착용 가능한 뇌 이미징 장치가 아기들이 현실 세계에서 어떻게 반응하는지를 밝혀냅니다.

해로운 빛 파장을 사용하여 아기들의 뇌 활동을 측정하는 새로운 기술이 UCL과 비르크벡의 연구자들이 주도한 새로운 연구에서 청각, 시각 및 인지 처리와 같은 뇌 기능의 가장 완전한 그림을 제공했습니다.

UCL 스핀 아웃인 가우어랩스와 협력하여 개발된 착용 가능한 뇌 이미징 헤드기어는 사회적 자극에 반응하여 감정을 처리하는 뇌의 영역인 전두엽에서 예상치 못한 활동을 발견하였으며, 이는 아기들이 사회적 상황에서 일어나는 일을 처리하기 시작하는 것이 5개월부터라는 것을 확인하는 것으로 보입니다.

이 최신 기술은 아기의 뇌의 전체 외부 표면에서 신경 활동을 측정할 수 있습니다. 같은 팀이 개발한 이전 버전은 아기 뇌의 한두 부분에서만 활동을 측정할 수 있었습니다.

연구자들은 이 기술이 다양한 뇌 영역 간의 연결을 지도화하고 어린 시절의 중요한 초기 단계에서 일반 및 비정상적인 신경 발달을 구별하는 데 도움을 줄 수 있으며, 자폐증, 난독증 및 ADHD와 같은 신경 다양성 상태에 대한 통찰을 제공할 수 있다고 말합니다.

새로운 장치의 개발과 초기 테스트 결과는 Imaging Neuroscience에 발표된 연구에서 문서화되었습니다.

UCL 의학 물리학 및 생물 의공학, 케임브리지 대학교의 연구인 Dr. Liam Collins-Jones는 “우리는 이전에 특정 뇌 영역에서 활동을 지도화할 수 있는 착용 가능한 이미징 방법을 개발했습니다.”라고 말했습니다.

“하지만 이것은 우리가 하나 또는 두 개의 특정 영역에만 집중할 수 있었기 때문에 전체 그림을 얻기 어려웠습니다. 반면, 실제로는 뇌의 다양한 부분이 실제 상황을 탐색할 때 함께 작동합니다.

“새로운 방법은 두피 아래의 전체 외부 뇌 표면에서 무슨 일이 일어나고 있는지를 관찰할 수 있게 하며, 이는 큰 진전입니다. 이는 서로 다른 영역 간의 상호작용을 포착하고 이전에 알아보지 못했던 영역에서 활동을 탐지하는 가능성을 열어줍니다.

“이렇게 더 완전한 뇌 활동의 그림은 아기 뇌가 주변 세계와 상호작용하는 방식을 이해하는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 신경 다양성을 가진 아동에 대한 지원을 최적화하는 데 도움을 줄 수 있습니다.”

비르크벡 런던 대학교의 연구 저자 Professor Emily Jones는 “이 연구에서 착용 가능한 장치를 사용하여 아기에서 뇌의 넓은 영역에 걸친 활동 차이를 측정한 것은 처음입니다. 여기에는 청각, 시각 및 감정 처리와 관련된 뇌의 부분이 포함됩니다.”라고 말했습니다.

“이 연구에서 개발 및 테스트된 기술은 우리가 이전에는 MRI 스캐너의 매우 제한적인 경계 밖에서 관찰할 수 없었던 사회적 발달의 기초가 되는 뇌 과정에 대한 이해를 높이는 디딤돌입니다.

“이를 통해 아기가 놀고, 배우고, 다른 사람과 상호작용할 때 그들의 뇌에서 어떤 일이 일어나고 있는지를 매우 자연스럽게 볼 수 있어야 합니다.”

새로운 장치는 5세에서 7세 사이의 열여섯 아기를 대상으로 테스트되었습니다. 장치를 착용한 아기들은 부모의 무릎에 앉아, 사회적 시나리오를 모방하기 위해 어린이 노래를 부르는 배우들의 비디오와 비사회적 시나리오를 모방하기 위해 경사면을 굴러내리는 공과 같은 움직이는 장난감 비디오를 보여주었습니다.

연구자들은 두 시나리오 간의 뇌 활동의 차이를 관찰했습니다. 사회적 자극에 반응하여 관찰된 전두엽에서의 예상치 못한 발견 외에도, 연구자들은 사회적 자극에 대한 반응에서 활동이 비사회적 자극에 비해 더 국소화되어 있음을 발견하여 광학 신경 이미징 및 MRI 연구의 이전 발견을 검증했습니다.

현재 인간 뇌에서 무슨 일이 일어나고 있는지를 보는 가장 포괄적인 방법은 자기 공명 이미징(MRI)이며, 이는 피험자가 스캐너 내에서 30분 이상 매우 정지해 있어야 합니다.

이 접근 방식의 단점은 다른 사람과 상호작용하거나 작업을 수행하는 등 자연 상황을 모방하기 어렵다는 점입니다. 특히 MRI가 성공적으로 아기 뇌 활동을 이미징하기 위해서는 아기가 자거나 고정되어 있어야 합니다.

이 문제를 해결하기 위해 최근 몇 년간, 이 연구팀은 고밀도 확산 광학 단층촬영(HD-DOT)이라고 하는 형태의 광학 신경 이미징을 사용하여 보다 자연스럽게 뇌 활동을 연구할 수 있는 착용 가능한 장치를 개발했습니다. 이 기술은 또한 MRI보다 저렴하고 더 휴대성이 뛰어난 장점이 있습니다.

새로운 연구에서 연구자들은 유아의 머리 전체를 스캔할 수 있는 HD-DOT 광학 신경 이미징 방법을 개발했습니다.

이 연구에서 사용된 장치는 2013년 UCL 생물 의광학 연구소의 연구자들이 설계한 상용 시스템에서 조정되었습니다.

UCL 의학 물리학 및 생물 의공학의 선임 저자인 Dr. Rob Cooper는 “이 장치는 학술 연구와 상업적 기술 개발이 함께 일하는 훌륭한 사례입니다.”라고 말했습니다.

“UCL과 가우어랩스 간의 오랜 협력 관계는 착용 가능한 HD-DOT 기술 개발에 근본적인 역할을 했습니다.”

Dr. Collins-Jones는 9월 14일 토요일 영국 과학 축제에서 이 연구에 대해 발표할 예정입니다.