한국과 미국의 공동 연구팀이 포유류를 대상으로 뇌 신경활동을 처리하는 데 드는 시간 패턴을 분석해 뇌 신경망 구조를 이해할 수 있는 단서를 제시했다.

 한국과학기술원(KAIST)은 백세범·정민환 교수와 미국 존스홉킨스대 이대열 교수 공동 연구팀이 다양한 포유류 종의 뇌에서 공통으로 나타나는 영역별 신경 활동의 시간적 스케일 패턴을 확인했다고 26일 밝혔다.

 뇌에 입력된 정보를 처리하는 겉 부분인 대뇌피질은 시각·청각·촉각 등 일차원적인 감각 정보를 담당하는 하위 영역부터 전전두엽 피질과 같이 고차원적인 인지 기능을 담당하는 영역까지 위계적 구조로 구성돼 있다.

 뇌의 상위 영역으로 갈수록 정보 처리에 상대적으로 시간이 오래 걸린다.

 기존 연구에서 인간, 원숭이, 설치류 등 포유류별로 뇌 대뇌피질 영역에서 자발적 신경 활동(아무 활동도 하지 않을 때)을 할 때 뇌의 위계가 높을수록 처리 시간이 길어지는 상관관계가 나타났다.

 하지만 실제로 정보를 표상(表象)할 때 처리 시간이 어떻게 달라지는지는 알려진 바 없다.

 연구팀은 실제 의사 결정 행동 등 작업을 수행할 때 원숭이, 쥐(rat), 생쥐(mouse)의 뇌 신경활동을 측정, 자발적 신경 활동을 할 때와 같은 경향성이 나타나는 것을 확인했다.

 이런 특성이 영장류와 설치류 등 포유류에 공통으로 나타남을 확인함으로써 포유류의 뇌 진화 과정에서 과제를 처리하는 데 걸리는 시간이 중요한 공통의 변수임을 밝혔다.

 또 뇌 중심부에 위치한 시상의 경우, 대뇌피질에 감각 정보를 전달하는 역할을 하는 등 대뇌피질과 밀접하게 연관돼 있음에도 뇌의 하위·상위 영역 처리에 따른 시간 변화가 나타나지 않는다는 사실도 발견했다.

 백세범 교수는 "뇌의 대뇌피질은 시상과 달리 정보가 피드백(역방향)과 피드포워드(순방향)으로 서로 얽히고설켜 순환 구조를 이루고 있다"며 "이번 연구를 통해 포유류 뇌의 신경망 회로 구조를 이해하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

 이번 연구 결과는 국제 학술지 '미국국립과학원회보'(PNAS) 지난 13일 자에 실렸다.