블루 브레인 프로젝트(Blue Brain Project) 초안이 발표됐다. 이 프로젝트는 신피질(neocortex)의 얇은 조각들을 디지털화 시키는 연구이다. 우리가 무언가 어떻게 작동하는지를 알고 싶다면 한 가지 전략은 그것을 분해했다가 다시 붙여보는 것이다.
지난 10년간 블루 브레인 프로젝트라 불리는 국제공동연구팀은 젊은 쥐의 두뇌(juvenile rat brain)를 분해해 디지털화하는 작업을 추진해왔다. 그 결과 쥐의 뇌의 재구축(reconstruction)이라는 초안을 논문으로 발표했는데(Markram & Schürmann et al., Cell, 8 Oct 2015), 31,000개의 뉴런, 뉴런 세포의 55개 층(layers), 207개의 미세 뉴런 타이프(neuron subtypes)를 맵으로 그려낸 것이다.
이 위대한 노력은 현재도 진행되고 있는데, 쥐 두뇌의 서로 다른 유형의 뉴런들을 찾아내고, 뉴런들이 연결될 때의 전기 점화(firing)의 속성을 측정하여 연결 회로들(circuits)을 맵으로 작성하는 것이다. 이러한 노력들은 두뇌의 빌딩블록(building blocks)과 두뇌 연결의 논리가 어떻게 일어나고 있는지를 알게 해줄 것이다. 그렇지만 완벽한 고해상도의 그림을 그리는 것은 아직도 큰 도전으로 남아 있다.
이러한 도전에 블루 브레인 프로젝트 과학자들은 공학적으로 접근을 하고 있는데, 바로 신피질(neocortex)의 얇은 조각들을 디지털화하고 있다. 풍부한 데이터를 사용함으로써 과학자들은 버추얼 뇌(virtual brain)를 구축할 수 있었는데, 무려 4,000만개의 시냅스들(synapses)과 2,000개의 연결 고리인 노드들을 연결한 것이다.
이에 대해 스위스 로잔공과대학(EPFL)의 교수이자 이번 논문의 제1저자인 마크램(Markram)은 “이 재구축은 엄청난 양의 실험을 요구하고 있습니다. 그것은 4,000만개의 시냅스들의 위치와 수를 예측하고, 더 나아가 채널로 흐르는 이온들의 전류량도 예측하는 방법을 만드는 것입니다”라고 말한다.https://704975d4bc97cf1d9c13c786c8dc390a.safeframe.googlesyndication.com/safeframe/1-0-38/html/container.html
일단 어느 정도의 재구축이 끝나면 과학자들은 슈퍼컴퓨터를 이용하여 서로 다른 조건하에서 뉴런들의 행동을 시뮬레이션 하고 있다. 이런 방식을 통해 과학자들은 한 개의 뉴런에서는 예측할 수 없는 회로들의 행동 패턴을 찾아냈으며 이때의 칼슘이온들의 수준까지도 찾아냈다.
예를 들어, 잠을 잘 때에는 낮은 동조 파장(slow synchronous waves), 즉 낮은 주파수의 델타파가 뜨는데, 시뮬레이션에서 조차 델타파가 유인된다는(triggered) 사실을 발견한 것이다.
이것은 무엇을 의미하는 가하면 신경 회로들을 서로 다른 상태, 즉 잠을 자거나 꿈을 꾸거나 명상하거나 집중하는 상태로 스위치 시킬 수 있음을 말하는 것이다. 불면증에 걸려 잠을 잘 수 없는 사람의 특정 신경회로를 꺼서 잠을 들게 할 수도 있다. 더 나아가 특정 프로젝트나 과제를 할 때 집중할 수 있도록 신경회로들을 재구성할 수도 있다.
이번에 발표된 초안은 블루 브레인 프로젝트 사이트에서 무료로 공개하고 있다. 참 대단한 연구결과이고 이를 바탕으로 언젠가는 사람의 뇌의 지도도 그려질 것이다.