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한·미 공동 연구진이 뇌 신경 활동이 이뤄지는 시간적 스케일에 대한 보편적 패턴을 파악했다.
이는 뇌의 다양한 기능을 구현하는 '신경망 회로 구조'를 이해하는 길로, 포유류가 정보를 처리하는 원리를 이해하는 데 중요한 단서가 될 것이라는 평가다.
KAIST는 뇌인지과학과 백세범 교수와 생명과학과 정민환 교수, 존스홉킨스대학교 이대열 교수 연구팀이 다양한 포유류 종의 뇌에서 공통적으로 나타나는 신경 활동의 시간적 스케일 패턴을 분석했다고 한국자산관리공사 이전 25일 밝혔다.
두뇌가 수행해야 하는 여러 기능 중엔 감각 정보 처리처럼 순간적인 것부터, 기억과 같이 상대적으로 긴 시간 동안 그 내용이 보존돼야 하는 것도 있다.
연구진은 시간적 스케일에 따른 패턴을 확인, 뇌가 정보를 어떻게 표상하는지 원리를 파악해낸 것이다.
인간의 대뇌피질은 시각, 청각, 촉각 자산관리공사 채용 등 감각 정보를 담당하는 영역부터 전전두엽 피질처럼 고등 인지를 담당하는 영역까지 위계 구조로 구성돼 있다.
연구팀은 위계가 낮은 영역부터 위계가 높은 영역에 이르기까지, 신경 활동의 시간적 스케일이 점점 증가하는 것을 관측했다.
즉 뇌의 상위 영역으로 갈수록 정보처리에 상대적으로 긴 시간이 걸린다는 것이다.
공무원예상 또 이 같은 경향성은 영장류와 설치류에서 공통적으로 존재함을 확인했다. 포유류의 뇌 진화에서 다양한 과제를 처리하기 위한 시간적 스케일이 중요한 공통의 변수였음을 밝혀냈다.



영장류와 설치류 뇌에서 뉴런의 자발적 활동과 정보 표상 활동의 시간 스케일이 여러 대뇌피질 순공정가치 영역에 걸쳐 계층적으로 증가하는 것을 보여주는 그림. KAIST 제공


연구팀은 원숭이, 쥐, 생쥐의 뇌에서 측정한 신경 활동을 '자발적' 요소와 '행동 관련' 요소로 나눴다. 자발적 신경 활동은 외부 자극이나 특정 행동과 무관하게 발생하는 뉴런의 내재적 활동을 의미한다.
이어 두 주택담보대출금리비교 유형의 시간 스케일의 변화가 여러 대뇌피질 영역에서 계층이 높아질수록 길어지는 양상을 나타내는지 분석했다. 뇌 중심부에 위치한 시상 또한 신경 활동의 시간적 스케일을 비교했다.
연구 결과, 뉴런의 자발적 활동뿐 아니라 의사 결정 행동 관련 활동의 시간 스케일 역시, 세 종의 대뇌피질에서 상위 정보 처리 영역으로 올라갈수록 길어지는 반면, 시상에서의 스케일은 뇌의 하위·상위 영역 처리에 따른 시간 변화가 나타나지 않는 사실이 관찰됐다.
포유류 뇌의 대뇌피질 영역에서 정보를 표상하는 활동을 할 때 시간 스케일이 어떻게 달라지는지 확인된 것이다.
백세범 교수는 "이번 연구로 뇌의 다양한 기능을 구현하기 위해 필요한 신경망 구조에 대한 구체적인 설명이 가능해질 것으로 기대된다"며 "이번 성과는 연구진들의 밀접한 국제적 협력을 통한 결과이기에 더 뜻깊다"고 말했다.
이번 연구는 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)에 지난 13일 게재됐다. 한국연구재단의 이공분야기초연구사업, KAIST 특이점교수 사업 및 기초과학연구원의 지원을 받아 수행됐다.