사람 뇌와 유사한 "3D 뇌" 모델 개발 성공

포스텍, 사람 뇌 닮은 ‘3D 인공 뇌’ 모델 개발…알츠하이머 반응도 재현

포스텍(포항공과대학교) 연구팀이 실제 사람의 뇌와 유사하게 작동하는 3차원(3D) 인공 뇌 모델 개발에 성공했다.

포스텍 기계공학과 조동우 교수, 장진아 교수(기계공학과·IT융합공학과·생명과학과·융합대학원 소속), 배미현 박사, 김정주 박사로 구성된 연구팀은 3D 프린팅 기술을 활용해 신경 신호의 흐름과 퇴행성 반응까지 구현 가능한 인공 뇌 모델을 만들었다고 11일 밝혔다.

연구팀이 개발한 ‘BENN(Bioengineered Neural Network)’은 실제 뇌처럼 회백질과 백질의 이중 구조를 정밀하게 구현한 것이 특징이다. 회백질은 신경세포의 본체가, 백질은 신경세포 축삭들이 모여 신호를 전달하는 영역으로, BENN은 이 구조를 층층이 쌓아 올리는 방식으로 제작됐다.

전기 자극을 통해 신경세포들이 실제 뇌처럼 특정 방향으로 자라나도록 유도했고, 이를 통해 세포 간 자연스러운 연결과 함께 실제 뇌의 신경망과 유사한 정보 전달 회로를 형성하는 데 성공했다. 또, 칼슘 이온 움직임을 실시간으로 관찰한 결과, BENN에서도 실제 뇌처럼 전기 신호가 전달되는 반응이 확인됐다.

연구팀은 해당 모델을 이용해 알코올이 뇌에 미치는 영향을 실험하기도 했다. 사회적 음주 수준인 0.03% 농도의 에탄올을 3주간 매일 노출한 결과, 회백질 영역에서는 알츠하이머와 연관된 아밀로이드-베타 및 타우 단백질이 증가했으며, 백질 영역에서는 신경섬유의 휘어짐이나 부풀어 오름 등 구조적 이상이 나타났다.

특히 알코올에 따른 뇌 영역별 반응을 실시간으로 시각화한 것은 이번이 처음으로, 뇌 질환의 원인 규명과 치료제 개발에 새로운 가능성을 제시한다는 평가다.

“기존 모델로는 관찰하기 어려웠던 신경 연결 구조나 전기 신호 반응까지 정밀 분석이 가능해졌다”며 “질환의 조기 진단과 치료 효과 예측을 위한 전임상 연구에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.