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살아있는 동물 뇌 속을 훤히 들여다본다

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살아있는 동물 뇌 속을 훤히 들여다본다

2019.08.01 15:00
최원식 기초과학연구원(IBS) 분자분광학및동력학연구단 부연구단장 연구팀은 절개 수술 없이 살아있는 생물체의 신경망을 고해상도로 관찰할 수 있는 초고속 홀로그램 현미경을 개발했다. IBS 제공
최원식 기초과학연구원(IBS) 분자분광학및동력학연구단 부연구단장 연구팀은 절개 수술 없이 살아있는 생물체의 신경망을 고해상도로 관찰할 수 있는 초고속 홀로그램 현미경을 개발했다. IBS 제공

생체조직은 현미경으로도 그 내부를 관찰하기 힘들다. 현미경을 투과한 빛이 복잡한 구조로 이뤄진 생체 세포들에 부딪히기 때문이다. 국내 연구팀이 이런 한계를 개선해 생체조직 내부까지 관찰할 수 있는 홀로그램 현미경을 개발했다.


최원식 기초과학연구원(IBS) 분자분광학및동력학연구단 부연구단장 연구팀은 절개 수술 없이 살아있는 생물체의 신경망을 고해상도로 관찰할 수 있는 초고속 홀로그램 현미경을 개발했다고 1일 밝혔다.


홀로그램 현미경은 물체광과 참조광이라는 두 종류의 빛을 서로 만나 일으키는 빛의 간섭효과를 이용해 빛의 진폭과 위상을 파악하는 기술이다. 특정 깊이에서 선택적으로 광신호를 획득해 내부 깊숙한 곳의 이미지까지 관찰할 수 있다. 하지만 이미지획득 속도가 느려 살아있는 동물 관찰에 쓰이기 어렵다는 단점이 있다.

 

시분해 초고속 홀로그램 현미경(a)은 스캐닝 거울을 이용해 물체를 조명하는 빛과 참조광을 동시에 바꿔가며 되돌아 나온 간섭무늬를 기록한다. 참조광을 고정시킨 채 물체광만 스캐닝하는 기존 기술(b)이 제한된 영역에서만 관찰이 가능했던 것과 달리, 개발된 기술(C)은 모든 면적에서 간섭무늬를 기록할 수 있다. IBS 제공
시분해 초고속 홀로그램 현미경(a)은 스캐닝 거울을 이용해 물체를 조명하는 빛과 참조광을 동시에 바꿔가며 되돌아 나온 간섭무늬를 기록한다. 참조광을 고정시킨 채 물체광만 스캐닝하는 기존 기술(b)이 제한된 영역에서만 관찰이 가능했던 것과 달리, 개발된 기술(C)은 모든 면적에서 간섭무늬를 기록할 수 있다. IBS 제공

연구팀은 물체광과 참조광을 조절하는 방식으로 기존보다 이미지획득 속도를 수십 배 향상시키는데 성공했다. 초당 10장 정도의 이미지를 획득하는 기존 기술과 달리 새로 개발된 현미경은 초당 500장 정도의 이미지를 획득하는 것으로 확인됐다. 연구팀은 “초점의 광신호를 100배 이상 증가시키는데도 성공했다”며 “생체조직의 더 깊은 곳까지 관찰할 수 있다는 뜻”이라고 설명했다.


실제로 연구팀은 살아있는 제브라피쉬를 대상으로 홀로그램 현미경을 사용해 생체조직 깊은 곳까지 관찰하는데 성공했다. 연구팀은 “형광표지 인자를 사용하지 않고 수 주 이상 성장한 살아있는 제브라피쉬의 후뇌부에서 고해상도 뇌신경망 영상을 얻었다”며 “제브라피쉬는 성장할수록 후뇌부를 덮는 부위에 비늘이 두껍게 형성돼 내부를 파악하기 힘들다”고 말했다. 


최 부단장은 “기존 광학 현미경 기술의 깊이 한계를 한 단계 뛰어넘은 것”이라며 “이 기술이 향후 뇌신경과학 뿐 아니라 다양한 의학∙생명 융합 연구와 정밀 측정이 필요한 산업분야에 큰 기여를 할 수 있을 것”이라고 말했다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 17일 온라인판에 발표됐다.

 

최원식 기초과학연구원(IBS) 분자분광학및동력학연구단 부연구단장. IBS 제공
최원식 기초과학연구원(IBS) 분자분광학및동력학연구단 부연구단장. IBS 제공

 

 

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