신경과학의 혁신: 성체 초파리의 뇌 전체 지도 완성

프린스턴 대학이 이끄는 과학자 팀이 성인 과일파리( Drosophila melanogaster )의 뇌를 통한 최초의 뉴런-뉴런 및 시냅스-시냅스 로드맵을 구축하여 뇌 연구의 주요 이정표를 세웠습니다. 이 연구는 새로운 과일파리 "커넥톰"에 전념하는 Nature 의 10월 2일 특별호의 주요 기사입니다.

이전 연구자들은 302개의 뉴런을 가진 C. elegans 선충 의 뇌 와 3,000개의 뉴런을 가진 과일파리 유충의 뇌를 매핑했지만, 성충 과일파리는 몇 배 더 복잡하며 약 140,000개의 뉴런과 이를 연결하는 약 5,000만 개의 시냅스를 가지고 있습니다.

초파리는 인간 DNA의 60%를 공유하며, 4개 중 3개의 인간 유전병은 초파리와 유사합니다. 초파리의 뇌를 이해하는 것은 인간과 같은 더 크고 복잡한 종의 뇌를 이해하는 데 중요한 발판입니다.

"이것은 중요한 업적입니다." 프린스턴 신경과학 연구소 소장이자 연구팀의 공동 리더인 세바스찬 승과 함께 말라 머티가 말했습니다. "이렇게 복잡한 성인 동물의 완전한 뇌 연결체는 없습니다." 머티는 또한 프린스턴의 카롤과 마니 마르신 '96 신경과학 교수입니다.

Princeton의 Seung과 Murthy는 Nature 호의 주요 논문에서 공동 선임 저자로, Princeton University, Vermont University, Cambridge University, California-Berkeley, UC-Santa Barbara, Freie Universität-Berlin, Max Planck Florida Institute for Neuroscience의 연구자들이 주도한 겹치는 저자 집단이 포함된 9개의 관련 논문이 포함되어 있습니다. 이 연구는 NIH의 BRAIN Initiative, Princeton Neuroscience Institute의 Bezos Center for Neural Circuit Dynamics, McDonnell Center for Systems Neuroscience, 그리고 이 문서의 끝에 나열된 다른 공공 및 민간 신경과학 연구소와 기금에서 부분적으로 자금을 지원받았습니다.

이 지도는 프린스턴 대학을 기반으로 하고 전 세계 76개 이상의 연구실 팀과 287명의 연구자, 그리고 자원 봉사 게이머로 구성된 FlyWire 컨소시엄에 의해 개발되었습니다.

Nature 논문의 주저자인 스벤 도르켄발트는 FlyWire 컨소시엄을 이끌었습니다.

"우리가 만든 것은 여러 면에서 아틀라스입니다." 프린스턴 대학에서 2023년 박사 학위를 받고 현재 워싱턴 대학과 앨런 뇌과학 연구소에 재직 중인 도르켄월드가 말했다. "Google 지도 없이 새로운 장소로 운전하고 싶지 않은 것처럼, 지도 없이 뇌를 탐험하고 싶지 않을 것입니다. 우리가 한 일은 뇌 아틀라스를 만들고 모든 사업체, 건물, 거리 이름에 대한 주석을 추가한 것입니다. 이를 통해 연구자들은 이제 뇌를 이해하려고 노력하면서 신중하게 탐색할 수 있게 되었습니다."

모든 작은 골목길과 모든 고속도로를 추적하는 지도처럼, 파리 연결체는 과일파리 뇌 내부의 모든 규모에서의 연결을 보여줍니다.

이 지도는 Davi Bock이 이끄는 과학자 팀이 찍은 암컷 초파리 뇌의 2,100만 장의 이미지로 만들어졌는데, 당시 Davi Bock은 Howard Hughes Medical Institute의 Janelia Research Campus에 있었고 지금은 University of Vermont에 있습니다. Princeton의 Sebastian Seung과 함께 일하는 연구원과 소프트웨어 엔지니어가 만든 AI 모델을 사용하여 그 이미지의 덩어리와 얼룩을 레이블이 붙은 3차원 지도로 바꾸었습니다. 연구원들은 데이터를 비밀로 유지하는 대신, 처음부터 과학 커뮤니티에 진행 중인 신경 지도를 공개했습니다.

"AI 컴퓨팅의 발전으로 전체 뇌를 매핑하는 것이 가능해졌습니다. 전체 배선도를 수동으로 재구성하는 것은 불가능했을 것입니다. 이것은 AI가 어떻게 신경과학을 발전시킬 수 있는지 보여주는 사례입니다." 연구의 공동 리더 중 한 명이자 프린스턴 대학 신경과학 Evnin 교수이자 컴퓨터 과학 교수인 Sebastian Seung 교수가 말했습니다.

Dorkenwald는 "이제 우리는 뇌 지도를 가지고 있으므로 어떤 뉴런이 어떤 행동과 관련이 있는지에 대한 루프를 닫을 수 있습니다."라고 말했습니다.

이 개발은 뇌 질환에 대한 맞춤형 치료법으로 이어질 수 있습니다.

"많은 면에서 뇌는 인간이 만든 컴퓨터보다 더 강력하지만, 대부분의 경우 우리는 여전히 그 기본 논리를 이해하지 못합니다." FlyWire 프로젝트에 일부 자금을 제공한 미국 국립보건원 BRAIN 이니셔티브의 존 응이 이사는 말했습니다. "뉴런이 서로 어떻게 연결되는지에 대한 자세한 이해가 없다면 건강한 뇌에서 무엇이 제대로 되는지, 질병에서 무엇이 잘못되는지에 대한 기본적인 이해가 없을 것입니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241002123138.htm