김동윤 교수·이민희 박사 연구팀,

구조적 뇌 네트워크를 구성하는 새로운 방법 개발

뇌질환 및 정신질환에 대한 통찰 제시

원주캠퍼스 김동윤 교수(보건과학대학 의공학부)와 이민희 박사가 뇌 네트워크 구성에 새로운 기법을 제안함으로써 뇌질환 및 뇌 네트워크 분석 연구의 저변을 확대할 것으로 기대된다.  

사람의 뇌는 매우 효율적인 방법으로 여러 뇌 영역에서 정보를 생성하고 이를 분리, 통합할 수 있는 복잡한 시스템이다. 확산텐서영상(diffusion tensor image)의 발전으로 비침습적으로 사람의 뇌 신경다발을 재현할 수 있는데, 이러한 뇌 신경다발의 해부학적 연결 패턴을 정의하는 것은 뇌질환 및 정신질환을 이해하는 데 중요한 역할을 수행한다. 따라서 이를 위해 사람의 뇌를 네트워크로 모델링한다.

구조적 뇌 네트워크는 뇌 영역을 나타내는 노드(node)와 영역을 연결하는 신경인 엣지(edge)로 구성되어 연결행렬(connectivity matrix)로 나타낼 수 있다. 기존의 방법(parcellation method)을 이용한 뇌 네트워크 구성 방법은 뇌 영역을 나누는 크기(parcellation scale)에 따라 많은 영향을 받는다. 

연구팀은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 하나의 노드와 ε 거리 내에 있는 포인트를 ‘ε-neighbor’라고 정의하고, 이를 이용해 노드와 엣지를 재정의함으로써 새롭게 구조적 뇌 네트워크를 구성하는 방법을 제안했다. 나아가 제안된 방법을 이용해 자폐증 환자에서 기존의 방법으로 발견하지 못한 구조적 뇌 네트워크 차이를 발견했다. 연구팀이 제안한 방법은 보다 더 실제적인 구조적 뇌 네트워크를 구성하는 방법에 새로운 접근법을 제공한 것으로 평가된다. 

이민희 박사는 “새로운 뇌 네트워크 구성 기법은 네트워크 연구에 새로운 접근법을 제공하며, 구조적 연결성 변화를 통해 뇌질환 및 정신질환에 대해 자세하고 깊은 이해를 제공하며 이를 생물학적 지표로 활용할 수 있을 것”이라며 “향후 다양한 뇌질환자 및 정신질환자의 뇌 네트워크 구성 및 분석 연구를 진행할 예정”이라고 연구의 의의를 밝혔다. 

한편, 본 연구는 이민희 박사가 한국연구재단 뇌과학원천기술개발사업의 지원을 받아 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 의공학 분야의 국제적 권위지인 ‘IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING’ 10월호의 표지논문으로 소개됐다.