수술 없이 뇌 2.1mm 깊이까지…살아있는 신경망 본다

뇌 조직 손상 없이 2.1mm 깊이까지 신경세포 활동을 실시간으로 관찰할 수 있는 새로운 현미경 기술이 개발됐다.

28일(현지시간) 미국 록펠러대학교 연구팀은 기존 3광자 현미경 기술을 재설계해 영상 효율을 약 250배 높인 '3광자 초심부 영상'(TrUDI) 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 메소드'에 게재됐다.

빛은 뇌 속 깊이 들어갈수록 산란돼 기존 현미경으로는 심부 뇌 신경세포를 관찰하기 어려웠다. 최신 기술인 3광자 현미경은 더 깊이 볼 수 있지만, 레이저 출력을 높여야 해 과열로 살아있는 조직을 손상시킬 위험이 있었다.

연구팀은 레이저 펄스의 속도와 에너지, 전달 방식 등 영상 시스템 전체를 처음부터 다시 설계했다. 이를 통해 평균 레이저 출력 한도를 안전한 수준으로 유지하면서 영상 효율을 크게 높였다.

연구팀은 TrUDI를 이용해 쥐의 뇌를 대상으로 실험한 결과, 뇌 조직을 외과적으로 제거하지 않고도 최대 2.1mm 깊이까지 신경세포 활동을 촬영하는 데 성공했다. 이는 기존 한계였던 약 1.2mm를 크게 넘어선 수치다.

이를 통해 이전에는 접근이 어려웠던 해마와 선조체 등 심부 뇌 영역의 신경망 활동을 포착할 수 있었다. 실험에 사용된 영상 조건에서 뇌 조직을 분석한 결과, 열 관련 손상이나 염증, 신경세포 손실 등의 증거는 발견되지 않았다.

연구를 이끈 알리파샤 바지리 교수는 "기존 기술의 한계를 당연하게 받아들이지 않고 처음부터 시스템을 최적화한 결과"라며 "이전에는 침습적 방법으로만 접근 가능했던 여러 뇌 영역을 관찰할 수 있게 됐다"고 설명했다.