조광현(왼쪽 두번째) KAIST 바이오및뇌공학과 교수와 연구팀.국내 연구진이 뇌 영역 간 복잡한 연결 네트워크에 내재된 제어구조를 규명해 중장기적으로 뇌 질환 연구와 치료, 뇌를 모방한 인공지능(AI)·컴퓨터·반도체 발전에 기여할 것으로 기대된다.
KAIST(총장 신성철)는 조광현 바이오및뇌공학과 교수팀이 정보기술(IT)과 바이오기술(BT)이 융합된 시스템생물학 접근법을 통해 뇌가 다른 대부분의 네트워크와 달리 제어영역이 분산된 동시에 서로 중첩된 특이한 구조로 이뤄졌다는 것을 밝혀냈다고 10일 발표했다. 이 연구에는 이병욱 박사, 강의룡·장홍준 박사과정생이 참여했으며 논문은 ‘아이사이언스(iScience)’에 최근 게재됐다.
세계적으로 뇌 연결성을 파악하기 위한 커넥톰(Connectome) 연구가 활발히 이뤄지고 있으나 뇌의 동작 원리에 대한 이해는 매우 부족하다. 뇌의 강건하고 효율적인 정보처리 능력의 기반이 되는 숨겨진 제어구조는 파악된 내용이 없는 실정이다.
조 교수팀은 ‘미국국립보건원(NIH) 휴먼 커넥톰 프로젝트’에서 제공하는 정상인의 뇌 영상 이미지 데이터를 활용해 뇌 영역 간 네트워크를 구축했다. 이후 그래프 이론의 최소지배집합 개념을 활용해 제어구조를 분석했다. 최소지배집합이란 모든 노드(뇌의 각 영역)를 제어하는 데 필요한 최소한의 노드 집합을 뜻하는데 다양한 생체 네트워크나 통신망·전력망 등의 복잡계 네트워크를 제어하는 데 핵심이다
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뇌 연결 제어구조 규명 원리.연구팀은 최소지배집합을 기반으로 ‘제어영역의 분포’와 ‘제어영역의 중첩’이라는 두 지표를 정의한 뒤 네 종류의 제어구조를 정의했다. 그 결과 뇌가 제어영역이 분산된 동시에 서로 중첩된 특이한 구조라는 것을 확인했다. 조 교수는 “복잡한 연결성에 숨겨진 뇌 네트워크의 진화적 설계원리를 찾아내 뇌의 동작 원리를 파악할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다”고 말했다. /고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com
