다중전극칩 데이터를 하나의 방식으로 분석하는 도구인 '캐스케이드'를 개발한 박순현 국가독성연구소 동물대체연구센터장(왼쪽)과 포브스 아비라 연구원. 국가독성과학연구소 제공 다중전극칩(MEA)은 배양 신경세포나 뇌 오가노이드의 전기신호를 측정하는 장비로, 신경독성 평가와 동물대체시험 등에 활용되지만 제조사 마다 데이터 형식이 달라 결과를 비교하기 어려웠다. 국내 연구진이 제조사별 데이터를 통합해 비교하는 표준 분석 도구를 개발해 다중전극칩 표준화의 길을 열었다. 국가독성과학연구소(소장 허정두, KIT)는 동물대체연구센터 박순현 센터장과 순천향대·성균관대·부산대 공동 연구팀이 제조사가 서로 다른 다중전극칩 데이터를 하나의 방식으로 분석하는 오픈소스 분석 도구 '캐스케이드(CASCADE)'를 개발했다고 9일 밝혔다. 캐스케이드는 원본 데이터 입력부터 스파이크, 발화율, 네트워크 활성, 임계성, 뉴런 눈사태 분석을 명령어 한 줄로 수행하는 페이썬 기반 통합 분석 도구다. 매장판 임계성은 신경망이 지나치게 조용하지도, 과도하게 흥분하지도 않은 경계 상태로 신경망의 정보처리 능력을 나타내는 지표이고, 뉴런 눈사태는 신경세포 활동의 크기와 지속시간 분포를 통해 신경망 상태를 알 수 있다. 연구팀은 5개 제조사의 6개 실측 데이터를 캐스케이드로 분석했더니 같은 기준으로 임계성 값을 산출해 비교할 수 있었고 일부 제조사 전용 소프트웨어와 비교한 스파이크 검출 결과도 동등한 수준으로 나타났다고 밝혔다. 또 일반 노트북에서도 전체 분석을 약 5~20초 만에 수행했고, 8.6GB의 대용량 데이터도 최대 352MB의 메모리만으로 처리했다. 제조사별로 다른 MEA 데이터를 통합해 신경망 정보처리 능력까지 분석하는 캐스케이드 개념도. 국가독성과학연구소 제공 독성연은 캐스케이드가 서로 다른 장비의 데이터를 동일한 기준으로 분석할 수 있도록 '원본 데이터→신경망 활성 분석→임계성 분류' 과정을 표준화해 의미가 있다고 평가한다. 학계에서도 배양 신경세포와 뇌 오가노이드를 활용한 동물대체 신경독성 평가의 재현성과 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 예측했다 모바일 야마토노하우 . 캐스케이드의 소스코드와 검증 데이터는 GitHub, PyPI, Zenodo(소프트웨어 소스코드와 연구자료 공유 온라인 플랫폼)에 무료로 공개됐다. 박순현 센터장은 "이번 연구는 같은 신경세포 실험이라도 장비가 다르면 결과를 나란히 놓고 비교할 수 없다는 불편을 해소하기 위해 시작됐다"고 밝혔다. 그는 "신경세포의 신호를 어떤 장비로 측정하더라도 같은 기준으로 분석해야 과학적인 비교가 가능하다. 소스코드 무료 공개가 동물을 대체하는 신경독성 평가와 바이오 지능 연구에 도움이 되길 바란다"고 덧붙였다. 이현수 부산대 의대 교수(공동교신저자)는 "뇌신경질환은 신경세포 하나가 아니라 신경망 수준에서 봐야 하며, 임계성과 뉴런 눈사태는 그 신경망의 활력 징후와 같다"며 "캐스케이드로 서로 다른 장비의 데이터를 하나의 잣대로 비교할 수 있게 됐다. 약효 검증과 뇌질환 치료제 발굴의 기반이 되길 기대한다"고 말했다. 이번 연구 성과는 생명정보학 분야 국제학술지 'Bioinformatics(Oxford University Press)'에 7월29일 게재됐다. 다. 소스코드 무료