획기적인 AI 도구, 뇌의 3D 지도 생성

이는 이전에는 볼 수 없었던 뇌의 세부적인 모습입니다.

플로리다 대학 연구진은 중요한 기술적 도약을 통해 생쥐의 뇌에 대한 고해상도 3D 지도를 생성할 수 있는 강력한 새로운 계산 및 인공지능 도구를 개발했습니다. 이를 통해 사용자는 모든 각도에서 확대/축소할 수 있으며, 마치 Google Earth 지도처럼 뇌 기능을 위한 에너지를 생성하는 분자의 전체 구조를 들여다볼 수 있습니다.

국립보건원의 연구 보조금으로 자금이 지원되는 이 새로운 AI 기반 도구는 과학자들이 알츠하이머병과 다른 신경퇴행성 질환에서 대사의 역할에 대한 보다 포괄적인 이해에 한 걸음 더 다가가게 합니다. 표적 치료법을 발견할 수 있는 새로운 가능성을 열어줄 수 있습니다.

오늘 Nature Metabolism 저널에 보고된 Ramon Sun 박사가 이끄는 연구팀은 UF의 HiPerGator 슈퍼컴퓨터를 사용하여 획기적인 MetaVision3D 도구를 개발한 방법을 자세히 설명했습니다.

원리 증명으로, 그들은 정상 마우스와 알츠하이머병 및 희귀 유전 질환인 폼페병 마우스 모델 모두에서 뇌의 3D 대화형 아틀라스를 생성했습니다. Sun의 연구실은 대사와 정신 사이의 연관성을 연구하는 과학자들의 성장하는 분야를 지원하기 위해 데이터베이스와 웹 서버를 공개적으로 접근 가능하게 했습니다.

"저희 방법론을 사용하면 뇌의 수천 개의 분자를 매핑하고 각 뇌 영역 내에서 정확히 어디에 위치하는지 파악할 수 있습니다. 전례 없는 일입니다."라고 Center for Advanced Spatial Biomolecule Research의 이사이자 UF의 McKnight Brain Institute의 혁신 부문 부소장인 Sun이 말했습니다.

"NIH 자금 지원 없이는 할 수 없었을 것입니다. 이 자금은 알츠하이머병의 대사적 원인을 밝히고 이 파괴적인 질병을 예방하고 치료하기 위한 새로운 개입의 길을 여는 저희의 노력에 활력을 불어넣습니다."

온라인 사용자는 3D 재구성을 통해 조직의 각 단면을 탐색할 수 있으며, 이를 통해 기존 2D 지도에서는 ​​볼 수 없는 미묘한 복잡성을 파악할 수 있으며, 식단, 운동, 유전학의 영향을 받는 세포 대사와 질병 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있습니다.

"Google Earth에서 도시를 확대해서 집이 어떻게 생겼는지, 거리가 어떻게 생겼는지, 어떤 차가 있는지 볼 수 있습니다. 이것이 우리가 이 3차원 공간에서 마우스 뇌에 제공한 해상도 수준이며, 질병 중에 어떻게 변하는지 보여줍니다." UF 의대의 생화학 및 분자생물학과 조교수이기도 한 Sun은 말했습니다.

"신경퇴행성 질환과 관련된 분자를 포함하여 사고, 기억 및 뇌 건강에 영향을 미치는 분자를 탐색하고 검사할 수 있습니다. 모든 다른 분자를 매핑하고 미세한 뇌 구조에서 어떻게 조직되고 분포되는지 확인할 수 있습니다."

썬은 이를 폴더형 폰에서 스마트폰으로의 기술적 도약에 비유했는데, 2D에서 3D로의 도약을 이루기 위해 그의 연구실은 뇌 기능에 필수적인 영양소인 지방과 탄수화물과 같은 분자를 식별하고 계산하는 첨단 영상 장비를 사용하여 한 번에 한 겹씩 얇은 층 79개의 뇌 단면을 스캔했습니다.

"그런 다음 AI를 사용하여 이미지를 정렬하고 쌓아 전체 뇌 대사체를 재구성했습니다." 논문의 주저자이자 생물통계학 박사과정 학생인 신 마(Xin Ma)는 말했습니다. 신 마는 선(Sun)과 리 첸(Li Chen, Ph.D., MS)의 지도를 받고 있다. 대사체는 뇌가 기능하도록 에너지를 만드는 수천 개의 분자 모음입니다.

다음 단계로, 플로리다 대학의 인지 노화 및 기억 임상 전환 연구 센터 소장인 사라 버크(Sara Burke) 박사와 함께 분자와 상관관계를 파악하기 위해 해부학적 구조를 매핑하고 수학적 방법을 사용하여 정확도를 95~99%로 검증했다고 썬은 말했습니다.

앞으로 연구자들은 지도 제작 도구를 확립된 MRI 영상 및 유전자 분석과 통합하여 뇌의 특정 영역을 표적으로 삼는 치료법을 개발할 수 있을 것입니다. 이는 현재 뇌의 질병에 걸리지 않은 부분에도 영향을 줄 수 있는 기존 치료법과 대조됩니다.

"질병 예방 및 치료를 위해 생물학자들이 연구할 수 있는 새로운 각도를 열었습니다." 논문의 공동 책임 저자이자 플로리다 대학교 공중보건 및 보건 직업 대학 생물통계학과의 준교수인 첸의 말입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250319143253.htm