기초과학연구원(IBS)은 살아 있는 쥐의 두개골을 절개하지 않고도 뇌 신경망을 3차원(3D) 고해상도로 관찰할 수 있는 홀로그램 현미경을 개발했다고 30일 밝혔다.

IBS 연구진은 2019년 빛이 생체 조직에서 다양한 세포들에 부딪치며 생기는 '다중 산란 현상'을 제거하고 빛의 세기 등을 동시에 측정할 수 있는 시분해 홀로그램 현미경을 최초로 개발했다.

이를 통해 절개 수술 없이 살아 있는 물고기의 신경망을 관찰했는데, 쥐 두개골은 물고기보다 두꺼워 더 심한 빛의 왜곡과 다중 산란이 발생한다. 두개골을 제거하거나 얇게 깎아내지 않고는 뇌 신경망 영상을 얻을 수 없었다.

IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 최원식 부연구단장과 가톨릭대 김문석 교수·서울대 최명환 교수 공동연구팀은 빛과 물질의 상호작용을 정량화해서, 더 깊은 곳까지 관찰 가능한 고심도 3차원 시분해 홀로그램 현미경을 개발했다.

다양한 각도로 빛을 넣어도 비슷한 반사 파형을 가지는 단일 산란파만 골라내는 방법을 고안했다.

연구진은 기존 기술로는 불가능했던 깊이에서도 빛의 파면 왜곡을 바로잡았고, 쥐의 두개골을 절개하지 않고도 가시광선 대역의 레이저로 두개골 밑에 존재하는 뇌 신경망 영상을 고해상도로 얻는 데 성공했다.

최원식 부연구단장은 "오랫동안 연구해왔던 물리적 원리를 응용한 고심도 생체 영상 기술은 광학 현미경 영상 기술 발전에 크게 기여할 것"이라며 "뇌신경과학을 포함한 다양한 의·생명 융합 연구와 정밀 측정이 필요한 산업 분야에 파급효과를 가져올 것"이라고 말했다.