December 07,2019

뇌 연구에 ICT 기술 대거 투입

학습지능 연구위해 컴퓨터 게임 개발도

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 8일 서울 테헤란로에 있는 한국고등교육재단 인재림(人材林)타워에서 ‘세계 석학초청 과학기술 융합 심포지엄’이 열렸다. 10여 명의 과학자들이 연구현장에서 무슨 일을 하고 있는지 듣는 자리였다.

8일 한국고등교육재단에서 열린 ‘세계 석학초청 과학기술 윤합 심포지엄’에서 스티븐 추 등 과학자들은 최근 연구현장에 첨단 ICT 기술이 대거 활용되고 있다고 말했다. ⓒ ScienceTimes

8일 한국고등교육재단에서 열린 ‘세계 석학초청 과학기술 윤합 심포지엄’에서 스티븐 추 등 과학자들은 최근 연구현장에 첨단 ICT 기술이 대거 활용되고 있다고 말했다. ⓒ ScienceTimes

이 자리에서 1997년 노벨물리학상 수상자 스티븐 추(Steven Chu) 등 강연자들은 그동안 불가능하다고 여겼던 것을 가능하게 만들고 있는 자신의 연구 현장을 공개하면서, 최근 첨단 IT기술이 새로운 연구 성과를 창출하는데 큰 역할을 하고 있음을 보여주었다.

지난해까지 미국 에너지부 장관을 지낸 다음 다시 학교(스탠포드대)로 돌아와 최근 분자생물학자들과 함께 뇌 연구에 몰두하고 있다. 연구 대상은 암 세포다. 15명의 동료들과 함께 암세포의 비밀을 연구하고 있다고 말했다.

슬라이딩 통해 DNA 손상 찾아내

스티븐 추 교수는 통제를 받지 않고 자가분열을 하고 있는 암 세포 표면에 특수 장치를 부착한 후 그 안에서 무슨 일이 일어나고 있는지 관찰하고 있다고 말했다. 이 연구에 첨단 센서 등 신기술들이 모두 동원되고 있는 중이다.

스티븐 추 교수는 세포 안에 화학변화를 관찰하기 위해 MIT에서 특수 렌즈를 개발했으며, 이 렌즈를 자신의 연구에 효율적으로 활용하고 있다고 말했다.

이밖에 다양한 기술들이 동원되고 있는데 가장 큰 역할을 하고 있는 것은 첨단 영상기술이다.미국 일리노이대 물리학과 하택집 교수는 ‘빛을 이용한 생체 나노 기계연구’를 하고 있다. 연구 대상은 단백질이다.

단백질 연구에 있어 가장 큰 난제는 단백질 크기였다. 지구를 세포라고 한다면 단백질 크기는 축구선수 한 명 정도에 불과하다. 하 교수는 그러나 지금 이렇게 작은 단백질에 형광물질을 부착할 수 있을 정도로 기술이 발전했다고 말했다.

형형색색의 형광물질을 단백질 표면에 부착한 후 특정 단백질이 어떤 방향으로 어떻게 이동하고 있으며, 무슨 일을 하고 있는지 관찰하고 있다고 말했다. 불과 수년 전까지 상상할 수 없었던 일이다. 이런 일이 가능한 것은 관련 ICT 기술이 급속히 발전했기 때문이다.

DNA 연구도 함께 진행하고 있다고 말했다. 최근 연구 과제로 삼고 있는 주제는 DNA 상해(damage)다. DNA에 손상을 입은 것을 말한다. 이로 인해 인체가 치명적인 손상을 입게 되는데 이 문제를 해결하기 위해 그 원인을 밝히려는 연구를 수행 중이다.

이 연구를 위해 DNA를 대상으로 3D 탐색(searching) 방식을 쓰고 있다고 말했다. 건강한 DNA 모델을 화면상으로 슬라이딩하면서 (실제로 인체 안에 들어 있는) 손상 DNA를 찾아내는 방법이다.

DNA 수가 워낙 많아 전체를 다 조사하는 데는 많은 시간이 걸리지만 부분적으로 특정 부위를 선별해 손상 DNA을 찾아내려고 했을 때는 매우 정확한 데이터를 뽑아낼 수 있다. 최근 급속히 발전하고 있는 3D 영상기술 덕이다.

뇌세로 회로 움직임 색깔로 관찰 가능해

이대열 씨는 예일대 신경생물학과, 심리학과 교수다. 현재 ‘뇌의 의사결정에 관한 탐험(연구)’을 하고 있는 중이다. 연구 대상은 원숭이다. 원숭이 뇌 세포를 관찰하기 위해 원숭이들이 즐길 수 있는 컴퓨터 게임을 만들었다.

홀짝 게임인데 답을 맞춘 원숭이는 상으로 맛있는 주스를 먹을 수 있다. 연구자들은 게임을 하고 있는 원숭이를 통해 학습 활동을 하고 있는 뇌세포 움직임을 관찰하고 있다.

첨단 영상 기술을 통해 문제를 풀 때 어떤 세포를 사용하고 있으며, 또 어떤 신호를 보내고 있는지 등에 대해 정밀한 조사가 이루어지고 있다. IT 기술이 최근 뇌 연구에서 다양하게 활용되고 있는 사례다.

스탠포드 대 신경과학 및 생물공학과 이진형 교수는 ‘뇌 회로 언어’을 이해하기 위한 연구를 수행하고 있다. 문제는 뇌세포들이 너무 밀집해 있어 어떻게 움직이고 있는지 관찰하기가 쉽지 않다는 것이었다.

그러나 최근 IT 영상기술이 이 문제를 해결하고 있다. 특정 뇌세포에 색깔을 넣은 다음 이 세포를 통해 전기신호를 보내면 뇌세포 회로를 통해 이 색깔이 전달되고, 어떤 경로를 통해 어떤 세포에 영향을 미칠 수 있는지 알아낼 수 있다.

뇌세포 간의 어떤 커뮤니케이션이 일어나고 있으며, 또한 어떤 행동을 유발하고 있는지 그 작동원리를 알아내기 위한 연구다. 이 교수는 특정 뇌세포의 경우 동영상으로 제작이 가능한 수준에 있다고 말했다.

그러나 뇌세포 상황이 워낙 방대하고, 크기 역시 너무 작아서 영상기술이 미치지 못하는 작은 커넥션을 찾아내기 힘들다고 말했다. 그러나 관련 기술들이 계속 발전하고 있어 조만간 큰 연구 성과가 나올 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

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