[📪정보] 쥐 두개골 속 신경망 투시하는 현미경 나왔다

출처 : https://n.news.naver.com/mnews/article/584/0000020054?sid=105

쥐의 두개골 내부와 뇌 신경망의 3차원 영상. 기초과학연구원(IBS) 제공

살아있는 쥐의 두개골을 열지 않고도 뇌 신경망을 3차원(3D) 고해상도로 관찰할 수 있는 현미경이 개발됐다. 뇌신경과학을 포함한 의생명 융합연구나 정밀 측정이 필요한 산업분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

최원식 기초과학연구원(IBS) 분자분광학및동력학연구단 부연구단장은 30일 김문석 가톨릭대 교수와 최명환 서울대 교수 연구팀과 이 같은 현미경을 개발했다며 “광학 현미경 영상 기술 발전에 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.

광학 현미경은 빛의 굴절을 이용해 아주 작은 물체나 구조를 확대해 관찰하는 장치다. 우리 몸 깊은 곳까지 관찰하기 위해서는 충분한 빛 에너지를 전달해 반사되는 신호를 정확히 측정해야 한다. 하지만 생체 조직 같은 복잡한 구조에서 빛은 여러 번 무작위하게 진행방향을 바꾸는 다중 산란을 겪는다. 이 과정에서 빛은 가진 영상 정보를 잃는다.

다만 아주 적은 영상 정보라해도 한번 부딪쳐 반사된 빛인 ‘단일산란파’만 골라 왜곡을 보정해주면 깊은 곳까지 관찰할 수 있다. 하지만 다중 산란파가 이를 방해한다. 과학자들은 다중 산란파를 제거하고, 단일산란파의 비율을 증가시키는 법을 연구해왔다.

연구팀은 지난 2019년 다중 산란을 제거한 현미경을 개발했다. 빛의 세기와 위상을 동시에 측정할 수 있는 현미경으로 절개 수술없이 살아있는 물고기의 뇌 신경망을 관찰하는데 성공했다. 하지만 물고기보다 두꺼운 두개골을 가진 쥐의 경우, 두개골에서 발생하는 다중산란으로 두개골을 제거하거나 얇게 깎아내지 않고 뇌 신경망 영상을 얻을 수 없었다.

연구팀은 이번 연구에서 단일 산란파만 골라내는 방법을 제시했다. 쥐 두개골에 비춰지는 빛의 각도가 바뀔 때 그에 따라 반사되는 파면을 측정해 빛과 물질의 상호작용을 정량화한 것이다. 연구팀은 “단일산란파과 다중산란파가 가지는 특성을 이용해 서로를 분리하고 다중산란파만 선택적으로 제거할 수 있었다”고 설명했다.

이 방법을 활용했더니 뇌 신경망에 기존보다 80배 많은 빛이 모아지고 불필요한 신호를 선택적으로 제거해 단일 산란파의 비율이 수십배로 늘어난 것으로 나타났다. 실제 연구팀은 쥐의 두개골을 제거하지 않고도 가시광선 대역의 레이저로 형광 표지 없이 두개골 밑에 존재하는 뇌 신경망 영상을 고해상도로 얻는 데 성공했다.

이번 연구는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 지난달 28일 온라인으로 공개됐다

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