의사결정 시의 ‘뇌전체’의 활동을 나타내는뇌지도의 작성에 처음으로 성공.

의사결정 시의 ‘뇌전체’의 활동을 나타내는

뇌지도의 작성에 처음으로 성공.

=신연구=

 

 

（CNN） 22개 연구실에 소속된 신경과학자들이 국제적으로 협력해, 의사결정 과정에서 뇌 전체의 활동을 보여주는 신경 지도 제작에 성공했다.

 

139마리의 생쥐에서 수집된 데이터는 뇌의 279개 영역, 즉 생쥐 뇌의 약 95%에 해당하는 60만 개 이상의 뉴런 활동을 포괄하고 있다. 이번에 작성된 지도는 의사결정 시 뇌 전체에서 일어나는 과정을 처음으로 전체적으로 보여주는 것이다.

 

뉴욕대 그로스만 의대 신경과학·생리학부장인 폴 W. 그림셔（Paul W. Glimcher）는 “그들은 그 누구도 상상하지 못할 만큼 방대한 데이터 세트를 만들었다”며, 이 성과가 신경과학 분야에서 “역사에 남을 중요한 사건이 될 것”이라고 평가했다. 그는 이번 연구에 직접 참여하지 않았다.

 

지도를 만들기 위해 연구자들은 연구실 간에 공유할 수 있는 표준화된 절차를 마련했다. 생쥐가 시각적 자극에 반응할 때 나타나는 신경 활동을 추적하고, 각 연구실에서 수집한 모든 데이터를 통합했다. 7년에 걸친 연구는 2편의 논문으로 정리되어, 3일 네이처(Nature)지에 게재되었다.

 

첫 번째 논문은 의사결정과 관련된 전기 활동의 광범위한 분포를 개괄했고, 두 번째 논문은 그 데이터를 바탕으로 기대가 선택을 어떻게 형성하는지를 평가했다.

 

이전까지의 연구는, 의사결정 중에는 주로 감각 입력과 인지에 관련된 뇌의 일부 영역에서만 소규모 뉴런 집단이 발화하는 것으로 추정했으나, 이번 지도를 통해 신경 활동이 훨씬 더 넓은 범위에 걸쳐 나타난다는 사실이 밝혀졌다. 즉, 의사결정의 여러 단계에서 생쥐의 뇌 거의 전체로 전기 신호가 전달되는 것이다.

 

단일 뉴런에서 수천 개의 뉴런까지 동시에

수십 년 동안 과학자들은 단일 뉴런에서 발생하는 전기 신호를 기록하는 전극을 이용해, 특정 과제를 처리하는 뇌 활동을 연구해 왔다. 그러나 한 번에 하나의 뉴런만 기록하는 방식은 어렵고 시간이 많이 소요되어, 100개 정도의 뉴런 데이터를 얻는 데만도 수개월이 걸렸다.

 

지난 10년 동안 신경과학은 **‘뉴로픽셀스(Neuropixels)’**라 불리는 디지털 신경 프로브 개발로 비약적인 발전을 이루었다. 뉴로픽셀스를 사용하면 한 번에 수천 개의 뉴런을 관찰할 수 있다. 이번 지도 제작에 핵심적인 도구였다.

 

실험에서는 생쥐에게 전극 헬멧을 씌우고, 작은 핸들을 돌려 화면 속 흑백 줄무늬 원의 움직임을 제어하게 했다. 화면 좌측 또는 우측에 잠깐 나타나는 원을 중앙으로 잘 이동시킨 생쥐에게는 보상으로 설탕물이 제공되었다. 생쥐가 본 것에 반응할 때, 뉴로픽셀스가 뇌 속의 전기 신호를 기록했다.

 

지도에 따르면, 활동은 먼저 시각 입력을 처리하는 뇌의 후두부 영역에서 급격히 증가했다. 그 후 활동은 뇌 전체로 확산되었고, 생쥐의 의사결정이 움직임으로 이어지자 운동 제어 영역이 활성화되었다. 보상으로 설탕물을 얻었을 때에는 뇌 전체에 걸쳐 활동이 확장되었다.

제네바대 기초신경과학 정교수이자 이번 연구 논문 공저자인 알렉상드르 푸제(Alexandre Pouget).는 “이는 소수의 영역만 관여하는 것이 아니라, 매우 대규모의 영역 네트워크가 협력하는 것”이라고 말했다.

 

그는 첫 번째 연구의 공동저자이자 두 번째 연구의 주저자이다.

연구진은 뇌의 어떤 영역이 의사결정에 얼마나 관여하는지를 이해함으로써, 더 복잡한 행동을 다루는 연구로 확장할 수 있을 것이라고 보고했다.

추가 실험에서는 생쥐에게 더 어려운 과제를 주었다. 화면 속 원을 희미하게 만들어 거의 보이지 않게 한 것이다. 보상을 얻기 위해 휠을 어느 방향으로 돌릴지를 결정하려면, 생쥐는 이전에 본 것을 기억해야 했다.

 

푸제에 따르면, 이는 **‘사전 지식(prior knowledge)’**이라 불리며, 모든 의사결정은 이런 방식으로 이루어진다고 한다.

 

신경과학자들은 뇌가 의사결정의 초기 단계에서 사전 지식에 접근한다고 가정해 왔으며, 푸제는 이번 뇌 지도가 그 예측이 옳았음을 입증했다고 지적했다.

 

* 자료출처=CNN

주=《미국》 Cable News Network(케이블 뉴스 방송망).

케이블 뉴스 네트워크(영어: Cable News Network), 또는 줄여서 CNN은 미국의 보도전문채널로, 유선 방송망 등을 통해 24시간 동안 뉴스 프로그램을 보도한다.

* 일본어원문=意思決定時の「脳全体」の活動示す脳地図の作成に初めて成功 新研究

출처=CNN.co.jp

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* 공표=9/10(水)