국내 연구진이 동물의 뇌를 자기장으로 자극해 감정과 행동을 조절하는 데 성공했다.
기초과학연구원(IBS)은 나노의학 연구단 천진우 단장과 곽민석·이재현 연구위원 연구팀, 인지·사회성 연구단이 협업해 자기장으로 뇌 신경회로를 무선·원격으로 제어할 수 있는 '나노-MIND' 기술을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다.
인간의 뇌는 우리 은하 별의 수(1천억개)만큼 무수히 많은 뇌세포로 구성돼 있다.
고차원적 뇌 기능을 규명하고 뇌 질환의 원인을 알아내기 위해서는 뇌 신경세포(뉴런)들로 이뤄진 뇌 신경회로를 이해하는 것이 중요하다.
생체 투과율과 안전성이 뛰어난 자기장을 이용해 뇌 회로를 제어하려는 연구가 활발히 진행되고 있지만, 정밀 제어가 쉽지 않았다.
연구팀은 차세대 자기유전학(자기장에 의한 기계적 자극을 통해 세포 기능에 영향을 미치는 연구) 나노-MIND 기술로 특정 뇌 회로를 자유자재로 제어해 동물의 감정과 사회성·동기 부여 등 고차원적인 뇌 기능을 조절하는 데 성공했다.
이 기술은 자기장과 자성을 띠는 나노입자를 이용해 원하는 뇌 회로를 선택적으로 활성화할 수 있는 기술이다.
연구팀은 나노-MIND 기술로 모성애를 담당하는 뇌 시상하부 '전시각중추'의 억제성 신경회로를 활성화해 모성애를 자극할 수 있음을 보여줬다.
모성애를 조절하는 뇌 회로가 활성화된 실험군 암컷 쥐는 어미 쥐가 아닌데도 새끼 쥐를 자신의 둥지로 데려오는 등 돌봄 행동이 나타났다. 대조군 암컷 쥐는 새끼 쥐에 대해 관심을 보이지 않았다.
또 외측 시상하부의 동기부여 뇌 회로를 활성화해 음식 섭취를 조절하는 데도 성공했다.
나노-MIND 기술로 동기부여 회로의 억제성 뉴런을 활성화한 쥐는 식욕과 섭식 행동이 대조군보다 2배 증가했다.
반대로 흥분성 뉴런을 활성화하면 쥐의 식욕과 섭식 행동이 절반 이하로 감소했다.
천진우 단장은 "자기장으로 뇌 회로를 조절하는 세계 최초의 뇌과학 플랫폼 기술이 될 것"이라며 "정교한 인공신경망과 양방향 BCI 기술 개발, 뇌 신경질환 치료법 개발 등에 활용할 수 있다"고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지'(Nature Nanotechnology) 지난 3일(한국시간) 자에 실렸다.
