▲KRISS 김기웅 생체신호센터장

[국제i저널=대전 김도희기자]한국표준과학연구원(KRISS, 원장 강대임) 생체신호센터 김기웅 박사팀이 뇌기능 연결성을 직접 가시화할 수 있는 신개념 장치를 개발했다.

해당연구는 KRISS의 창의적전문연구사업 및 WCL(글로벌수월성연구단)의 지원을 통해 수행되었고 연구결과는 뇌 과학 분야의 저명한 저널인 NeuroImage(IF:6.252) 5월호에 표지논문으로 게재되었다.

뇌 과학 분야에서 ‘뇌기능 연결성’ 에 대한 연구는 가장 뜨거운 화두이다. 그동안 활용된 MRI의 경우, 뇌 모양 및 질병 유무 등 해부학적 정보는 구할 수 있었지만 뇌기능에 대한 정보는 확인이 불가능했다. 뇌에 대한 연구가 발전하면서 이제 학계는 해부학적 정보가 아닌 뇌기능의 유기적인 연결성에 대한 연구에 집중하고 있다.

현재, 뇌기능 연결성을 확인할 수 있는 하나의 방법으로 fMRI*(기능영상 MRI)도 활용되고 있지만 몇 가지 구조적 단점이 존재하고 있다.

* fMRI(functional MRI) : MRI 측정 방법의 한 형태로 fMRI는 뇌의 어떤 부분이 활동하고 있는지를 혈액의 산소소모 정도로부터 유추하여 뇌의 기능을 영상화함

연구팀은 일반 fMRI 방식과 전혀 다른 개념인 뇌파자기공명(Brainwave Magnetic Resonance)을 고안해 뇌기능의 활동을 영상화하는 장치를 개발하였으며 뇌신경 전류원으로 구성된 뇌 팬텀을 통해 이를 증명하였다.

뇌파자기공명(Brainwave Magnetic Resonance)은 뇌파가 발생시키는 진동자기장이 뇌 속의 양성자를 직접 공명시키는 것을 말한다.

▲]뇌파자기공명 원리 ⓒ국제i저널

뇌파자기공명 방식은 뇌기능을 담당하는 특정 주파수영역의 뇌파가 진동하는 부분을 직접 영상화하기 때문에, 뇌의 각 부분이 뇌파에 의해 연결되어 통신하는 상태인 뇌기능연결성을 직접 파악할 수 있다. 반면 뇌의 혈액 산소소모를 통해 연결성을 알 수 있는 fMRI의 경우, 수 초 이상의 시간차가 있어 빠르게 변화하는 뇌기능연결성을 파악하는데 한계가 있다.

▲ KRISS 김기웅 박사와 뇌파자기공명장치 ⓒ국제i저널

특히, 뇌파자기공명 방식은 낮은 자기장에서 뇌 기능 연결성에 대한 측정이 가능하다는 장점이 있다. 해당 방식에서 사용하는 자기장의 세기는 일반 fMRI에 비해 백만분의 일 수준이다.

fMRI 영상은 자기장 세기의 제곱에 비례해서 해상도가 높아지기 때문에 관련 업계에서는 보다 높은 자기장을 지닌 장비가 계속해서 개발되고 있다. 하지만 그만큼 장비가격이 높아지고, 강한 자기장과 전자기파에 노출로 인한 인체 유해성 논란이 존재한다.

연구팀은 역발상으로 KRISS의 초고감도 측정 기술을 이용하여 낮은 자기장에서의 양성자 자기공명 측정에 성공하였다.

KRISS　김기웅 박사는 “CT, MRI, 뇌자도 장치 등을 통해 뇌의 해부학적 기능 지도화는 많이 연구되었지만 이후 단계인 뇌기능에 대한 연결성에 대한 연구는 미흡한 실정이다.”라며 “뇌기능 연결성을 직접 보여줄 수 있는 영상장비를 순수 국내 기술로 개발함으로써 뇌의 신비를 푸는 열쇠가 되는 것은 물론 고가로 거래되는 의료 장비의 국제시장에서 경쟁력을 지닐 수 있다.”라고 말했다.

또한 그는“이번에 발표한 뇌파자기공명은 새롭게 발명한 생체자기공명 연구 분야의 한 가지 예로서, 심장자기공명 등 다양한 생체자기공명 연구 분야를 국제학계에 소개함으로써 새로운 연구 분야에서 우리나라가 세계를 선도할 수 있을 것”라고 기대했다.

한편, 역발상을 통한 김기웅 박사의 이번 성과는 KRISS가 지원하는 창의적전문연구사업의 성공적인 사례로 뽑힌다. KRISS 창의적 전문연구사업은 연구자가 가지고 있는 도전적이고 창의적인 아이디어를 제약 없이 실행할 수 있도록 지원하고 있으며 KRISS는 2006년부터 심사를 통해 총 11개의 과제를 선정하였다.

김도희  yeu3030@naver.com

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