왼쪽부터 최준호 선임연구원, 김나리 연구원, 라종철 단장, 반상규 연구원.[뇌연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국뇌연구원은 대뇌피질융합연구사업단 라종철 단장 연구팀이 기억, 정보의 통합, 감정, 의사결정 등 고위 뇌기능을 담당하는 대뇌피질로 유입되는 신경신호가 서로 협조를 통해 효과적으로 정보를 전달하고 있다는 해부학적 증거를 발견했다고 24일 밝혔다.

연구팀은 그동안 쥐의 수염이 움직이는 신경세포 간 연결(시냅스)의 군집이 능동적 신호전달의 ‘기능적 단위(functional unit)’ 역할을 수행함을 통합적으로 연구해 왔다.

배열단층촬영기법을 사용해 이러한 기능적 유닛이 운동정보와 체성감각정보가 각자 고유의 군집을 형성하고 있으며 두 군집이 서로 가깝게 존재해 시냅스간의 협조를 일으키며 효과적인 정보 전달을 만들 수 있음을 해부학적으로 발견해 낸 것이다.

우리 뇌의 운동과 감각정보처리과정을 인공지능(AI) 알고리즘 개발에 이미 적용해 인공지능신경망 구축에 활용해 왔으나, 우리 뇌의 이종 세포간의 서로 다른 정보처리과정은 명확하게 규명되어 있지 않았다.

이번 연구로 뇌의 기능적 단위의 정체 규명, 서로 다른 정보의 공유와 활용, 뇌 세포의 물리적 거리를 극복한 정보의 전달 과정을 발견한 것으로, 이러한 정보처리과정의 원리를 인공지능 개발에서도 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

배열단층촬영법으로 제 5층 피라미드의 말단가지에서 연접하고 있는 이종의 감각정보를 가진 시냅스를 명확히 식별. (A) 3차원으로 재구성된 이미지 C 에서 대표적인 이종의 시냅스(A1-A5)들을 보여주는 사진. (B) 3차원 상에서 존재하는 각 시냅스들의 위치를 정의한 방법을 보여주는 사진. (C) 제5층 피라미드 뉴런의 말단가지에서 연접을 이루는 이종의 시냅스들을 3차원으로 보여주는 사진.[뇌연구원 제공]

또한 뇌의 복잡한 신경회로의 연결 특이성을 파악, 신경세포의 고유 기능에 대한 연구로 중요한 정보를 제공할 수 있으며, 이를 토대로 뇌지도 작성 및 해독 연구에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 전망된다.

라종철 단장은 “이종의 신경세포간의 연결과 분포 정도, 그리고 서로 다른 정보를 가진 두 개의 시냅스가 대뇌피질에서 어떻게 작용해 물체를 인지하고 운동하는지에 대한 근본 원리를 이해하는 데 도움이 될 수 있는 발견“이라며 “이번 연구결과는 분자변이로 설명할 수 없는, 연결체 변이로 인한 뇌질환을 극복하고, 인간 뇌를 모사한 인공지능 개발의 단초를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘세러브럴 코텍스’ 8월 5일자 온라인 게재됐다.