Project).
  • HBP 또는 인간 두뇌 프로젝트. 그러나 많은 다양한 유럽 대학들이 인간 두뇌를 탐구하기 위한 과학적이고 계산적으로 블루 브레인(Blue Brain)에 기여하고 있다.

블루 브레인 프로젝트와 다른 유사한 프로젝트 간의 차이점은 무엇인가?

슈퍼컴퓨팅을 통해 블루 브레인(Blue Brain)이 제시할 수 있는 재구성과 시뮬레이션은 여러 단계의 구조를 다루어 획기적이고 새롭게 두뇌 활동을 이해하기 위해 접근한다. 그러므로 이러한 “계층”적 변환은 뇌의 기능적 다양성과 그 무한한 복잡성을 위한 공간을 만든다.

이러한 관점은 현재의 과학이 직면하고 있는 가장 접근하기 어려운 과학적 도전 중 하나를 가능하게 한다. 즉, 이러한 종류의 시뮬레이션-신경과학은 근본적으로 다규모 복합체계의 두뇌를 이해하게 돕는다.

이 프로젝트에서 놀라울 정도로 세세한 뉴런 모델링은 궁극적으로 분자 수준의 뇌 시뮬레이션을 구축하는 방식과 관련이 있을 것이다.

이 프로젝트는 결국 유전자 발현에 대한 새로운 연구와 마지막으로 전례 없는 임상적 이익에 대한 문을 열어줄 것이다.

프로젝트의 간략한 이력

  • 2005년 첫 번째 셀룰러 모델이 완성되었다.
  • 2008년, 1만 개의 세포로 이루어진 최초의 인공 세포 신피질 칼럼이 만들어졌다.
  • 2011년 블루 브레인 프로젝트는 전 모델의 기둥 수를 100배로 늘려 총 100만 개의 셀에 이르는 모델을 구축했다.
  • 2014년 세포 쥐 뇌 공식 재건에 성공했다.
  • 2023. 블루 브레인 프로젝트는 올해까지 총 1,000억 개의 세포를 가진 완전한 인간 두뇌 재건을 기대하고 있다.
파란 뇌

노력을 쏟아붓는 이유

이렇게 깊은 두뇌에 대한 지식의 탐구 이외에도 상상을 뛰어넘는 신비로운 궁극적인 목표가 있다.

뇌 부분의 복잡한 발현의 비밀을 풀어냄으로써 과학자들은 마침내 인간의 의식에 대한 과학적인 지식을 얻을 수 있었다.

사실상 인류 역사상 많은 과학자와 사상가들이 평생을 바쳐온 과제다.

현재는 다가올 놀라운 발견의 서막으로, 프로젝트는 지난해 3D로 최초의 디지털 신경 아트라스를 발표했다.

이를 통해 총 737개의 뇌 부위에서 뇌세포의 종류, 그 위치에 대한 심층적인 정보를 제공한다.

간단한 그림이 있는 고전적인 신경 해부학 수동 책에서 이런 종류의 3D 아트라로 가는 것은 인류 역사상 가장 위대한 과학 단계 중 하나라고 볼 수 있다.

  • Schonberg T, Fox CR, Poldrack RA (2011) Mind the gap: bridging economic and naturalistic risk-taking with cognitive neuroscience. Trends Cogn Sci 15: 11–19.
  • Vorhold V (2008) The neuronal substrate of risky choice: an insight into the contributions of neuroimaging to the understanding of theories on decision making under risk. Ann N Y Acad Sci 1128: 41–52.