GRIN 렌즈 (Gradient-Index (GRIN) Lens)
한 줄 정의: 내부 굴절률이 점진적으로 변해 빛을 모으는 가느다란 원통형 렌즈로, 뇌 깊은 곳을 영상화할 때 삽입해 씁니다.
쉽게 풀면
보통 렌즈는 볼록한 곡면으로 빛을 굽히지만, GRIN 렌즈는 평평한 막대 모양이면서 중심에서 바깥으로 갈수록 굴절률이 달라지도록 만들어 빛을 모읍니다. 가늘게 만들 수 있어 뇌 속 깊은 부위에 꽂아 넣고, 그 끝에 있는 신경세포의 형광 신호를 표면의 현미경까지 전달합니다. 일종의 '뇌 속 잠망경'이라고 생각하면 됩니다.
왜 중요한가
일반 형광현미경이나 이광자현미경은 빛이 조직에서 흩어져 뇌 표면 가까운 곳만 볼 수 있는 한계가 있습니다. GRIN 렌즈를 쓰면 해마, 편도체, 시상하부 같은 깊은 부위의 세포 활동을 칼슘 영상으로 기록할 수 있어, 자유롭게 움직이는 동물의 회로 연구에 널리 쓰입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"내측 전전두피질에 GCaMP6f를 발현시키고 GRIN 렌즈를 삽입한 뒤 미니스코프로 과제 수행 중 개별 뉴런의 칼슘 활동을 기록하였다."
칼슘 센서 발현, 렌즈 삽입, 소형 현미경 기록으로 이어지는 깊은 뇌 영역 칼슘 영상의 전형적 절차를 설명한 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
GRIN 렌즈는 길이에 따라 빛이 모이고 퍼지는 주기가 정해지므로, 초점 거리와 작동 거리를 고려해 길이와 직경을 선택합니다. 미니스코프 같은 단일광자 소형 현미경뿐 아니라 이광자현미경과 결합해 깊은 부위에서 더 선명한 영상을 얻는 데도 쓰입니다. 렌즈 가장자리로 갈수록 해상도가 떨어지는 광학 수차가 있어, 분석 시 시야 중심부 세포를 중심으로 다루기도 합니다.
주의할 점
렌즈를 삽입하면 그 경로의 뇌 조직이 손상되므로, 삽입 위치 위쪽 영역의 기능이나 행동 결과에 영향이 없는지 확인해야 합니다. 조직 반응이 안정될 때까지 기다린 뒤 기록하는 것이 일반적입니다.