인간의 뇌는 세상을 이해하기 위한 지침이 미리 구성되어 있다는 증거 제시

• 핵심 요점:
  • UC Santa Cruz 연구팀, 뇌 오가노이드(미니 뇌)를 활용하여 인간 뇌의 가장 초기 전기 활동을 분석함.
  • 외부 감각 경험이 없는 상태에서도 뇌세포가 스스로 구조화된 회로(초기 운영 체제)를 형성한다는 사실을 입증함.
  • 이 발견은 신경 발달 장애의 원인 규명, 환경 독성 물질의 영향 분석 및 신규 치료법 개발에 중요한 토대를 제공함.

서론

• 인간이 사고를 형성하는 시점과 뇌가 선천적으로 구성되는지에 대한 오랜 철학적·과학적 질문에 대한 답을 탐구함.
• 자궁 내에서 보호받는 태아의 뇌 발달 과정을 직접 관찰하기 어려운 한계를 극복하기 위해, 연구팀은 실험실에서 배양한 뇌 조직 모델인 오가노이드를 활용하여 연구를 수행함.

본론

오가노이드는 외부 입력이 배제된 상태의 순수한 뇌 발달 과정을 보여줍니다.

• 연구 방법론: 인간 줄기세포를 배양하여 만든 3D 조직인 오가노이드에 CMOS 기반 마이크로전극 어레이 칩을 연결, 수천 개의 미세 증폭기를 통해 단일 뉴런의 전기 활동을 정밀 측정함.
• 실험적 이점: 오가노이드는 신체 기관이나 외부 감각 입력(시각, 청각 등)과 분리되어 있어, 세포 간의 자기 조립(Self-assembly) 과정과 초기 회로 형성 과정을 독립적으로 관찰할 수 있는 최적의 모델임.

뇌는 감각 경험 이전에 유전적으로 설계된 '디폴트 모드'를 작동시킵니다.

• 구조화된 패턴의 발견: 발달 초기(생후 몇 개월 이내 수준) 단계에서 외부 자극이 없음에도 불구하고, 뇌세포들이 무작위가 아닌 시간적 패턴(Sequence)을 가진 전기 신호를 자발적으로 방출함.
• 진화적 청사진: 이러한 초기 패턴은 뇌의 '디폴트 모드(Default Mode)'와 유사하며, 이는 인간의 뇌가 세상을 탐색하고 상호작용하기 위한 기본 지도(Map)나 운영 체제(Operating System)를 선천적으로 가지고 있음을 시사함.

결론

• 질병 및 독성 연구에의 응용: 뇌의 초기 자기 조직화 과정을 이해함으로써 신경 발달 장애의 병리학적 징후를 조기에 포착할 수 있는 근거를 마련함.
• 의학적 해결책 제시: 농약이나 미세플라스틱 같은 독성 물질이 뇌 발달에 미치는 영향을 정밀 분석하고, 이를 바탕으로 더 저렴하고 효율적인 약물 치료법 및 유전자 편집 도구를 개발하는 데 기여할 것으로 기대됨.