KIT "제조사별 데이터 통합, 뇌 신경망 분석 표준화"

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 서로 다른 제조사의 다중전극칩(MEA)에서 얻은 신경세포 데이터를 하나의 기준으로 분석할 수 있는 오픈소스 도구가 국내연구진에 의해 개발됐다.

국가독성과학연구소(KIT)는 동물대체연구센터 박순현 센터장팀이 순천향대·성균관대·부산대와 공공으로 5개 제조사의 MEA 데이터를 통합 분석할 수 있는 오픈소스 '캐스케이드(CASCADE)'를 개발했다고 9일 밝혔다.

MEA는 배양 신경세포나 뇌 오가노이드의 전기신호를 여러 전극으로 동시에 측정하는 장비지만, 제조사별 데이터 형식과 분석 방식이 달라 장비 간 결과를 직접 비교하기가 어려웠다.

이번에 개발된 CASCADE는 원본 데이터 입력부터 신경세포의 스파이크와 발화율, 네트워크 활성, 임계성(criticality), 뉴런 눈사태(neuronal avalanche)까지 동일한 분석체계로 처리할 수 있다.

임계성은 신경망이 지나치게 조용하거나 과도하게 흥분하지 않는 상태로 정보전달과 반응범위가 최대화되는 지점을 나타내는 지표다. 뉴런 눈사태는 한 신경세포의 활동이 주변 세포로 연쇄적으로 확산되는 현상으로, 신경망의 집단적 활성 상태를 보여준다.

연구팀이 5개 제조사의 6개 실측 데이터를 활용해 CASCADE를 검증한 결과, 장비와 파일 형식이 달라도 동일한 기준으로 임계성 값을 산출해 비교할 수 있는 것으로 확인됐다.

또 제조사 전용 소프트웨어와 비교한 스파이크 검출 성능도 동등한 수준으로 나타났다. 일반 노트북에서도 전체 분석을 5~20초 만에 수행했으며 8.6GB에 달하는 대용량 데이터도 최대 352MB의 메모리만으로 처리가능하다.

연구팀은 CASCADE가 서로 다른 장비의 데이터를 '원본 데이터→신경망 활성 분석→임계성 분류' 과정으로 표준화했다는 점에 의미가 있다고 설명했다.

배양 신경세포와 뇌 오가노이드를 이용한 동물대체 신경독성 평가의 재현성과 신뢰성을 높이고 의약품·화학물질의 신경계 부작용을 조기에 평가하는 데 활용될 수 있을 것으로 평가받는 이번 연구성과는 생명정보학 분야 국제학술지 'Bioinformatics'에 최근 게재됐다. CASCADE 소스코드와 검증 데이터는 무료로 공개됐다.

박순현 센터장은 "신경세포 신호를 어떤 장비로 측정하더라도 같은 기준으로 분석해야 과학적인 비교가 가능하다"며 "CASCADE는 동물을 대체하는 신경독성 평가와 바이오 지능 연구 발전에 도움이 될 것"이라고 말했다.


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