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"자폐·조현병 등 뇌 질환 기전 이해 기대"
19일 IBS에 따르면 뇌과학 이미징 연구단 홍석준 참여교수(성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 교수) 연구팀은 뇌 외적 정보처리와 내적 정보처리를 담당하는 대규모 기능적 전뇌 네트워크들이 형성되는 과정을 아이들 뇌 영상을 성장 시기별로 분석해 밝혀냈다.
외적 정보처리와 내적 정보처리는 뇌 기능의 아주 근본적인 원리다.외부 세계로부터 쏟아져 들어오는 시각적 정보(텍스트)를 처리하는‘외부수용’기능과,이 정보를 기반으로 외부 세계에 대한 인과관계를 더 깊이 이해(의도파악 등)하는‘내부모델링’기능이다.
이는 인간을 포함한 고등영장류가 변화하는 환경 속에서도 적절히 대응하고 생존하도록 도와주는 핵심적인 인지 역량이다.두 정보처리를 담당하는 대규모 기능적 전뇌 네트워크들은 대뇌피질에 포함되는데,이는 뇌 발달과 밀접한 관련이 있다.
특히,뇌의 발달 과정에서 시상과 대뇌피질 간 연결성은 뇌 기능 분화에 핵심적인 역할을 한다.시상은 주로 외부 감각 정보를 처리하는 중계 역할을 하는데,플레이할 수 있는 무료 슬롯최근 연구에서는 내부모델링과 같은 상위인지기능에도 영향을 미친다고 밝혀졌다.
이에 연구진은 뇌의 발달 과정에서 시상이 대뇌피질의 기능적 세분화에 미치는 영향,플레이할 수 있는 무료 슬롯즉 외부 네트워크와 내부 네트워크에 어떤 영향을 미치는지 조사했다.
우선,유아기부터 성인기에 걸친 다양한 연령대의 뇌 영상 데이터에 최신 뇌 영상 분석기법을 적용해 시상-대뇌피질 연결성이 나이에 따라 어떻게 변화하는지 추적 관찰했다.또 유전체 분석으로 시상-대뇌피질 연결성이 뇌 발달에 관여하는 유전자의 발현과 관련 있는지 살폈다.
그 결과 시상-대뇌피질 연결성은 뇌 발달 초기 단계와 이후 단계에서 다른 역할을 한다는 점을 알아냈다.유아기에는 시상과 감각 정보를 전달하는 대뇌피질 영역(감각 운동 네트워크) 간 연결성이 뚜렷하고 뇌 발달과 관련된 유전자가 발현됐다.하지만 성인기로 넘어가면서 현저성 네트워크와 연결성이 주축이 돼 외부수용성과 내부모델링 시스템이 분리됐다.이는 구분된 각 시스템이 서로 명확히 다른 역할을 수행하게 돼 기능적 세분화가 일어났다는 의미다.
연구진은 발달 시뮬레이션으로 시상-대뇌피질 연결성과 기능적 전뇌 네트워크 형성 간 인과관계에 대한 가설을 검증했다.시뮬레이션하는 동안 시상-대뇌피질 연결 규칙을 임의로 교란(조절)하니 내·외부 네트워크 간 분리가 이루어지지 않았으며,플레이할 수 있는 무료 슬롯이는 횡·종단적 데이터 분석에서도 확인 가능함을 함축적으로 의미한다.
동시에 인과관계를 나타내는 뇌 발달 곡선도 추적 조사했다.성숙한 두뇌의 주요 특징은 기능적 분리와 감각-연합 축 발달인데,플레이할 수 있는 무료 슬롯시상-대뇌피질 연결성이 이에 기여함을 알아냈다.그중에서도 특히 12~18세 사이에 크게 기여해,플레이할 수 있는 무료 슬롯두뇌 발달에 어느 시기가 가장 중요한지를 밝혔다.
이번 연구는 시상-대뇌피질 연결성이 내·외적 정보처리 과정을 담당하는 기능적 전뇌 네트워크의 초기 형성과 발달에 기초 틀을 제공한다는 것을 처음 밝혔다.이는 뇌 발달에 대한 이해를 높이고,대뇌피질의 기능적 세분화가 뇌 질환과 어떻게 연결되는지에 대한 중요한 단서를 제공한다.
홍석준 교수는 "태아의 뇌가 형성될 때 시상이 중요한 역할을 한다고 알려져 있었지만,태어난 이후에도 기능적 전뇌 네트워크의 발달에 영향을 미침을 밝혀냈다"며 "이를 통해 내·외적 시스템 발달 부진으로 나타나는 자폐,조현병 등 다양한 뇌 질환 기전을 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.
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