인간 커넥톰 프로젝트: 뇌를 이해하기 위한 연구

28 2월, 2020
인간 커넥톰 프로젝트의 목표는 의사와 과학자가 뇌 장애와 관련된 연결 이상을 식별하기 위한 참조 기준을 갖도록 건강한 인간 뇌의 연결을 이해하는 것이다.
 

인간 커넥톰 프로젝트(Human Connectome Project: HCP)는 2009년 7월, 5년간 21.3백만 유로를 투자한 국립보건원(National Institutes of Health: NIH) 계획의 일환으로 시작되었다. 이 프로젝트의 목표는 다음과 같다.

  • 신경 데이터를 편찬해 낸다.
  • 과학자들이 데이터를 그래픽으로 탐색할 수 있도록 인터페이스를 제공한다.
  • 인간 뇌에 대한 새로운 정보를 발견한다.

이 프로젝트의 연구원 중 한 명인 하그만은 다음과 같이 설명한다. “한 네트워크의 기능을 이해하려면 해당 요소와 그것의 상호 연결에 대해 알아야 한다. 커넥톰은 기능적인 뇌 상태가 기본 구조적 기질에서 어떻게 나타나는지에 대한 이해를 크게 높일 것이며, 이 구조적 기질이 파괴될 경우 뇌 기능이 어떻게 영향을 받는지에 대한 새로운 기계론적 통찰력을 제공해줄 것이다.”

그렇다면 이야기를 계속하기 전에 인간 커넥톰이 무엇인지에 대해 먼저 짚고 넘어가자. 간단히 말해서 이는 뇌 뉴런 사이의 연결 지도라고 할 수 있다. 따라서 이 프로젝트의 목표는 뇌의 연결 네트워크를 해부학적이고 기능적인 수준으로 보여주는 지도를 만드는 것이다. 다시 말해, 모든 뇌 회로와 그것의 시냅스에 관한 자세한 이해에 도달하는 것을 의미한다.

이 프로젝트의 다른 목표는 다양한 뇌 장애에 대한 연구를 용이하게 하는 데이터 세트를 만들어 내는 것이다.

 

“우리의 뉴런 중 그 어느 것도 우리가 누구인지 알지 못한다.”

-에두아르도 푼셋(Eduardo Punset)-

인간 커넥톰 프로젝트

인간 커넥톰 프로젝트의 목표

국립 신경과학연구소(The National Institutes of Health Blueprint for Neuroscience Research)는 현재 최신 뇌 이미징 기술을 사용하여 건강한 성인의 뇌 회로를 지도화하는 3천만 달러짜리 프로젝트를 시작했다.

인간 커넥톰 프로젝트는 수백 명의 뇌 영상 데이터를 체계적으로 수집함으로써 뇌 기능의 기초가 되는 연결에 대한 정보를 제공해줄 것이다.

또한, 신경 과학 연구를 위한 새로운 길도 열어주게 될 것이다.

“인간의 마음에서, 뉴런 사이에 존재하는 가능한 연결 수는 우주의 원자 수를 크게 초과한다.”

-앨런 무어(Alan Moore)-

최근 데이터 및 연구

아직 과학자들은 단 하나의 커넥톰, 즉 선충의 커넥톰(예쁜꼬마선충)을 확인했다. 보통의 신경계는 300개의 뉴런으로 구성된다.

 

1970년대와 1980년대에는 한 연구팀이 7,000개의 신경 간의 연결 지도를 밝혀내기도 했다.

앞에서 언급했듯이, 해당 지도의 이름은 커넥톰이다. 분명히 인간은 1억 개 이상의 뉴런과 10만 배 더 많은 연결로 인해 훨씬 더 복잡한 구조를 가지고 있을 것이다.

인간 커넥톰 프로젝트팀의 새로운 연구에 따르면 뇌 회로의 조직은 런던의 복잡하게 얽힌 도로보다는 맨해튼의 거리 지도와 가깝다고 한다.

다시 말해서, 인간의 신경 네트워크는 질서 정연하고 깔끔하며, 과학자들이 믿었던 것처럼 원형 교차로나 엉켜있는 형태가 아니다.

인간 커넥톰 프로젝트의 신경 영상 데이터와 심리학적 연구를 기반으로 한 다양한 새로운 연구 결과는 개인 간의 뇌 연결 차이가 행동의 한 좋은 예측 변수임을 보여준다.

이 연구자들은 이러한 유형의 스캔이 언젠가 정신 장애가 있는 환자들에게 더욱 개인화된 진단 및 치료법을 제공하는 데 도움이 될 수 있을 거로 생각한다.

“화려한 나비를 찾아다니는 곤충학자와 마찬가지로, 나의 관심은 섬세하고 우아한 모양을 가진 회백질 세포의 정원, 그 날갯짓이 언젠가 우리에게 마음의 비밀을 밝혀줄 신비한 나비를 쫓아가고 있다.”

산티아고 라몬 이 카할(Santiago Ramon y Cajal)

최근 데이터 및 연구 
 

인간 커넥톰 프로젝트에 대한 결론과 관측

뇌는 알면 알수록 더 복잡하고 신기한 기관이다. 과학자들이 매일 뇌에 대해 더 많은 것을 알아가고 있지만, 우리가 모르는 부분들은 여전히 많이 있다.

이것이 바로 인간 커넥톰 프로젝트가 중요한 이유 중 하나이다.

요점은 뇌 기능과 신경 연결을 명확하게 하기 위해 가능한 한 최고의 기술을 사용하는 것이다. 그들은 이 새로운 정보가 많은 정신 장애를 근절하는 데 도움이 되기를 바란다.

오늘날 과학자들은 정신 분열증과 같은 많은 정신 장애가 연결이상증임을 알고 있다. 이는 장애를 일으키는 문제가 뇌의 ‘배선’에 있다는 뜻이다.

그러므로 과학자들이 인간의 뇌 지도를 만들어 그 구조를 이해할 수 있게 된다면, 간질과 같은 질병을 치료할 수 있게 될 것이다.

마지막으로, 인간 커넥톰 프로젝트에 대해 좀 더 자세히 알고 싶다면 이 링크를 클릭하여 연결 매트릭스의 데이터를 해석하는 회의 간행물의 대화형 뷰어를 볼 수 있다: 아난드 A 조시(Anand A. Joshi), 샨타누 H. 조시(Shantanu H. Joshi), 이보 D. 디노프( Ivo D. Dinov), 데이비드 W. 샤턱(David W. Shattuck), 리차드 M. 레아(Richard M. Leahy), 아서 W. 토가(Arthur W. Toga)에 의한 회백질 양의 부분 상관관계를 이용한 인간 두뇌의 해부학적 구조 네트워크 분석.

 
 
  • Van Essen DC, Barch DM. The human connectome in health and psychopathology. World Psychiatry 2015;14:154-7.
  • Bullmore E, Sporns O. Complex brain networks: graph theoretical analysis of structural and functional systems. Nat Rev Neurosci 2009;10:186-98.