구글·HHMI 자넬리아, 수컷 초파리 뉴런 16만6000개 지도 첫 완성
Google Research and HHMI Janelia have completed the first full connectome of a male fruit fly brain and nerve cord, mapping more than 166,000 neurons and revealing key differences from the previously mapped female fly brain.
구글 리서치(Google Research)와 HHMI 재넬리아 연구캠퍼스(HHMI Janelia Research Campus)가 수컷 초파리의 뇌와 신경을 아우르는 첫 완전한 커넥톰을 완성해 16만6000개가 넘는 뉴런을 지도화했으며, 앞서 공개된 암컷 초파리 뇌 지도와의 주요 차이점도 함께 밝혀냈습니다.
과학자들이 성체 수컷 초파리(fruit fly)의 뇌와 중추신경계 전체에 걸친 모든 신경 연결을 처음으로 지도화하는 데 성공했습니다.
2006년에 하워드휴스의학연구소(HHMI)가 재원을 지원하여 설립된 HHMI 자넬리아(Janelia Research Campus)는 미국 버지니아주에 있는 세계 최고 수준의 민간 생의학 및 신경과학 연구소와 구글(Google)의 인공지능(AI), 컴퓨터 과학 등 다양한 첨단 기술 분야에서 미래 혁신을 이끄는 구글 리서치(Google Research), 그리고 여러 학계 협력 기관이 수년에 걸쳐 진행하여 16만6000개 이상의 뉴런이 포함되어 역대 최다 기록인 것으로 전해졌습니다.
초파리의 뇌는 참깨 씨앗 정도의 크기에 불과하지만 그 안에 10만 개가 넘는 뉴런이 들어 있는 것으로 알려져 있으며, 이번 지도는 여기에 배쪽 신경 다발(ventral nerve cord)까지 더해 신경계 전체를 포괄합니다.
배쪽 신경 다발은 척추동물의 척수에 해당하는 기관으로, 뇌에서 전달된 신호를 몸 전체의 운동뉴런으로 연결하는 역할을 하는 것으로 설명됩니다.
연구진은 초파리의 뇌와 몸통을 얇게 절단한 뒤 각 단면을 촬영하고, 컴퓨터와 인공지능을 활용해 수백만 장의 2차원 이미지를 하나의 3차원 신경 구조로 재구성하는 방식을 사용한 것으로 전해졌습니다.
이 과정에서 인공지능은 인간 전문가들이 16만 개가 넘는 뉴런을 1만1691가지 유형으로 분류하는 작업을 돕는 데 활용됐다고 합니다.
'커넥토믹스(connectomics)'라 불리는 이 분야는 뇌세포 사이의 연결을 정밀하게 재구성하는 연구로, 인공지능 덕분에 관련 프로젝트의 규모가 기하급수적으로 커지고 있는 것으로 전해집니다.
이번 수컷 뇌 지도는 2024년 공개된 약 14만 개 뉴런 규모의 암컷 초파리 뇌 지도의 후속 성과로, 두 지도를 나란히 비교할 수 있게 됐다는 점에서 의미가 크다고 합니다.
연구에 참여한 HHMI 재넬리아의 생물학 부문 책임자 게리 루빈(Gerry Rubin)은 복잡한 사회적 행동을 지닌 동물의 암수를 동시에 비교할 수 있는 것은 이번이 처음이라고 밝힌 것으로 전해졌습니다.
그에 따르면 수컷과 암컷 초파리는 짝짓기나 공격 행동 등에서 뚜렷한 행동 차이를 보이는데, 이번 비교를 통해 그 차이를 유발하는 구체적인 뉴런을 훨씬 쉽게 찾아낼 수 있게 됐다고 합니다.
연구진은 남녀 초파리의 뉴런을 서로 동일한 '동형(isomorphic)' 뉴런, 한쪽 성별에만 존재하는 '성별 특이적' 뉴런, 그리고 양쪽 모두에 존재하지만 서로 다른 이웃 뉴런과 연결되는 '이형(dimorphic)' 뉴런으로 구분했습니다.
예를 들어 미각과 감각 정보 처리에 관여하는 것으로 알려진 'AOTU012' 유형의 뉴런은 암수 모두에 존재하지만, 실제로 연결되는 주변 뉴런의 구성은 성별에 따라 달라지는 것으로 확인됐다고 합니다.
이번 지도에는 시각 정보를 운동으로 전환하는 경로도 포함돼 있는데, 시각 뉴런인 R1~R6에서 시작해 여러 중간 단계를 거쳐 운동뉴런인 DNg13에 이르는 경로가 대표적인 예로 소개됐습니다.
이 경로 중간에는 구애 행동에 관여하는 것으로 알려진 수컷 특이적 뉴런 'LoVP92'가 포함돼 있으며, 이 뉴런은 이른바 '러브 스폿(love spot)'이라는 별칭으로 불리는 부위에서 이름을 따온 것으로 전해졌습니다.
이번 뇌 지도는 지난 3일(현지시각) 학술지 셀(Cell)과 커런트 바이올로지(Current Biology)에 나란히 게재됐으며, 같은 날 이 데이터를 활용한 세 편의 관련 논문도 함께 발표됐습니다.
세 논문은 각각 시각 정보 처리, 미각 회로, 그리고 성별 특이적 사회 행동을 주제로 다루고 있는 것으로 전해졌습니다.
시각 관련 논문에서는 이번 지도에서 확인된 약 1만1000여 가지 뉴런 유형 가운데 절반 이상이 시각 정보 처리에 관여한다는 사실이 확인됐다고 합니다.
미각 회로를 다룬 논문은 리스본 샴팔리모 재단(Champalimaud Foundation)의 카를루스 히베이루(Carlos Ribeiro) 박사 연구팀이 주도했으며, 다리와 날개, 입, 목구멍 안쪽 등 다양한 신체 부위에 분포한 미각 수용체를 뇌까지 추적해 삼키기나 걷기와 같은 행동을 관장하는 회로와의 연결 관계를 규명한 것으로 전해졌습니다.
성별 차이를 다룬 논문에서는 수컷 뇌에만 존재하며 구애나 공격성 같은 수컷 특유의 행동을 조율하는 것으로 보이는 신경망이 발견됐는데, 일례로 암컷은 머리로 들이받는 반면 수컷은 몸을 날려 돌진하는 방식으로 공격한다는 차이가 언급됐습니다.
다만 감각과 운동을 담당하는 회로 자체는 대체로 암수 사이에 공유되며, 특정 지점의 '스위치'가 신호를 서로 다른 목적지로 전환하는 방식으로 성별 차이가 만들어지는 것으로 보인다고 연구진은 설명했습니다.
히베이루 박사는 초파리 신경계가 비교적 적은 수의 뉴런과 적은 에너지로도 매우 정교한 연산을 수행한다며, 그 구조가 더 효율적인 인공 시스템을 설계하는 데 원리를 제시할 수 있다고 언급한 것으로 전해졌습니다.
연구진은 이번 성과가 향후 쥐나 사람과 같은 더 복잡한 동물을 대상으로 한 커넥토믹스 프로젝트를 위한 기술적 로드맵이 될 수 있다고 밝혔습니다.
실제로 구글과 재넬리아 연구팀은 이번 성과를 바탕으로 제브라피시(zebrafish) 유생과 성체 다니오넬라(Danionella) 어류의 뇌 지도 제작을 다음 목표로 삼고 있는 것으로 전해졌습니다.
궁극적으로는 척추동물의 뇌가 어떻게 복잡한 행동을 만들어내는지 이해하고, 이를 토대로 인간의 신경계 및 정신 질환의 원인을 규명하는 데 기여하는 것이 이번 연구의 장기적인 목표라고 합니다.
인공지능이 신경과학 연구의 속도와 규모를 근본적으로 바꿔놓고 있는 가운데, 초파리를 넘어 더 복잡한 뇌로 향하는 이번 로드맵이 앞으로 어떤 성과로 이어질지 주목됩니다.
※ 기사 내용 참조
[Google Blog] 5 amazing visuals show how the male fruit fly's brain map is advancing neuroscience | by Michał Januszewski, Viren Jain | Sep 03, 2026 | https://blog.google/innovation-and-ai/technology/research/male-fruit-fly-brain-map/
[Live Science] New map of a male fly central nervous system includes all 166,000 neurons — and enables direct comparisons to female fly brain | by Nicoletta Lanese | Published Sept. 3, 2026 | https://www.livescience.com/health/neuroscience/new-map-of-a-male-fly-central-nervous-system-includes-all-166-000-neurons-and-enables-direct-comparisons-to-female-fly-brain
[YouTube] Male fruit fly CNS cell types | by HHMI's Janelia Research Campus | https://youtu.be/NFeNxwjzueg
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