한국뇌연구원은정서 · 인지 질환 연구그룹의 추남선 박사 연구팀이 소동물의 신경에서 실시간 신경 활성을

형광 신호로 측정하기 위한초소형 뇌 형광 내시경 시스템에 전기적 신경신호 측정 기능을 결합한 다기능

브레인칩 플랫폼을 개발했다고  밝혔다.

과학자들은 뇌 기능을 심도 있게 이해하기 위해 행동에 제약이 적으면서 신경세포의 종류별 신경 활성을 측정할 수 있는 초소형 형광 뇌 내시경 시스템(micro-endoscope)*을 이용하였다.

이러한 시스템은 현미경과 같은 시야를 가지고 있으면서 살아있는 쥐에서 신경 활동의 실시간 기록이 가능하다. 하지만 신호의 반응이 느린 형광 신호를 이용하기 때문에 신경회로 활성의 실시간 분석이 제한적  ▲ (뒷줄) 좌측부터 구자욱 박사, 추남선 박사                      이다.          
    (앞줄) 좌측부터 김정섭 박사후연수연구원, 은종희 박사후연수연구원

이 때문에 행동에 따른 신경 활동의 실시간 분석을 위해서는 전기적 신경신호의 측정이 필수적이다.
기존에 초소형 형광 내시경 시스템은 그 구조와 무게가 커 신경 활동을 측정하기 위한 신경전극과 집적에 제한이 있었다.

* micro-endoscope : 쥐의 행동에 제약을 주지 않고 뇌 심부/표면에서 단일 신경세포 수준의 형광신호를 실시간으로 관찰 할 수 있도록 설계된초소형 현미경 시스템

추남선 박사 연구팀은 신경세포의 활동을 다각적으로 높은 시공간적 해상도로 측정하기 위해초소형 뇌 형광 내시경 시스템과 뇌 표면에서 전기신호를 측정하는데 쓰는 투명하고 유연한 ECoG 전극 배열체*를 초소형 모듈로 결합한 ‘ECoGScope(ECoG 전극 배열체와 micro-endoscope의 합성어)’ 플랫폼을개발하였다.

* ECoG 전극 배열체 : 뇌의 전기 신호를 측정하기 위해 뇌 표면(Cortex)에 직접 부착하는 전극 배열

연구팀은 ‘ECoGScope’ 플랫폼이 초소형 및 초경량으로 설계돼 생쥐와 같은 소형 실험동물의 뇌신경에 부착해도 행동에 미치는 영향이 매우 낮고, 높은 정밀도로 신경신호를 측정할 수 있다고 설명하였다.

연구팀이 ECoGScope 플랫폼을 생쥐의 뇌 시각피질(visual cortex) 및 감각 피질(sensory cortex)에 삽입하여
빛과 통증에 따라 나타나는 신경회로의 활성도를 정밀하게 측정할 수 있음을 확인하였다.

또한, 코카인에 중독된 동물모델에 이 시스템을 적용하여중독 상태에서 신경회로의 변화를전기 및 형광 신호로 동시에 기록하고 통합적으로 분석하여 중독 현상을 심도 있게 이해할 수 있게 되었다.

교신저자인 추남선 박사는 “이번에 개발한 ECoGScope 플랫폼은 중독, 우울증 등다양한 정서 · 인지 질환 동물모델의 신경회로 분석 연구에광범위하게 활용할 수 있다”면서, “뇌질환 기전 규명,신경회로 기반 진단기법 개발 및 새로운 치료제 개발에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

한국뇌연구원 은종희 · 김정섭 박사후연수연구원(포스트닥)이 제1저자,구자욱 박사가 공동 교신저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 ‘Biosensors and Bioelectronics’ 최신호에 게재되었다.

* (논문명) ECoGScope: An integrated platform for real-time Electrophysiology and fluorescence imaging
* (저 자) 은종희(제1저자), 김정섭(제1저자), 김태은, 구자욱(교신저자), 추남선(교신저자)