뇌 깊숙이 2.1㎜까지…조직 손상 없이 신경활동 촬영 성공

뇌 깊은 곳의 신경활동을 조직 손상 없이 촬영하는 현미경 기술이 나왔다.

29일(현지시간) 애저라이프사이언스에 따르면 미국 록펠러대학교 연구팀은 3광자 현미경의 효율을 약 250배 높인 '트루디'(TrUDI) 플랫폼을 개발해 쥐 뇌에서 2.1㎜ 깊이까지 신경활동을 기록했다고 국제학술지 네이처 메소드에 발표했다.

빛은 뇌 조직 깊숙이 들어갈수록 산란해 배경 형광과 신경세포를 구분하기 어려워진다. 기존 3광자 현미경은 이론상 더 깊이 볼 수 있지만, 레이저 출력을 높이면 열로 인해 살아있는 조직이 손상되는 한계가 있었다.

연구팀은 컴퓨터 모델로 심부 촬영의 이론적 한계를 먼저 계산한 뒤 현미경을 처음부터 다시 설계했다. 레이저 펄스 수를 줄이는 대신 펄스당 에너지를 높여 평균 출력은 유지했고, 신경세포 위를 지날 때만 레이저를 켜는 방식으로 장시간 촬영 시 노출을 최대 80% 줄였다.

알리파샤 바지리 록펠러대 신경기술·생물물리학연구소장은 "개별 변수 하나의 개선은 4~5배에 그쳐 간과하기 쉽지만, 이런 최적화가 곱해지면 갑자기 200배 이상 나아진 결과를 얻는다"고 설명했다.

연구팀은 이 기술로 쥐의 대뇌피질 전체를 통과해 해마와 선조체 깊은 곳의 신경활동을 수술 없이 처음으로 포착했다. 기존 기능적 기록의 최대 깊이는 약 1.2㎜에 머물러 있었다.

촬영 후 뇌 조직을 분석한 결과 염증이나 신경세포 손실, DNA 손상 징후는 발견되지 않았다. 바지리 소장은 "그동안 침습적 방법으로만 접근할 수 있었던 여러 뇌 영역을 비침습적으로 볼 수 있게 됐다"고 말했다.