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[표지로 읽는 과학]3D프린터로 출력한 뇌 신경망 모형

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2018년 12월 01일 17:22 프린트하기

네이처 제공
네이처 제공

사람의 신경계나 반도체의 집적회로 같은 물리적 네트워크는 서로 겹치지 않는다. 신경계의 경우 무수한 신경망이 상호작용하지만 각각의 신경세포는 엄밀히 분리돼 있다. 시냅스(신경세포간 연결부위)를 통해 정보를 주고받는다. 반도체 회로 역시 각각의 노드(회로가 연결된 부분)의 시작과 끝이 분명하게 분리되도록 설계된다.

 

11월 29일 국제학술지 ‘네이처’는 컴퓨터 소프트웨어로 신경계와 닮은 물리적 네트워크를 설계한 뒤 3D(입체)프린팅 기술로 인쇄한 모형 뇌 신경망을 표지에 실었다. 


알베트 러슬로 바라바시 미국 노스이스턴대 교수 연구진은 신경망을 구성하는 알고리즘을 적용해 수학적 네트워크 모델을 설계했다. 여러 분야에서 나타나는 물리적 네트워크의 기하학적 진화 과정에 적용해 신경망과 같은 정밀한 물리 네트워크를 구성하는 수학적 모델을 만들었다.

 

연구진은 신경세포간 연결 부위 두께나 휘는 정도(곡률)를 조절해 네트워크를 형성하는 패턴을 형상화했다. 연결 단위별로 상호작용하는 정도를 조절하면 신경망이 성장하는 과정을 예측할 수 있다고 분석했다.

 

이렇게 개발한 모델은 3D프린터로 출력해 눈으로 직접 확인할 수 있다. 연구자들은 이런 방식이 동물의 뇌를 연구하는데 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 바라바시 교수는 “동물마다 신경망의 활성 정도나 상호 작용의 강도를 수치화해 모델에 값을 입력하면, 기학학적 뇌 모형을 만들 수도 있다”며 “동물의 성장단계별로 값을 달리한다면 뇌의 크기 변화 등을 보다 정밀하게 분석하는데 도움이 될 것”이라고 말했다.

 

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