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복잡한 세상을 단순하게 보는 뇌의 비밀 기초과학연구원 연구에 따르면, 우리는 수많은 움직임을 하나씩 보지 않고 평균 방향 같은 핵심만 빠르게 파악합니다. 바람에 흔들리는 나뭇잎을 볼 때 전체 흐름을 직관적으로 이해하는 것도 같은 원리입니다. 이는 뇌가 복잡한 정보를 줄여 효율적으로 판단하기 때문입니다. 뇌는 어떻게 정보를 요약할까 연구에서는 시각 정보가 일차시각피질(V1)에서 평균과 분산으로 정리되고, 이후 후두정피질(PPC)에서 ‘왼쪽·오른쪽’ 같은 범주로 바뀌는 과정을 확인했습니다. 특히 개별 신경세포보다 여러 세포의 집단 활동이 더 안정적인 판단을 만든다는 점이 핵심입니다. 핵심 메커니즘 한눈에 정리 단계 뇌 영역 역할 1 V1 평균·분산 추출 2 PPC 범주화(좌·우) 3 신경집단 안정적 판단 형성 ▲ 뇌의 복잡한 장면 인지 과정에서 무작위 점 운동 자극이 V1의 평균 및 분산 정보와 PPC의 범주 정보로 이어지는 개념도 ▲ 뇌의 복잡한 장면 인지 실험에서 생쥐가 무작위 점 운동 자극의 평균 방향을 판단하는 과제 구조와 난이도 조건 ▲ 뇌의 복잡한 장면 인지 연구에서 V1과 PPC의 집단 반응이 평균방향과 범주방향으로 다르게 나타난 분석 결과 향후전망 이 원리는 인간 인지 이해뿐 아니라 인공지능 발전에도 중요한 단서가 됩니다. 특히 복잡한 데이터를 빠르게 요약하는 기술, 자율주행과 컴퓨터 비전 분야에서 활용 가능성이 큽니다. 향후 인간 연구로 확장되면 뇌와 AI의 연결 고리가 더욱 명확해질 전망입니다. 뇌의 복잡한 장면 인지 자세히 보기

뇌 속 별세포가 밝힌 정교한 움직임의 비밀 사람이 걷거나 뛰고 장애물을 피하는 정교한 움직임은 뇌의 소뇌가 조절합니다. 최근 기초과학연구원 연구진은 이러한 운동 협응 능력이 단순히 신경세포만이 아니라 ‘별세포(astrocyte)’라는 비신경세포의 역할로 크게 향상된다는 사실을 밝혔습니다. 연구팀은 전기생리 실험, 컴퓨터 시뮬레이션, AI 기반 행동 분석을 결합해 뇌 발달 과정에서 별세포가 어떻게 복잡한 움직임을 가능하게 하는지 규명했습니다. 성장하면서 달라지는 소뇌 신경회로의 작동 방식 어린 시기에는 억제 신호를 신경세포가 주도하지만 성장 후에는 별세포가 ‘베스트로핀-1’ 통로를 통해 GABA 신호를 공급하며 조절의 중심이 됩니다. 이 변화는 신경세포 간 간섭을 줄여 각 신체 부위가 더 독립적으로 움직이게 합니다. 실제로 AI 기반 3D 행동 분석 결과, 성체 개체는 더 다양한 움직임을 보였으며 별세포 기능이 약화되면 협응 능력이 떨어졌습니다. 핵심 정리: 운동 협응을 만드는 뇌의 변화 구분 어린 시기 성체 억제 신호 주도 신경세포 별세포 GABA 공급 방식 시냅스 활동 기반 Bestrophin-1 채널 분비 운동 특징 단순·반복적 유연·다양한 협응 ▲ 성장에 따른 소뇌 회로 변화와 운동 협응 차이를 나타낸 개념도 ▲ 성장기 지속적 억제의 분자・세포 수준에서의 전환을 보여주는 모식도 ▲ AI 기반 3차원 행동 분석을 통한 별세포 유래 가바의 운동 협응 기능 검증 향후전망 이번 연구는 뇌 발달을 신경세포 중심으로만 이해하던 기존 관점을 확장했다는 점에서 의미가 있습니다. 별세포가 운동 협응의 핵심 조절자로 확인되면서 파킨슨병 등 운동 장애 치료 연구에도 새로운 단서를 제공할 전망입니다. 또한 뇌 원리를 활용한 로봇 제어, 피지컬 AI, 인공신경망 설계에도 활용될 가능성이 커 미래 기술 발전에도 중요한 기초 연구로 평가됩니다. 뇌 별세포 움직임 조절 자세히 보기

사람마다 다른 만성 통증, 왜 객관적 측정이 어려울까 최근 기초과학연구원 연구진이 만성 통증의 강도를 뇌 영상으로 수치화하는 연구 성과를 발표했습니다. 같은 질환을 진단받아도 사람마다 통증의 강도와 양상이 크게 다른데, 지금까지는 이를 객관적으로 측정할 방법이 거의 없었습니다. 연구진은 뇌 활동 패턴을 분석해 개인이 느끼는 통증을 과학적으로 예측하는 기술을 제시하며 정밀 의료의 새로운 가능성을 보여주었습니다. AI가 찾아낸 ‘통증의 뇌 지문’ 원리 연구팀은 섬유근육통 환자를 대상으로 수개월 동안 반복적으로 fMRI 촬영을 진행하고, 인공지능 기계학습으로 뇌 연결망을 분석했습니다. 그 결과 사람마다 서로 다른 ‘통증 뇌 패턴’이 존재한다는 사실을 확인했습니다. 즉 통증은 공통 신호보다 개인의 뇌 네트워크 특성에 더 크게 좌우되며, 이러한 패턴을 활용하면 환자가 느끼는 통증의 세기를 비교적 정확하게 예측할 수 있습니다. 구분 기존 통증 평가 뇌 영상 AI 분석 평가 방식 환자 주관적 표현 뇌 활동 데이터 분석 정확도 개인차 반영 어려움 개인별 통증 패턴 분석 활용 가능성 증상 중심 치료 맞춤형 정밀 치료 만성 통증 치료 패러다임이 바뀔 가능성 이번 연구는 통증이 단순한 신체 반응이 아니라 개인의 뇌 연결 구조와 깊게 연관된다는 점을 보여줍니다. 특히 같은 질환이라도 환자마다 다른 ‘통증 지문’을 가진다는 사실이 확인되면서, 앞으로는 환자 맞춤형 진단과 치료 전략을 설계하는 기반이 될 것으로 기대됩니다. ▲ 뇌 영상 기반 만성 통증 마커의 통증 세기 예측 ▲ 뇌 영상 기반 만성 통증 마커의 뇌 영역별 중요도 향후전망 앞으로 연구가 확대되면 병원에서 뇌 영상 분석을 통해 만성 통증의 원인을 더 정확하게 파악할 수 있을 전망입니다. 장기적으로는 약물 의존 치료를 줄이고, 개인별 뇌 반응에 맞춘 정밀 치료법 개발에도 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 만성 통증 강도 수치화 자세히 보기

기억이 안 나는 진짜 이유, 뇌 속 연결에 있었습니다 우리는 종종 분명히 배웠던 내용이 갑자기 떠오르지 않아 답답함을 느낍니다. 최근 기초과학연구원 연구진은 그 이유가 단순한 ‘기억 세포의 존재’가 아니라, 기억 세포들 사이의 연결 상태 에 있다는 사실을 밝혔습니다. 기억은 저장만으로 완성되지 않으며, 서로 얼마나 잘 연결돼 있느냐가 회상의 핵심 조건이라는 점이 이번 연구의 출발점입니다. 기억을 떠올리게 만드는 핵심 장치, 엔그램 시냅스 특정 경험을 하면 뇌 속 일부 신경세포가 활성화되는데, 이를 ‘엔그램 세포’라고 부릅니다. 연구진은 공포 기억 실험을 통해, 학습 후 이 엔그램 세포들 사이의 시냅스 수가 늘어나고 구조도 더 단단해진다는 점을 확인했습니다. 반대로 이런 연결 강화를 인위적으로 막자, 기억은 저장돼 있음에도 실제 행동에서는 잘 떠오르지 않았습니다. 구분 시냅스 변화 기억 회상 결과 정상 학습 수·크기 모두 증가 자연스럽게 회상 단백질 합성 1회 억제 크기만 감소 자연 회상 약화 단백질 합성 반복 억제 수·크기 모두 차단 회상 거의 불가 기억 장애 이해의 실마리를 제공한 이번 발견 이번 연구는 기억이 사라진 것이 아니라, 꺼내는 길이 약해질 수 있음을 보여줍니다. 엔그램 세포가 존재해도 시냅스 연결이 충분하지 않으면 기억은 행동으로 드러나지 않습니다. 이는 기억력 저하나 회상 장애를 이해하는 데 중요한 단서를 제공합니다. ▲ 기억이 안 날 때 뇌 변화 엔그램 시냅스 강화와 회상 구조 모식도 ▲ 기억이 안 날 때 뇌 변화 dual-eGRASP 시냅스 이미지 비교 ▲ 기억이 안 날 때 뇌 변화 연구진 강봉균 홍일강 김연준 향후전망 연구진은 앞으로 특정 기억 회로만을 정밀하게 조절하는 후속 연구를 진행할 계획입니다. 이번 성과는 기억 장애 치료와 치매 연구 등으로 확장될 가능성이 크며, ‘기억은 연결이다’라는 새로운 관점을 뇌과학에 제시하고 있습니다. 기억이 안 날 때 뇌 변...

우울증, 뇌 속 ‘설탕 장식’이 무너지면서 시작될 수 있습니다 단순히 기분이 가라앉는 것이 아니라, 뇌에서 일어나는 미세한 분자 변화가 우울증의 원인이 될 수 있다는 연구 결과가 나왔습니다. 기초과학연구원 연구진은 뇌의 감정 조절 부위인 전전두엽에서 ‘당쇄화’라 불리는 과정을 통해 우울증이 시작될 수 있다는 사실을 밝혔습니다.     ‘당쇄화’란 무엇인가요? 당쇄화는 단백질에 당(설탕 성분)이 붙는 과정을 말합니다. 이 과정은 뇌세포 간 신호 전달을 원활하게 하고, 신경 회로를 안정적으로 유지하는 데 꼭 필요합니다. 연구진은 우울증 생쥐 모델을 만들어 분석한 결과, 전전두엽에서 이 ‘설탕 장식’이 무너지면서 감정 회로에 이상이 생기는 것을 확인했습니다. 특히 당을 붙이는 효소의 양이 줄어들며, 우울감, 무기력, 긴장 증가 같은 증상이 나타났습니다. 감정 회복의 실마리는 뇌 속 ‘분자 균형’에 있습니다 연구진은 뇌에서 당을 붙이는 효소를 다시 늘려주자 우울증 증상이 눈에 띄게 줄어드는 것을 발견했습니다. 이는 뇌 속 당쇄화 균형이 감정 회복에 중요한 역할을 한다는 점을 시사합니다. 약물 중심 치료를 넘어서, 분자 수준에서 우울증을 이해하고 접근할 수 있는 새로운 길이 열리고 있습니다. 논문명: Abnormal O-Glycan Sialylation in the mPFC Contributes to Depressive-like Behaviors in Male Mice 저널: Science Advances (2025) 연구진: Youngsuk Seo, Inwoong Song, Ki Jung Kim, Bomi Chang, Prajitha Pradeep, Woo Suk Roh, Woojin Won, Jinhyeong Joo, Myeongju Kim, Jae Cheol Jeong, C. Justin Lee, and Boyoung Lee 앞으로의 가능성 이번 연구는 우울증뿐 아니라 PTSD, 조현병 같은 정신질환의 원인을 분자적 관점에서 찾...

PTSD, 왜 시간이 지나도 나아지지 않을까? PTSD는 큰 충격을 받은 뒤에도 그 기억이 쉽게 사라지지 않아 일상생활이 힘들어지는 병입니다. 많은 사람들은 시간이 지나면 나아질 거라 생각하지만, PTSD 환자들에게는 그 말이 통하지 않습니다. 왜일까요? 최근 국내 연구진이 그 이유를 밝혀내 주목받고 있습니다.   게재 논문 자세히 보기 공포 기억을 붙잡는 뇌 속 물질 ‘GABA’ 기초과학연구원(IBS) 과 이화여대 연구진은 PTSD 환자의 뇌를 분석해봤습니다. 그 결과, ‘별세포’라는 뇌세포가 만들어내는 억제성 물질 ‘GABA’가 지나치게 많다는 사실을 발견했습니다. 이 물질은 뇌의 공포 반응을 계속 자극하며, 기억을 없애지 못하게 막습니다. 연구팀은 이를 억제하는 신약 ‘ KDS2010 ’을 동물 실험에 사용해 증상이 호전되는 효과도 확인했습니다. 향후전망 이번 연구는 PTSD 치료의 새로운 길을 열었습니다. 단순한 증상 완화가 아닌, 원인을 잡는 치료 전략이 가능해진 것이죠. 앞으로는 PTSD뿐 아니라 불안장애, 조현병 등 다양한 정신질환에도 적용될 수 있을 것으로 기대됩니다. ▲ PTSD에서 별세포 GABA 조절 메커니즘 및 신약 KDS2010의 치료 효과 요약 ▲ PTSD 환자의 전전두엽 GABA 및 뇌혈류 변화와 회복 경향 ▲ 전전두엽 GABA 농도가 뇌혈류량을 통해 PTSD 증상 심각도에 미치는 영향 분석한 결과 ▲ PTSD 환자 전전두엽에서 관찰되는 비정상적인 별세포 GABA 및 관련 효소 변화 ▲ PTSD 동물모델에서 전전두엽 별세포 MAOB가 공포기억 소거에 필요충분 조건을 만족 ▲ 별세포 GABA 합성 저해제 KDS2010 투여 시 PTSD 동물 모델의 증상 개선

자기장은 MRI와 같이 질병 진단에 매우 중요한 수단이나, 치료에는 사용이 되지 않고 있다. 즉, 자기장을 이용하면 MRI와 같이 생체 신호를 읽기나 검색은 가능하나, 쓰기나 교정 기능은 불가능한 상태이다. 기초과학연구원 (IBS) 나노의학 연구단 천진우 단장(연세대 교수)과 이재현 연구위원(연세대 고등과학원 교수) 연구팀은 자기장을 이용해 뇌의 운동신경을 무선 (wireless) 및 원격 (remote) 으로 정밀 제어하는‘나노 자기유전학(nano-magneto-genetics) 기술’을 개발했다. 연구진은 자기장에 감응하여 토크 힘 (5 pN (피코 뉴톤1)))을 발생하는 ‘나노나침반’을 개발하였다. 나노나침반의 토크 힘은 뇌세포의 피에조-1 (Piezo-1) 이온 채널2)을 개방하여, 뇌신경 신호 전달이 가능하다. 살아있는 동물(쥐)의 경우 나노나침반을 우뇌의 운동 신경 부위에 주입한 후 자기장을 가했을 때, 칼슘 이온이 세포 내로 유입되어 원하는 부위의 운동 능력을 촉진하였다. 이에 따라 쥐의 왼발 운동신경이 활성화되어 반시계 방향으로 운동하며, 운동능력이 약 5배 향상했다. 즉, 나노나침반이 자기수용체 (magneto-receptor, 磁氣受容體)로 작용하여, 뇌세포의 활성 제어가 가능함이 살아 움직이는 동물에서 증명된 것이다. 연구진이 개발한 자기유전학 장치는 MRI장비와 같은 크기(중심지름 70 cm)에서도 구동이 가능하며 사람의 뇌나 전신에 25mT(밀리 테슬라3))의 자기장을 전달할 수 있다. 자기장은 침투력이 높기 때문에 파킨슨병, 암과 같은 난치병 치료에 활용될 것으로 기대된다. 천진우 단장은 “나노 자기유전학은 원하는 세포를 유전공학으로 선택해 무선(wireless)·원격(remote)으로 뇌 활성을 제어하는 연구 플랫폼이 될 것”이라며 “뇌의 작동 원리 규명과 질환 치료 등 뇌과학의 새로운 지평을 열 것으로 기대한다”고 전했다. 이번 연구 결과는 국제학술지‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’에 1월 29일 01시(한국시간...