어떤 곳을 처음 찾아갈 때는 주변에 눈에 띄는 물체나 지형을 보고 길을 찾지만 점차 익숙해지면 그런 지표가 없어도 길을 헤매지 않는다. 이는 누구에게나 나타나는 흔한 현상이지만 사람의 뇌가 어떻게 공간을 학습하고 저장하는지 아직까지 구체적으로 밝혀지지는 않았다.
세바스천 로열 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학운영단 책임연구원 연구팀은 뇌의 해마에 있는 과립세포가 다양한 신경 네트워크를 통해 공간을 학습한다는 사실을 알아냈다고 이달 29일 밝혔다. 이 연구는 학술적 성과를 인정받아 국제학술지 네이처 커뮤니케이션 11일자에 소개됐다.
해마는 주변 환경과 자신의 위치정보를 저장하며 새로운 사실을 학습하고 기억하는 뇌의 영역 중 하나다. 이런 이유로 알츠하이머병에 걸리면 가장 먼저 손상된다. 해마에서 위치를 인지하는 ‘장소 세포’가 발견된 이후 뇌가 공간을 탐색하는 방법에 관한 연구가 발표됐지만, 공간 기억을 형성할 때 장소 세포가 어떻게 변하는지는 알려지지 않았다.
연구팀은 27일 동안 공간 훈련 장치에서 실험용 생쥐를 훈련시켜 해마에 공간 정보를 처음 입력하는 부위인 ‘치아이랑’을 구성하는 이끼 세포와 과립세포의 변화를 지켜봤다. 쥐가 새로운 공간에 놓였을 때 과립세포 내에 존재하는 장소 세포는 위치정보를 나타내거나 일정한 간격의 거리 정보를 나타냈다. 공간에 익숙해진 후에는 위치정보와 거리 정보를 나타내는 세포가 소멸하고 특정 장소를 나타내는 장소세포가 늘어났다.
이런 점진적 세포 활동의 변화를 신경망 모델 중 하나인 경쟁 학습 모델을 통해 재현했더니 이끼 세포 역시 과립세포와 상호작용해 공간 기억에 관여했다. 이끼 세포 자신은 공간을 학습할 때 이렇다 할 변화가 없지만, 이끼 세포의 활동이 과립세포가 사물의 위치정보를 공간 기억으로 바꾸는 데 큰 역할을 했다.
세바스천 로열 책임연구원은 “이 연구 결과는 인공지능 기반의 신경 공학 분야에 기여할 수 있을뿐 아니라 기억 상실, 알츠하이머병, 인지장애처럼 해마의 손상되면 나타나는 뇌 질환을 치료하고 예방하는 데 도움을 줄 수 있다”고 밝혔다.
[출처 동아사이언스, 20200929]