[학생 인터뷰] 강의룡 박사과정 학생, 브레인 네트워크만의 고유한 구조적 특징 발견

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<연구 내용 관련 대표 이미지>

1. 안녕하세요, 먼저 자기소개 부탁드립니다.

안녕하세요. 저는 카이스트 바이오및뇌공학과 조광현 교수님 연구실 (시스템생물학 및 바이오영감공학 연구실)의 박사과정 강의룡입니다.

2. 네 반갑습니다. 이번에 브레인 네트워크에서 고유한 구조적 특징을 발견하셨다고 들었는데요, 꽤나 흥미로우면서도 약간 추상적이라 좀 더 자세히 알고 싶습니다. 연구에 대해 간단하게 소개해주실 수 있으실까요?

먼저 연구에 관심을 가져 주셔서 감사합니다. 생명체의 뇌신경 시스템은 시냅스 연결을 통해 이루어진 신경세포들의 거대한 네트워크로 표현될 수 있으며, 이러한 네트워크로부터 발현되는 동역학적 현상들은 다양하고 복잡한 뇌의 기능들로 나타내게 됩니다. 저희는 뇌를 하나의 시스템으로 바라보고 구성요소들의 상호관계와 상호작용을 분석하는 브레인 시스템 생물학(Brain systems biology)의 관점으로, 현실의 다른 네트워크 유형들과 차별화되는 브레인 네트워크만의 고유한 구조적 특징을 발견하였습니다. 그리고 이러한 구조적 특징이 네트워크 기능적으로 최적화된 구조임을 시스템 차원에서 최초로 밝혀냈으며, 이를 나타내도록 정의한 구조적인 지표가 고등 인지 기능과 유의미한 상관관계를 갖는 것을 확인하였습니다.

Q3. 그렇군요. 이번 발견이 어떤 의의가 있는지도 설명해주실 수 있나요? 이를테면 기존의 발견들과는 다른 독특한 특징이 있다든지, 어떤 분야와 접목시켜 활용할 수 있다든지 말입니다.

본 연구의 중요한 발견들은 세 가지로 요약할 수 있습니다.

(1) 기존 연구들을 통해 브레인 네트워크가 모듈화된 구조를 가지고 있다는 것은 알려져 있었지만, 모듈을 정의하는 방식 자체가 다양할 수 있다는 것을 고려한 사례는 없었습니다. 저희는 이를 통합적으로 고려하여 브레인 네트워크를 분석하였으며, 그 결과 뇌의 모듈화된 영역들은 서로 완전히 겹치지도 않고, 완전히 분리되지도 않은 그 중간의 적절히 중첩된 구조를 갖도록 진화하였다는 구조적 특징을 발견하였습니다.

(2) 그리고 네트워크내 정보 전달의 효율성을 나타내는 다양한 관점의 지표들을 활용하여, 브레인 네트워크의 구조적 특징이 기능적인 측면에서 이점을 가져다 준다는 것을 시스템 수준에서 최초로 규명하였습니다.

(3) 또한 시간에 따른 뇌 영역의 활성도 데이터와 고등 인지 기능의 수행 능력 데이터를 같이 분석하여, 브레인 네트워크의 구조적 특징과 기능적 지표, 그리고 고등 인지 기능 사이의 유의미한 상관관계를 확인하였습니다. 이러한 상관관계에 대한 후속 연구를 통해, 뇌신경 시스템의 근본적인 설계 원리와 뇌질환의 효율적인 진단 및 치료 방안을 연구할 수 있을 것으로 생각됩니다.

4. 훌륭한 연구와 좋은 설명 모두 감사드립니다. 혹시 개인적으로 더 연구하고 싶은 주제나 분야가 있으신지요?

저희 연구실에서는 시스템생물학 (Systems biology)과 네트워크 제어 이론(Network control theory)이라는 키워드들로 복잡한 생명현상들에 내재되어 있는 생물학적 설계 원리를 탐구하고 있습니다. 저 역시 본 연구를 토대로 브레인 네트워크 고유의 제어 구조에 대한 연구를 계속하고자 하며, 본 연구에서 다루지 않았던 다양한 집단 (여러 연령대, 뇌질환의 유무 등)에 대한 분석도 흥미로운 연구 주제로 생각하고 있습니다. 더 나아가 본 연구의 발견을 인공지능 연구와 접목하는 것에도 많은 관심을 가지고 있습니다.

지금까지 카이스트 바이오및뇌공학과 조광현 교수님 실험실의 박사과정 학생 강의룡이었습니다. 인터뷰에 응해주셔서 진심으로 감사드립니다!

김세훈 기자 (sehun6215@kaist.ac.kr)