뇌세포 한 개의 능력

한 개의 뇌세포를 대상으로 정보 구별 능력을 측정한 연구결과가 발표되었다. 미국 로스앤젤레스에 있는 캘리포니아 대학 (UCLA)의 Itzhak Fried 박사를 비롯한 연구팀은 뇌에 있는 한 개의 신경세포가 사람이나 유명한 건물 그리고 심지어는 사람의 이름까지도 구별할 수 있다는 사실을 발견하여 6월 23일자 Nature에 “Invariant visual representation by single neurons in the human brain”이라는 제목으로 발표하였다.

여행가는 배를 타고가면서 어떤 각도에서 시드니 오페라 하우스를 보더라도 즉시 알아차릴 수 있다. 또 유명한 영화배우가 여러 가지 모습으로 분장을 해도 누구인지 알아볼 수 있으며 심지어는 그 이름이 다양한 스타일로 적혀 있어도 금방 인식한다. 그렇다면 사람의 뇌는 어떻게 이와 같이 시각적인 이미지로부터 정보를 얻어서 즉각적으로 하나의 인식 가능한 개념을 만드는 것일까?

Fried 박사의 연구팀은 이러한 과정이 바로 한 개의 뇌세포로부터 시작된다는 사실을 보여주었다. 지금까지는 각 뇌세포를 단순한 스위치로 간주하여 이들 스위치가 구성하는 회로의 패턴이 정보를 구성한다고 생각했다. 그러나 이번 연구는 각 뇌세포 자체가 이미 복잡한 컴퓨터처럼 정보를 구별하는 능력을 가지고 있음을 보여준다.

Fried 박사의 연구팀은 간질환자의 뇌의 MTL (medial temporal lobe) 부위에 직접 전극을 꽂아 여러 가지 시각 정보에 대한 한 개 뇌세포의 반응을 측정하였다. MTL은 기억에 중요한 역할을 하며 알츠하이머 환자가 가장 먼저 손상을 입는 부분이다. 연구팀은 유명한 사람, 건물, 동물 등을 보여주면서 한 개의 뇌세포에 강한 반응을 일으키는 대상을 정하였다. 그리고 각 대상의 다양한 이미지를 보여주며 뇌세포의 활성화를 측정하였다.

그 결과 사람에 따라 다양한 반응을 관찰할 수 있었다. 예를 들어 한 실험 대상자의 왼쪽 후방 해마 (posterior hippocampus) 부분의 한 뇌세포는 87개의 이미지 가운데 여배우 제니퍼 에니스톤의 이미지 30개에만 반응하고 다른 사람이나 건물의 이미지에는 전혀 반응하지 않았다. 그리고 제니퍼 에니스톤이 브래드 피트와 함께 있는 이미지에도 반응하지 않았다.

또 두 번째 대상자의 오른쪽 전방 해마에 있는 한 개의 뇌세포는 여배우 헤일 배리의 사진, 캐리커처, 이름 철자 등에 반응하였고 세 번째 대상자의 한 뇌세포는 시드니 오페라 하우스 철자에는 반응하였지만 에펠탑 철자에는 반응하지 않았다. 이와 같은 연구결과는 복합적인 시각정보로부터 장기적이고 관념적인 기억을 만들기 위해서는 일정하고 명백한 코드가 중요하다는 것을 보여준다.

정보제공 : 한국과학기술정보연구원(KISTI) 해외과학기술동향
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