뇌의 신비에 한 발자국 더 다가서다
뇌기능 연결성을 볼 수 있는 뇌파자기공명 장치 개발 

현대 뇌과학에 있어서 가장 큰 화두는 뇌의 기능 연결성이다. 뢴트겐이 X선을 개발한 이래 CT, MRI가 개발되어 뇌의 기능을 지도화 할 수 있게 되었고 DTI(Diffusion Tensor Imaging, 확산텐서영상)는 뇌의 해부학적 연결성을 보여주었다. 해부학적 연결성의 다음 단계가 바로 뇌의 기능적 연결성이다. 이는 단순히 어떤 기능이 뇌의 어느 위치에 해당하는지를 넘어서 뇌의 서로 다른 부분이 통신하면서 고차인지기능을 처리하는 것을 이해할 수 있게 해준다.  

예를들어 컴퓨터의 동작을 이해하려고 할 때, 기판에 구리선이 연결된 모양(해부학적 연결성)을 보기 보다는 CPU의 핀에서 0과 1의 전압(기능적 연결성)을 재야하는 것과 같다. 실제 많은 뇌 과학자들이 뇌기능 연결성에 관한 연구를 진행하고 있지만 안타깝게도 이제까지는 이를 직접 보여줄 수 있는 장비는 존재하지 않았다.

KRISS 생체신호센터 김기웅 박사팀이 뇌기능 연결성을 보여줄 수 있는 신개념 영상장비를 개발하는데 성공했다. 이는 fMRI(기능영상MRI)의 백만분의 일 수준으로 지구 자기장보다 낮은 자기장에서 뇌 기능의 활동 영상을 직접 얻는 기술이며 뇌신경 전류원으로 구성된 뇌 팬텀을 통해 이를 증명하였다.

MRI 영상은 자기장 세기의 제곱에 비례해 신호가 강해지고 해상도가 높아진다. 하지만 강한 자기장과 전자기파의 노출로 인한 유해성 논란이 끊이지 않았다. 김기웅 박사팀은 역발상으로 오히려 일반 MRI의 백만분의 일, 지구 자기장보다도 낮은 자기장에서 인체의 전기적 생체활동 자체가 주변 양성자를 공명시키는 생체자기공명 현상을 발견했다. 뇌파가 발생시키는 진동자기장으로 뇌 속의 양성자를 공명시켜 영상화시킨 것이다. 김기웅 박사는 이를 뇌파자기공명(Brainwave Magnetic Resonance)이라 명명했다.

뇌파자기공명 기술은 뇌의 해부학적 모양이나 연결형태가 아닌 기능에 관한 연결성을 확인함으로써 뇌의 각 영역간의 통신에 기반하여 뇌의 신비를 푸는 열쇠로 활용될 것으로 기대되고 있다. 또한 다음 노벨상 후보이기도 한, fMRI의 개발에 필적하는 새로운 차세대 뇌 연구영상장비 기술로서, 고가 의료기 국제 시장 진출에서 경쟁력을 갖게될 것으로 보인다. 현재 놔파자기공명 기술은 동물실험을 통해 인체적용 가능성 실험이 진행 중이며 향후 여러 분야에 활용 가능한 측정 기술마련을 위한 단계별 기술발전 계획도 추진할 예정이다.

그동안 불가능했던 낮은 자기장에서의 양성자의 자기공명 측정이 김기웅 박사팀의 초고감도 측정 기술 개발에 따라 뇌파자기공명이 가능하게 된 것에 대해 김기웅 박사는 “CT, MRI, 뇌자도 장치 등을 통해 뇌의 해부학적 기능 지도화는 많이 연구되었지만 뇌기능에 대한 연결성에 대한 연구는 미흡한 실정이다”라며 “이번에 발표한 뇌파자기공명은 새롭게 발명한 생체자기공명 연구분야의 한 예로 심장자기공명 등 다양한 생체자기공명 연구 분야를 국제학계에 소개함으로써 새로운 연구분야에서 우리나라가 세계를 선도할 수 있을 것”이라고 말했다.

미래창조과학부와 KRISS의 창의적전문 연구사업 및 WCL(글로벌수월성연구단) 등의 지원으로 수행된 이번 연구는 뇌 과학 분야의 저명한 저널인 Neurolmage(IF:6.252) 5월호에 표지논문으로 게재되었다.