10년간 1072억 투입…'뇌 에너지' 미스터리 푼다

미국 사이먼스 재단이 뇌가 에너지를 생성하고 사용하는 방식을 규명하기 위해 10년간 8000만달러(약 1072억원)를 투입하는 대규모 연구에 착수한다.

2일(현지시간) 사이먼스 재단은 '뇌 에너지학에 관한 사이먼스 협력단'(SCOBE) 출범을 발표했다. SCOBE는 뇌의 에너지 생성, 공급, 활용 메커니즘이 신경 계산과 행동에 미치는 근본적인 한계를 이해하는 것을 목표로 한다. 이번 연구에는 시스템 및 계산 신경과학, 세포 및 분자 생물학, 공학, 이론 등 다양한 분야의 연구자 26명이 참여한다.

인간의 뇌는 신체가 만드는 에너지의 약 20%를 소비할 정도로 많은 에너지를 필요로 하는 기관이다. 하지만 뇌가 어떻게 에너지를 만들고 분배하며, 중요한 기능을 수행하기 위해 사용 가능한 공급량을 어떻게 활용하는지에 대해서는 아직 완전히 밝혀지지 않았다.

재단의 켈시 마틴 자폐증 및 신경과학 부문 수석 부사장은 "모든 생각과 행동은 에너지 측면에서 엄청나게 비용이 많이 드는 계산을 수행하는 뉴런에 의존한다"고 설명했다. 그는 "이번 협력 연구는 에너지 공급과 수요가 신경 회로의 계산 방식 및 행동 발현과 연결되는 원리를 밝혀낼 것"이라고 덧붙였다.

SCOBE는 크게 네 가지 주제 분야에 집중한다. 먼저 '단일 세포 수준의 뇌 에너지학' 분야에서는 특정 뇌세포 유형이 신호 발사나 노폐물 제거 같은 특정 작업을 수행하는 데 필요한 에너지 양을 조사한다. 또한 포도당, 아데노신 삼인산(ATP)과 같은 에너지 관련 분자를 추적할 수 있는 새로운 센서 개발도 추진한다.

'뇌 회로 전반의 에너지학' 분야는 에너지 가용성이 시각, 탐색, 기억과 같은 계산 과정에 어떤 영향을 미치는지 탐구한다. '신경혈관 결합' 연구는 뇌와 혈액 공급 사이의 관계를 들여다보며, 기능적 자기공명영상(fMRI) 같은 기술의 해석을 개선하는 데 기여할 것으로 기대된다.

마지막으로 '에너지 부족에 대한 적응' 분야는 당뇨병, 산소 수치 감소, 임신 등으로 에너지 가용성이 변할 때 뇌가 어떻게 적응하는지 조사한다. 연구팀은 벌레, 파리, 쥐, 인간을 대상으로 연구를 진행해 종에 따라 공유되는 뇌 에너지학 원리를 규명할 계획이다.

이번 협력 연구는 이론, 계산, 데이터 공유에 중점을 두고 진행된다. 해나 바이어 신경과학 협력 수석 과학 책임자는 "이론적 또는 계산적 접근을 통해 다양한 데이터를 통합함으로써 무엇을 배울 수 있을지 낙관한다"고 말했다.