뇌과학 최대 난제, 신경암호 생성 원리 밝혀

연구진은 쥐가 촉각 정보를 처리할 때 발생하는 신경암호를 알아내는 실험을 진행했다. 사진제공=고려대

고려대 뇌공학과 곽지현 교수진이 뇌과학에서 최대 난제 중 하나인 뇌에서 감각 정보처리에 사용하는 신경암호 생성에서 신경회로 역할을 처음으로 밝혀내 뇌과학 난제를 해결하는데 실마리를 제공했다고 23일 밝혔다.

뇌 신경세포는 전기 신경신호로 정보를 처리하며 전달한다. 기존 연구에 따르면 신경신호는 신경암호가 담겨 있는데, 이 암호 해독은 뇌과학에서 최대 난제로 남아있었다. 우리의 지금까지 뇌 신경회로가 복잡하고 실험으로 접근하기 어려워 신경암호 생성과 조절 현상을 밝히지 못했다.

연구진은 쥐가 촉각을 이용해 주변 환경과 사물을 인지할 때 발생하는 신경신호를 촉각신경계에서 측정하는 전기생리학실험 기법과 빛으로 특정 신경세포를 활성화하거나 비활성화하는 광유전학적 기법을 이용했다. 이를 통해 촉각정보처리 시 발생하는 신경암호에서 신경회로 현상을 연구했다.

특히 뇌 신경세포에서 20%를 차지하는 억제성 신경세포 중에서 파르알부민(PV) 발현과 소마토스타틴(SST) 발현 억제성 신경세포가 신경암호 생성을 조절한다는 점을 세계 최초로 밝혔다.

PV 발현 억제성 신경세포는 신경신호 발화빈도가 낮을 때, 그리고 SST 발현 억제성 신경세포는 신경신호 발화빈도가 높을 때에 각각 신경신호를 시공간적으로 동기화했다. 게다가 연구진은 실험으로 측정한 신경신호를 기반으로 자연신경망을 흉내내 뇌의 수리적 모델링 기법으로 실험에서 관찰할 수 없는 신경암호 생성 시 피드포워드와 피드백 기반 억제성 신경회로 역할을 수리적으로 증명했다.

지금까지 뇌과학 연구에서 난제로 여겨졌던 신경암호 생성 원리를 광유전학과 전기생리학 실험 연구 기법, 수리적 뇌모델링 이론 연구 기법을 융합해 얻어낸 세계 첫 연구다.

곽지현 교수는 “뇌 정보처리에서 신경신호에 정보가 어떻게 담기고 추출되는지에 대한 뇌과학 난제를 해결하는데 크게 기여할 것”이라며 “궁극적으로 생각을 읽는 기술, 기억 저장과 이식 등 뇌 정보처리 조절 기술 개발로 이어질 것”이라고 말했다.

이 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 지난 22일 게재됐다.

박응서 머니투데이방송 MTN 선임기자