IBS 연구팀, 뇌 발달 과정서 ‘신경세포-별세포’ 메커니즘 규명

[대덕연구개발특구 소식]
발달성-퇴행성 장애 연구에 활용

기초과학연구원(IBS)은 이창준 기억및교세포연구단장과 홍성호 연구위원 연구팀이 별모양의 비신경세포 ‘별세포’가 소뇌에서 복잡하고 정교한 움직임을 가능케 하는 메커니즘을 규명했다고 10일 밝혔다.

이번 연구는 인공지능(AI) 기반 데이터 분석·계산 모델링·신경과학 실험을 결합한 최초의 다학제적 별세포 연구다. 파킨슨 등 운동장애 치료뿐 아니라 로봇·피지컬 AI·인공신경망 분야에 확장 적용될 것으로 기대된다.

소뇌에는 뇌 전체 신경세포의 70% 이상이 모여 있으며 그중 대부분은 과립세포다. 소뇌 과립세포는 억제성 신경신호 전달물질 가바(GABA)에 의해 지속적으로 억제됨으로써 활성이 조절되고 정보를 안정적으로 처리한다. 연구진은 성장에 따라 억제 신호 조절 방식에 변화가 있을 것으로 가정해 전기생리학·대규모 컴퓨터 시뮬레이션·AI 기반 행동 분석을 통합해 이를 검증했다.

연구진이 어린 생쥐(3∼4주령)와 성체 생쥐(8∼12주령)의 소뇌 과립세포를 비교·분석한 결과, 어린 생쥐는 억제성 신경세포가 방출한 가바가 지속적 억제를 주로 담당했다. 반면 성장 이후 생쥐는 별세포가 ‘베스트로핀-1’이란 통로를 통해 가바를 직접 공급하며 억제를 주도했다.

이를 토대로 지속적 억제가 어린 시기에는 신경세포 중심이었다면, 성장 과정에서 신경세포-비신경세포(별세포) 공동 운영 체제로 변화되는 것을 밝혀냈다. 연구진은 이러한 변화가 신경회로 기능에 미치는 영향을 살펴보기 위해 약 100만 개의 신경세포를 포함하는 ‘대규모 소뇌 신경회로 계산 모델’을 구축했다. 시뮬레이션 결과 지속적 억제 조절의 중심축이 신경세포에서 별세포로 전환되면서 각 부위의 움직임을 담당하는 과립세포 간 간섭을 줄여, 이들 세포가 보다 독립적으로 정보를 처리할 수 있게 됨을 확인했다.

이 단장은 “이번 연구는 기존의 신경세포 중심으로만 이해돼 온 뇌 발달 과정에서 신경세포와 별세포의 상호작용 중요성을 새롭게 밝혀낸 성과”라며 “발달성 및 퇴행성 운동 조절 장애 연구뿐 아니라 뇌 원리 기반의 로봇·피지컬 AI의 운동 제어 기술 개발에도 널리 활용될 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처’의 자매지 ‘실험분자의학’에 게재됐다.