고려대, 기능적 MRI의 ‘시간 지연’으로 뇌 신호 전달 과정 밝혀

△ 기능적 자기공명영상 시계열 데이터로 시간 지연 값을 계산하여, 시간 지연 행렬의 고유벡터를 계산하는 과정

고려대학교(총장 김동원) 뇌공학과 박보용 교수 연구팀이 성균관대 박현진 교수 연구팀과 함께, 기능적 자기공명영상(fMRI)에서 측정되는 ‘시간 지연’이 실제 뇌 신호의 전달 과정을 보여주는 중요한 단서임을 밝혀냈다.

이번 연구 성과는 다학제 연구 분야 상위 7%에 해당하는 세계적 권위의 학술지 ‘Advanced Science(IF=14.1)’ 온라인에 8월 27일 게재됐다.

*논문명: Spatiotemporal characterization of the functional MRI latency structure with respect to neural signaling and brain hierarchy

*DOI: 10.1002/advs.202504956

*URL: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202504956

기능적 자기공명영상(functional MRI, fMRI)은 수술이나 절개 없이 뇌 활동을 관찰할 수 있는 뇌 영상 촬영 기법이다. 하지만 fMRI는 뇌 활동을 몇 초 단위로만 기록하기 때문에, 그보다 짧은 순간에 일어나는 빠른 신호 전달은 포착하기 어렵다.

공동 연구팀은 이를 확인하기 위해 건강한 성인의 fMRI 데이터를 분석하고, 뇌 신호가 전달되는 데 걸리는 시간인 ‘시간 지연(time delay)’을 정밀하게 계산했다. 이어 수학적 기법을 적용해 뇌 신호의 흐름을 도출한 결과, 이 시간 지연이 ▲신경세포의 흥분·억제 작용 ▲신경 활동 속도 ▲뇌 기능의 주요 축과 밀접한 연관이 있음을 확인했다.

고려대 박보용 교수는 “이번 연구는 fMRI의 시간 지연 데이터를 단순한 관찰 결과가 아니라 뇌 신호를 설명할 수 있는 과학적 모델로 확장한 첫 사례”라며, “이를 통해 뇌가 정보를 처리하는 방식을 더 깊이 이해하고, 나아가 뇌 질환 연구에도 새로운 길을 열 수 있을 것”이라고 말했다.

본 연구는 정보통신기획평가원과 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

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△ (상단 왼쪽부터) 성균관대 최형신 박사과정(제1저자), 고려대 박영준 박사과정(공동저자), 성균관대 이종은 박사(공동저자), (하단 왼쪽부터) 고려대 김성훈 박사과정(공동저자), 고려대 박보용 교수(교신저자), 성균관대 박현진 교수(교신저자)