올해 5월 열렸던 2014 서울디지털포럼에서는 뇌와 관련된 흥미로운 연설이 하나 있었다. 바로 유럽연합 휴먼 브레인 프로젝트와 블루 브레인 프로젝트의 디렉터인 헨리 마크램 스위스 로잔연방공과대학 교수의 연설이었다.

'인간의 뇌는 어떻게 작동하는가' 라는 질문에 대한 해답을 찾기 위해서 유럽연합은 2013년부터 10년 동안 10억 유로를 투입하는 초대형 연구 프로그램인 '휴먼 브레인 프로젝트'(Human Brain Project)를 출범시켰다. 학문과 국가간의 경계를 허물고 과학자들과 그들의 연구를 통합시키는 혁신적 프로젝트라는 평가를 받고 있다.

헨리 마크램은 이날 연설에서 뇌를 위한 하나의 포털을 만들고, 여기에 정보를 업로드하면서 하나의 알고리즘을 완성해나가는 작업을 하고 있다고 밝혔다. 이를 통해 인간의 뇌를 조금씩 이해할 수 있게 되었다고 설명했다.

이 프로젝트의 일환으로 최근 독일 율리히 신경의학연구소의 카트린 아문트(Katrin Amunts) 박사팀은 '빅 브레인' 이라는 3D 뇌지도를 제작했다. 학술지 '사이언스'(Science)를 통해 발표된 바에 따르면, 빅 브레인은 800억 개의 신경세포를 분석하여 약 10년 만에 완성한 것으로, 매우 세밀한 뇌의 해부도이다. (원문링크 )

뇌질환이나 정신질환을 앓은 적이 없는 65세 사망한 여성의 뇌를 연구했다. 연구를 위해 이 여성의 뇌에 파라핀을 채운 다음, 머리카락보다 훨씬 더 가는 0.02밀리미터의 두께로 잘랐다. 총 7천4백개의 단면조각으로 자른 뇌를 미세 현미경으로 단층 촬영하였다.

그리고 이 촬영분을 모아 입체적인 뇌 해부도를 완성한 것이다. 또한 세포 구조를 보여줄 수 있도록 이 조각을 하나씩 염색하고 고해상 스캐너로 디지털화한 뒤, 이를 컴퓨터로 재구성해 정밀 해부도가 완성된 것이다.

이렇게 만들어진 '빅 브레인'은 뇌조직을 1마이크로미터 단위까지 볼 수 있다. 기존의 자기공명영상인 MRI와 비교해보면 50배 더 세밀한 뇌 해부도인 것이다. 아문트 박사는 논문을 통해 빅 브레인은 건강하거나 혹은 병에 걸린 뇌에 대한 새로운 지식을 제공받을 수 있다고 했다.

아문트 박사의 이번 연구는 휴먼 브레인 프로젝트(HBP)에 사용된다. 더불어 23개국 80개 이상의 과학기관에서, 다른 연구자들은 향후 23개국 80개 이상의 신경과학 연구기관에 무료로 제공된다. 전체 두뇌 영역의 상호작용과 분자 수준의 뇌 영역 연구에 활용될 예정이다.

뇌, 현재에 맞추어 과거 기억 재편집

이렇게 인간의 뇌는 아직까지도 무수히 많은 과학자들에 의해 연구되고 있다. 최근 학술지 '신경과학 저널'(Journal of Neuroscience)를 통해 발표된 미국 노스웨스턴대학교 의과대학원 조엘 보스(Joel Voss) 연구원와 도나 브릿지(Donna Bridge) 연구원은 뇌와 기억에 관련된 흥미로운 연구 결과를 발표했다. (원문링크 )

연구팀은 17명의 실험참가자들을 대상으로 자기공명영상 스캐너를 이용하여 뇌를 촬영했다. 이 촬영을 통해 참가자들의 뇌 활동과 눈의 움직임을 측정했고, 이 과정에서 인간의 기억에서 일어나는 현상을 확인했다.

참가자들은 컴퓨터 스크린 속 그림에 배치된 물체 168개의 위치를 찾는 작업을 수행했다. 그리고 연구팀이 제공한 새로운 그림에서 앞서 찾았던 물체들을 동일한 위치에 배열하는 작업을 했다. 이 과정에서 연구팀은 정확한 위치에 물체를 놓지 못하는 실패 패턴을 주시했다.

그 결과, 연구팀은 인간의 기억은 환경과 사람, 물체와 같은 다양한 요소들이 혼재되어 만들어진 정보에 의해서 새로운 기억을 만들어낸다는 것을 발견했다. 즉, 지난 기억들을 끄집어낼 때 현재의 새로운 정보들과 연결지어 현재와 조금 더 관련이 있는 기억으로 재편집 한다는 것이다.

이번 연구를 통해 기억은 고정되는 것이 아니며, 조금씩 움직이면서 뇌의 특정 부위에 들러붙는다는 것이 밝혀졌다. 또한 이번 연구는 외상 후 스트레스 장애의 근본적인 문제와 사회적 상호작용에 대한 이해도를 높이는데 중요한 영향을 미칠 것이라는 평가를 받고 있다.

사람의 생각을 읽어낼 수 있는 스캐너 개발

최근에는 사람의 생각을 읽어낼 수 있는 스캐너가 개발되기도 하였다. TV나 컴퓨터, 조명 등 여러 가전 제품에 폭넓게 활용되고 있는 발광다이오드(LED. Light-Emitting Diod)를 이용하여 사람의 생각을 읽어내는 것이다.

광학분야 국제 학술지인 '네이처 포토닉스'(Nature Photonics)를 통해 발표된 이번 연구는 조셉 칼버(Joseph Culver)를 비롯한 미국 워싱턴 대학교 연구진이 발광다이오드를 상대방 뇌로 투영해 일정한 생각 흐름 패턴을 감지해내는 스캔 장치에 관한 내용이다. (원문링크 )

이 장치는 막대한 케이블로 연결된 일종의 거대한 모자 형태를 띄고 있다. 수많은 발광 다이오드 센서로 구성되어 있으며, 여기서 나온 빛이 착용자의 머리를 투과해 뇌 조직의 역동적인 변화를 색상으로 감지해 내도록 되어있다.

즉, 뇌 신경세포의 움직임을 실시간으로 감지해서 이를 패턴화 한 것이다. 그래서 착용자가 어떤 질문이나 특정 상황을 마주했을 때, 뇌에서 발생되는 각종 움직임과 분비물을 정확히 알아낼 수 있다. 그야말로 '생각을 읽어내는' 스캐너인 것이다.

이 스캐너의 장점은 바로 방사선을 사용하지 않는다는 것이다. 그래서 여러 번 측정해도 건강 상에 위험이 발생하지 않는다. 또한 MRI에 비해 휴대성이 용이하기 때문에 현장에서 즉시 활용이 가능하다는 장점도 있다.