인간의 뇌간은 크기가 작을 뿐만 아니라 호흡이나 심장 박동으로 인한 미세한 움직임의 간섭을 끊임없이 받기 때문에 의료 영상 분야에서 오랫동안 '블랙박스'로 여겨져 왔다. 이에 따라 MIT와 하버드 대학교, 그리고 매사추세츠 종합병원(MGH) 공동 연구팀은 8개의 뚜렷한 신경섬유 다발을 자동으로 분할하는 AI 기반 소프트웨어인 'BrainStem Bundle Tool(BSBT)'을 선보였다. 이 도구는 시각 피질의 구조를 모방한 합성곱 신경망(CNN)을 활용해 확산 MRI(diffusion MRI) 스캔을 분석하고, 신경섬유를 따라 이동하는 물의 흐름을 추적함으로써 고해상도 신경 연결 지도를 생성한다.

이러한 정밀함 덕분에 의료진은 뇌의 통신 케이블 역할을 하는 백질이 퇴행성 뇌질환 과정에서 어떻게 손상되는지 실시간으로 관찰할 수 있게 됐다. 실제로 BSBT는 파킨슨병 및 다발성 경화증 환자에게서 이전에는 육안으로 확인할 수 없었던 부피 감소와 구조적 무결성 변화의 구체적인 패턴을 식별해 냈다. 특히 마크 올차니(Mark Olchanyi, MIT 연구원)와 에머리 N. 브라운(Emery N. Brown, MIT 뇌인지과학과 교수) 등의 연구진은 이번 기술이 단순한 진단을 넘어 질병의 경과를 예측하는 예후 판정에도 혁신적인 기여를 할 것으로 기대하고 있다.

실제로 이 도구는 외상성 뇌 손상으로 7개월간 혼수상태에 빠졌던 환자의 신경다발이 물리적으로 이동하고 치유되는 과정을 정교하게 추적하는 데 성공했다. 연구진은 이 소프트웨어를 대중에 공개함으로써, 수면 장애부터 신체 마비에 이르기까지 뇌간과 관련된 다양한 질병을 치료하기 위해 뇌간을 '읽을 수 있는 지도'로 전환하는 것을 최종 목표로 삼고 있다.

우리 뇌의 가장 아래쪽에 있는 '뇌간(뇌의 줄기 부분)'은 숨을 쉬거나 심장이 뛰는 것을 조절하는 아주 중요한 곳이에요. 하지만 너무 작고 몸의 움직임 때문에 사진을 찍어도 잘 보이지 않아서, 의사들에게도 오랫동안 수수께끼(블랙박스) 같은 곳이었죠. 그런데 MIT와 하버드 대학교 연구팀이 'BSBT'라는 이름의 인공지능 도구를 새롭게 만들었어요. 이 인공지능은 우리 눈이 사물을 보는 방식(합성곱 신경망)을 흉내 내어, 특수한 뇌 사진(확산 MRI) 속에서 물이 흐르는 길을 따라가며 신경선들이 어떻게 연결되어 있는지 정밀한 지도를 그려내요.

이 지도가 있으면 뇌에서 정보를 전달하는 전선 같은 역할(백질)이 병 때문에 어떻게 망가지는지 실시간으로 관찰할 수 있어요. 실제로 이 인공지능은 파킨슨병 환자처럼 뇌가 서서히 아파지는 병(퇴행성 뇌질환)을 가진 사람들에게서, 사람의 눈으로는 도저히 찾을 수 없었던 미세한 변화를 찾아냈어요. 연구원들은 이 기술이 단순히 병이 있는지 없는지 확인하는 수준을 넘어, 앞으로 병이 어떻게 진행될지 미리 알려주는 예보(예후 판정) 역할까지 톡톡히 할 것으로 기대하고 있어요.

실제로 이 도구는 사고로 인해 7개월 동안 깊은 잠에 빠져 있던(혼수상태) 환자의 뇌 신경들이 다시 자리를 잡고 치유되는 과정을 정확하게 찾아내는 데 성공했어요. 연구팀은 많은 사람이 도움을 받을 수 있도록 이 인공지능 소프트웨어를 모두에게 공개했답니다. 잠을 잘 못 자는 병부터 몸이 움직이지 않는 마비 증상까지, 뇌와 관련된 여러 가지 힘든 병을 고치기 위해 우리 뇌의 지도를 완벽하게 그리는 것이 연구팀의 최종 목표예요.