고려대 박보용 교수팀, 자극 이후 몇 초 늦는 기능적MRI의 뇌 혈류변화 포착과 뇌 신호 전달과정의 연관성 밝혀 … 뇌질환 지표로 활용 가능성

고려대학교는 뇌공학과 박보용 교수 연구팀이 기능적 자기공명영상(functional MRI, fMRI)에서 측정되는 '시간 지연(time delay, 뇌가 자극에 반응한 뒤 그 반응이 fMRI 신호로 나타나기까지의 지연시간)'이 실제 뇌 신호의 전달 과정을 보여주는 중요한 단서임을 밝혀냈다고 5일 밝혔다.

이번 연구는 성균관대 박현진 교수 연구팀과 공동으로 진행했다.

fMRI는 수술이나 절개 없이 뇌 활동을 관찰할 수 있는 뇌 영상 촬영 기법이다. 하지만 fMRI는 뇌 활동을 몇 초 단위로만 기록하기 때문에 그보다 짧은 순간에 일어나는 빠른 신호 전달은 포착하기 어렵다.

뇌는 어떤 자극을 받으면 신경세포가 활동하면서 산소를 더 많이 사용하게 된다. 이때 뇌의 혈액 공급이 늘어나는 혈류 변화를 fMRI가 감지하게 된다. 그런데 혈류 변화는 자극 직후에 바로 나타나지 않는다. 일반적으로 2~6초 늦게 나타난다.

공동 연구팀은 이런 시간 지연과 뇌 활동의 메커니즘을 확인하기 위해 신경학적으로 건강한 성인 469명의 fMRI 데이터를 분석하고, 뇌 신호가 전달되는 데 걸리는 시간인 '시간 지연'을 정밀하게 계산했다. 이어 수학적 기법으로 뇌 신호의 흐름을 도출한 결과, 이 시간 지연이 ▲신경세포의 흥분·억제 작용 ▲신경 활동 속도 ▲뇌 기능의 주요 축과 밀접한 연관이 있음을 확인했다.

박보용 교수는 "이번 연구는 fMRI의 시간 지연 데이터를 단순한 관찰 결과가 아니라 뇌 신호를 설명할 수 있는 과학적 모델로 확장한 첫 사례"라며 "이를 통해 뇌가 정보를 처리하는 방식을 더 깊이 이해하고 나아가 뇌 질환 연구에도 새로운 길을 열 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 다학제 연구 분야 상위 7%에 해당하는 국제 학술지 '첨단 과학(Advanced Science)'에 지난달 27일 온라인 게재됐다. 성균관대 최형신 박사과정이 제1저자, 고려대 박영준, 김성훈 박사과정과 성균관대 이종은 박사가 공동저자, 고려대 박보용 교수와 성균관대 박현진 교수가 교신저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 정보통신기획평가원과 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.