[미리보는 '금요일에 과학터치'] 뇌영상 분석 이용한 뇌질환 진단 이야기

사진=자기공명영상장치를 이용한 다양한 종류의 뇌영상.

사람의 마음을 실제로 볼 수 있을까? 과학의 많은 분야 가운데 사람의 마음 또는 정신을 탐구하는 것은 아마도 인류에게 마지막까지 정복되지 않은 채 남아 있을 분야 중의 하나일 것이다. 미국에서 1990년대 '뇌의 10년'을 선언하고 국가적인 차원에서 연구에 집중하는 등 선진국을 중심으로 지난 20여 년간 뇌연구와 관련한 대규모 투자가 이뤄졌으나 아직까지 밝혀진 과학적인 사실들은 빙산의 일각이라고 할 수 있을 것이다.

이러한 뇌연구에서 있어서 중요한 방법 중의 하나가 살아 있는 사람의 뇌의 형태와 기능을 직접 볼 수 있는 뇌영상 촬영과 분석방법이다. 이러한 뇌영상 방법을 통해 연구실에서 실제 사람 뇌의 기능을 실험, 연구할 수 있게 됐으며 동물 실험 등을 통해 밝혀낸 사실들을 실제 사람의 뇌와 연관지어 이해할 수 있는 가능성을 제공하고 있다. 특히 전세계가 고령화 사회로 진입하는 시대에 치매 등 다양한 뇌질환을 조기에 진단하고 그 원인을 연구하는 데 있어 점차 그 중요성을 더해가고 있다.

한양대학교 공과대학 전기생체공학부 생체공학전공 이종민 교수 연구팀은 2007년부터 2012년까지 5년간 국가지정연구실 연구사업의 지원으로 '다중 영상을 이용한 뇌구조 파라미터 모델 기반의 뇌기능 네트워크 분석' 연구과제를 수행했다. 또 2011년부터 중견 연구자 도약연구 지원사업으로 '대용량 다중 뇌영상 데이터베이스 구축 및 이를 이용한 개인별 뇌질환 진단기술 개발' 과제를 연구하고 있다.

지난 10여 년간 이종민 교수 연구팀은 뇌영상 분석연구와 관련해 특화된 연구를 수행하고, 해당 분야의 SCI급 국제학술지에 100여 편의 논문을 발표했다. 특히 뇌영상에 기반을 둔 임상연구를 병행해 치매, 조현증(정신분열증), 간질 등 다양한 뇌질환의 원인과 경과를 밝히는 데 많은 노력을 했고 이와 관련한 다양한 뇌영상 처리 방법과 분석 방법을 개발해왔다.

뇌영상을 이용한 뇌질환 진단기술은 급속한 고령화를 경험하고 있는 한국사회에 큰 영향을 미칠 수 있는 중요한 기술이다. 이를 위해 이종민 교수 연구팀은 여러 가지 종류의 뇌영상을 하나로 통합해 분석할 수 있는 기술과 대용량 뇌영상 데이터베이스에 근거한 개인별 뇌질환진단 기술을 개발하고 있다.

이번 강연에서는 뇌영상을 촬영하는 영상기기의 간단한 원리와 뇌영상 분석 방법에 대해 소개한다. 특히 다양한 방식의 뇌영상들이 가지고 있는 각각의 특성들을 비교해보고, 이러한 뇌영상을 어떻게 분석하면 뇌질환진단에 활용할 수 있는지에 대해 알아본다.

중요한 뇌영상 촬영기기인 자기공명영상장치, 양전자방출단층촬영장치와 뇌파계 등의 원리에 대해 간단히 들여다볼 것이다. 특히 신체기관 중 가장 복잡한 형태를 가지고 있는 뇌의 특성을 효과적으로 반영해 분석하기 위한 접근 방법에 대해 살펴보고자 한다.

해상도가 좋고 형태적인 특성을 잘 반영하는 영상과 뇌의 기능을 직접적으로 보여주지만 해상도가 상대적으로 나쁜 영상들을 서로 통합하는 방법이 무엇인지 알아본다. 이를 위해 중요하게 다루어지는 뇌영상 지도가 어떤 것인지에 대해서도 소개할 예정이다. 또 이러한 다양한 뇌영상들을 이용해 실제 뇌질환을 효과적으로 검출하는 방법에 대해 살펴보고, 왜 대용량의 뇌영상 데이터베이스가 필요한지에 대해 알아보고자 한다.