[DEBUG-WINDOW 처리영역 보기]
즐겨찾기  |  뉴스레터  |  오늘의 정보  |  e브릭몰e브릭몰 sale 회원가입   로그인
BRIC홈 동향
검색광고안내
산으로 가는 전공 이야기
스폰서배너광고 안내  배너1 배너2 배너3 배너4
과학으로 본 코로나19 (COVID-19)
전체보기 Bio통신원 Bio통계 BRIC View BRIC이만난사람들 웹진(BioWave)
목록
조회 2053  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
바이오통신원   
[바이오토픽] 2인용 MRI 장치, 뇌영상화(neuroimaging)의 한계 확장할까?
의학약학 양병찬 (2020-01-15)

2인용 MRI 장치, 뇌영상화(neuroimaging)의 한계 확장할까?

Dual-Head Volume Coil(DHVC) (a) shows that the DHVC is installed on a Siemens Skyra MRI scanner; the (b) demonstrates that two people faceto-face to each other can be scanned simultaneously with the DHVC. / RAY LEE

어둡고 커다란 동굴 같은 MRI 스캐너의 내부는 '외로운 곳'일 수 있다. 사회적 상호작용의 밑바탕에 깔린 신경활성에 흥미를 느낀 과학자들이 '고립된 사람'의 뇌를 포착한다는 건 어불성설인 듯 보인다. 그윽한 시선으로 바라보며 대화하는 사람들의 뇌영상을 촬영하는 방법은 없을까? 두 연구팀이 '별난 솔루션'을 개발하고 있으니, '두 사람'을 '하나의 스캐너'에 투입하는 것이다.

한 MRI 장치는 미국과학재단(NSF: National Science Foundation)의 재정지원하에 개발되고 있고, 또 하나의 장치는 초기 테스트 단계에 있으며 지난달 출판전 서버에 업로드 된 논문에서 기술되었다. 이러한 설계들은 '과학적 성과가 비용 및 복잡성을 정당화하는지' 여부를 검증 받아야 하며, '두 사람이 (때로는 한 시간 이상) 거의 포옹에 가까운 밀착 상태를 견뎌내야 한다'는 애로사항이 있다. 그러나 두 연구팀은 '뇌가 얼굴표현·눈맞춤·신체접촉과 관련된 미묘한 사회적·정서적 단서를 교환하는 메커니즘'을 밝히는 계기가 마련되기를 희망하고 있다. "그 도구는 가능한 연구의 범위를 엄청나게 확장할 수 있다"라고 록펠러 대학교의 빈리히 프라이발트(신경과학자)는 논평했다. "정말 흥미롭다."

기능적 자기공명촬영장치(fMRI)는 신경활성을 평가하기 위해 혈액의 산소화(oxygenation)를 측정하는 도구로, 이미 사회적 절차를 연구하는 도구로 널리 사용되고 있다. 그러나 "실제적인 사회적 상호작용과 달리, fMRI를 이용한 실험은 축소되었으며 인위적이다"라고 핀란드 투르크 대학교의 라우리 눔멘마(신경과학)는 말한다. "참가자들은 스캐너 안에 누워, 종종 정적(靜的)인 얼굴사진을 들여다보거나 녹음된 음성을 듣는다. 그러나 사진이 '대면한 사람들' 간의 미묘한 감정흐름을 보여줄 수는 없으며, 녹음된 음성이 진정한 대화를 허용하는 것도 아니다."

생각다 못한 연구자들은 '스캐너 속의 리얼타임 만남'을 고안해 냈다. 2002년, 베일러 의대의 신경과학자 리드 몬터규는 '연결된 개별적 MRI 장치' 속에 있는 사람들의 뇌를 동시에 포착한 연구결과를 최초로 출판했다. 그 접근방법은, 오디오나 비디오를 통해 온라인 게임이나 의사소통을 하는 사람들의 신경활성을 포착할 수 있었다.

그러나 컬럼비아 대학교의 레이 리(신경과학, MRI 물리학)에 의하면, "설사 몬터규의 접근방법을 사용하더라도 막대한 대인정보(interpersonal information)가 손실되는 것을 막을 수가 없다"고 한다. 그래서 그는 지난 10년 동안, '2인용 MRI 장치'를 세련화하는 데 주력해 왔다. 그러기 위해서는 특별한 '헤드코일쌍(pair of head coils)'을 이용하여, 두 개의 인접한 뇌에서 나오는 개별적인 시그널들을 판독할 수 있어야 한다. 그 헤드코일은 '새장 모양의 금속 코일'로서, 참가자들이 MRI 자석 속에서 (다리를 맞댄 채) 모로 누워 (창문을 통해) 서로를 응시하는 동안 그들의 머리를 둘러싼다. 2012년, 프린스턴 대학교에 재직 중이던 리는 동료들과 함께 '2인용 MRI 장치'에 관한 최초의 논문을 출판했다(참고 1). 그는 "20만 달러를 주면, 이 장치를 다른 연구소에 제공할 수 있다"고 말했었다.
 

2인용 MRI 장치, 뇌영상화(neuroimaging)의 한계 확장할까?

The outline of the dfMRI eye contact experiments. The (a) illustrates the dual-head coil and the dyadic placement in a commercial MRI scanner; the (b) is a 3D rendering of a dyadic anatomical data set, which illustrates the physical stimuli and BOLD responses in the experiments; the (c) depicts the temporal courses of dyadic stimuli: eye opening and/or closing in the task A and B. (참고 2)

또 하나의 '2인용 MRI 장치'는 핀란드 알토 대학교의 신경과학자 리타 하리가 운영하는 연구소에서 눔멘마와 동료들에 의해 개발되었으며, 다른 유형과 형태의 헤드코일을 사용한다. 그러나 참가자들이 '포옹에 가까운 자세'를 취한다는 점은 똑같다. (단, 그들은 덜 친밀한 '스핑크스 비슷한 자세'를 취한다. 즉, 배를 깔고 얼굴을 마주보는데, 하리에 따르면 목에 안 좋을 수 있다고 한다.)

2019년 12월 10일 《bioRxiv》에 업로드한 논문에서(참고 3), 눔멘마가 이끄는 연구팀은 그 기술의 초기 테스트 과정을 설명했다. 그 내용인즉, 두 명의 친구나 친밀한 파트너들이 번갈아 가며 상대방의 입술을 가볍게 두드리는 동안, 신경활성을 기록하는 것이었다. 연구팀은 그 과제를 통해, '지시사항에 따라 손가락으로 두드리기'의 감촉과 시각적 효과에 상응하는 뇌활성을 포착했다고 한다.

리가 최초로 품었던 의문은 비교적 간단하다. '공유된 스캐너'와 '비디오를 통해 원격 연결된 스캐너' 안에서의 뇌활성은 어떻게 다른가? 두 사람이 눈맞춤을 할 때, 뇌의 어떤 네트워크가 활성화되나? 그는 아직도 데이터를 분석하고 있으며, 2012년에 사용했던 장치를 이용하여 논문을 작성하고 있다. 그러나 2019년 가을, 시그널의 품질이 향상된 코일을 설계하여 더 많은 뇌를 스캔하기 위해 NSF에서 약 100만 달러의 연구비를 지원받았다.

"만약 리의 시스템이 제대로 작동한다면, 앞으로 성장 가능성이 무궁무진할 것이다"라고 NSF에서 프로그램을 지휘하는 엘런 카펜터(신경과학)는 말했다. "예컨대 미래의 연구에서는, 뇌가 사회적 단서를 포착하여 '상대방에게 언제 어떻게 공감을 표시할 것인지'를 결정하는 과정을 관찰할 수 있을 것이다"라고 그녀는 덧붙였다.

물론, 기존의 '1인용 스캐너'를 이용하여 뇌의 상호작용 메커니즘을 관찰하는 게 불가능한 건 아니다. 예컨대 스캐너 속에 있는 사람은, 외부에 있는 사람과 대화를 하거나 심지어 신체접촉을 할 수도 있다. "그렇다면 두 개의 뇌에서 활성이 변화하는 과정을 실시간으로 관찰함으로써 얻는 실익(實益)이 무엇일까?"라고 프라이발트는 의문을 제기한다. 또 한 가지 이슈는, fMRI가 느리다는 것이다. 즉, fMRI가 측정하는 혈중산소의 변화는 초(秒) 단위로 일어나는데, 이는 경우에 따라 두 뇌의 신경발화 타이밍 간의 관계를 정확히 파악할 수 없음을 의미한다.

다른 전문가들은, MRI 구성의 과도한 친밀함이 연구를 제한할 수 있다고 지적한다. "그건 '얼굴 마주보기' 이상이다. 당신은 '인생에서 특별한 사람'의 바로 옆에 누워 있다"라고 프린스턴 대학교의 우리 하슨은 말한다. 어떤 사람들에게는, 그런 경험이 위협적으로 느껴질 수도 있다. "당신은 낯선 사람의 코에서 3인치 떨어진 곳에 서 있었던 적이 있나? 아마 의도적으로 그런 적은 없을 것이다"라고 몬터큐(現 버지니아 폴리테크닉 주립대학교)는 말한다. "현실에서는 그런 인위적인 상황이 펼쳐지지 않는다. 나는 내 방식이 더 좋다고 생각한다."

몇 가지 한계에도 불구하고, 리는 '2인용 MRI 장치'가 (뇌영상화에서 지금껏 간과되어 왔던) 뇌의 상호작용 측면을 포착할 수 있다고 생각한다. 그는 자폐아와 비자폐아를 대상으로, 스캐너 속에서 부모와 눈맞추기나 상호작용을 할 때 나타나는 뇌역학(brain dynamics)의 차이를 관찰할 계획이다. 그에 따르면, 올가을에 첫 번째 대상자들이 '2인용 MRI 장치' 속으로 들어갈 거라고 한다.

※ 참고문헌
1. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mrm.23313
2. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0121791
3. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/861252v1

※ 출처: Science http://www.sciencemag.org/news/2020/01/mri-scanners-built-two-push-limits-neuroimaging

  추천 0
  
인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
  
양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
다른 연재기사 보기 전체보기 >
[바이오토픽] 마침내 밝혀진 인플루엔자 백신의 비밀: '미접촉 B세포'와 '기억 B세포'의 반응
인플루엔자 백신은 「방어적 기억면역반응(protective memory immune response)」을 유도한다. 새로운 연구에서, 인간의 미접촉 B세포(naive B cell)...
[바이오토픽] 노인들이 COVID-19에 취약한 건, 면역계의 불협화음 때문
후천성 면역계의 양대 산맥인 ‘항체’와 ‘T세포’의 손발이 안 맞는 경우가 있다. 일부 환자와 노인들이 중증 COVID-19를 앓는 것은 그 때문인 것으로 보인다.
[바이오토픽] COVID-19는 어떻게 뇌(腦)를 손상시키나?
코로나바이러스에 감염된 사람들 중 일부는 신경학적 증상을 보인다. 과학자들은 그 원인을 규명하려 노력하고 있다. 그 여성은 집안에서 사자와 원숭이를 봤다. 그녀는 지남력을 상실하고...
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다. [기사 오류 신고하기]
 
  댓글 0 댓글작성: 회원 + SNS 연동  
첫 댓글을 달아주세요.
 
위로가기
동향 홈  |  동향FAQ  |  동향 문의 및 제안
 |  BRIC소개  |  이용안내  |  이용약관  |  개인정보처리방침  |  이메일무단수집거부
Copyright © BRIC. All rights reserved.  |  문의 member@ibric.org
트위터 트위터    페이스북 페이스북   유튜브 유튜브    RSS서비스 RSS
에펜도르프코리아 광고