장비 달라도 뇌세포 신호 '한 잣대'로…동물대체시험 신뢰도 높인다[과학을읽다]

김종화 기자

입력 2026.09.09 09:44

KIT, 5개사 MEA 데이터 통합 분석도구 개발…소스코드 무료 공개

제조사가 다른 장비로 측정한 뇌 신경세포의 전기신호를 하나의 기준으로 분석할 수 있는 도구가 개발됐다. 뇌 오가노이드 등을 활용한 동물대체 신경독성 시험의 재현성과 신뢰성을 높이는 데 활용될 것으로 기대된다.

국가독성과학연구소(KIT)는 박순현 동물대체연구센터장 연구팀이 순천향대·성균관대·부산대와 공동으로 다중전극칩(MEA) 데이터 통합 분석도구 '캐스케이드(CASCADE)'를 개발했다고 9일 밝혔다.

제조사별 MEA 데이터를 통합 분석하는 CASCADE. 제조사마다 형식이 다른 MEA 데이터를 하나의 체계로 통합해 신경활성과 연결성, 뉴런 눈사태, 임계성 등 신경망의 정보처리 관련 지표를 분석한다. 연구팀 제공

MEA는 배양한 신경세포나 뇌 오가노이드의 전기신호를 여러 전극에서 동시에 측정하는 장비다. 의약품이나 화학물질의 신경독성을 평가하는 동물대체시험 등에 활용되지만 제조사마다 데이터 형식과 분석 방식이 달라 서로 다른 장비에서 얻은 결과를 직접 비교하기 어렵다는 문제가 있었다.

CASCADE는 5개 제조사의 MEA 데이터를 하나의 분석체계에서 처리한다. 원본 데이터를 입력하면 신경세포의 전기신호인 '스파이크'와 발화율, 네트워크 활성뿐 아니라 신경망의 정보처리 상태를 보여주는 '임계성(criticality)'과 신경세포의 활동이 연쇄적으로 확산하는 '뉴런 눈사태(neuronal avalanche)'까지 명령어 한 줄로 분석할 수 있다.

연구팀은 액시온 바이오시스템즈(Axion BioSystems), 맥스웰 바이오시스템즈(MaxWell Biosystems) 등 5개 제조사의 6개 실측 데이터로 CASCADE의 성능을 검증했다. 그 결과 장비와 데이터 형식이 달라도 동일한 기준으로 신경망의 임계성값을 산출해 비교할 수 있었고, 신경세포의 전기적 활동을 포착하는 스파이크 검출 성능도 기존 제조사 전용 소프트웨어와 비슷한 수준을 보였다. 일반 노트북에서도 분석에 약 5~20초밖에 걸리지 않았으며 대용량 데이터도 적은 메모리로 처리할 수 있었다.

연구팀 사진. (왼쪽부터) 박순현 국가독성과학연구소(KIT) 동물대체연구센터장, 포브스 아빌라 연구원. KIT 제공

연구팀은 이를 통해 서로 다른 장비를 사용하는 연구실 간 실험 결과를 같은 기준으로 비교하고, 배양 신경세포와 뇌 오가노이드를 활용한 동물대체 신경독성 평가의 재현성을 높일 수 있을 것으로 기대했다. 소스코드와 검증 데이터는 깃허브(GitHub)와 파이파이(PyPI), 제노도(Zenodo) 등에 무료 공개됐다.

박순현 센터장은 "신경세포의 신호를 어떤 장비로 측정하더라도 같은 기준으로 분석해야 과학적인 비교가 가능하다"며 "동물을 대체하는 신경독성 평가와 바이오 지능 연구 발전에 도움이 되길 기대한다"고 말했다.