[뉴스스페이스=이종화 기자] 캘리포니아 대학교 데이비스(UC Davis) 연구진이 자유롭게 움직이는 생쥐 뇌를 고해상도 3차원으로 실시간 촬영할 수 있는 소형 현미경 ‘딥인미니스코프(DeepInMiniscope)’를 개발하며 신경과학 연구의 새 지평을 열었다.

이 기술은 첨단 광학 설계와 인공지능을 결합해 동물의 움직임 제약 없이 뇌 활동과 행동을 연동해 연구할 수 있는 혁신적 도구로 주목받고 있다.

UC Davis, Science Advances, College of Engineering, EurekAlert!, SSBCrack News, Phys.org에 따르면, DeepInMiniscope는 UC 데이비스 전기·컴퓨터공학과 양웨이젠(Weijian Yang) 교수가 이전에 개발한 렌즈 없는 카메라 기술을 기반으로 한다.

기존의 대형 렌즈 대신 100개 이상의 초소형 고해상도 렌즈렛(lenslet)을 활용, 각 렌즈렛이 포착한 수많은 시각 정보를 인공지능 신경망이 합성해, 빛 산란이 심한 생체 조직 내에서도 뇌 조직의 섬세한 3D 영상을 비침습적으로 재구성한다. 이 신경망 알고리즘은 최소한의 학습 데이터로도 대규모 뇌 데이터셋을 고속의 정확도로 처리할 수 있어 효율성과 확장성, 정밀성을 결합한 점이 특징이다.

이 장치는 가로 세로 3㎠, 무게 10g으로 포도 한 알 크기에 동전 네 개 무게에 불과해 생쥐가 착용해 자유롭게 움직일 수 있다. 이는 기존 카메라 시스템의 크기 제한을 크게 축소한 혁신으로, 연구진은 향후 2㎠ 크기의 완전 무선 버전 개발도 목표로 한다.

양 교수는 “DeepInMiniscope는 행동 중인 동물의 뇌 활동을 실시간으로 관찰하며 뇌 신경 회로와 행동·인지 간의 상호작용을 밝힐 수 있는 기술”이라며 “이 기술은 뇌질환 이해와 치료법 개발에 중요한 단초를 제공할 것”이라고 밝혔다. 연구진은 이번 기술이 더 자연스러운 환경에서 동물 행동과 뇌 신경 활동의 연계를 연구할 수 있게 해, 기존 실험실 제한적 조건을 넘어선 새로운 연구 패러다임을 만들 것으로 기대한다.

이번 성과는 2025년 9월 12일자 국제학술지 ‘Science Advances’에 정식 발표됐으며, 뇌 영상 기술 분야에서 AI와 광학 설계가 결합한 세계적 혁신 사례로 평가받고 있다. 전문가들은 이 기술이 향후 인간의 뇌 연구는 물론 신경과학 전반에 걸친 진단 및 치료 기법 발전에 크게 기여할 것으로 보고 있다.

DeepInMiniscope는 기존 대형 렌즈 카메라가 풀기 어려웠던 생체 내부 빛 산란 문제를 AI로 보완해 해결함으로써, 실험대상 동물이 자유롭게 움직이는 상태에서 뇌 활동을 정밀하게 관찰 가능하도록 했다. 이는 사회행동, 학습, 감각 처리 등 다양한 뇌 기능 연구에 혁신적 도구가 될 전망이다. 또한, 비침습적인 방식은 연구 대상의 스트레스 최소화와 장기 관찰 연구에 강점으로 작용한다.

이 혁신 기술은 밀리미터 단위까지 뇌 세포 활성의 공간 정보를 담아내, 뇌 신경회로가 자연 상태 행동과 어떻게 연결되는지 규명하는 데 중추적 역할을 할 것으로 기대된다. 나아가 인간의 신경질환—알츠하이머, 파킨슨병 등—연구와 치료법 개발에 실질적 기여가 가능할 전망이다.