김진우 학생, 망막파동이 장거리 수평연결 형성에 관여
뇌 기반 새로운 인공신경망 모델 개발에 활용 전망
뇌 기반 새로운 인공신경망 모델 개발에 활용 전망
KAIST 제공
21일 KAIST에 따르면 백세범 교수 연구팀의 김진우 바이오뇌공학과 학생(4학년 22)이 시각 피질에서 관측되는 '장거리 수평 연결'이 두뇌 발생 초기에 형성되는 원리를 규명한 연구결과가 뇌신경과학 분야 국제 학술지 '저널 오브 뉴로사이언스' 표지 논문(19일자)에 실렸다.
시각 피질은 두뇌에서 시각 정보처리를 담당하는 영역이다. 김 학생 연구팀은 시각적 학습이 전혀 이뤄지지 않은 어린 포유류 동물이 눈을 뜨기 전, 망막 내 망막 파동이 시각정보 처리에 중요한 역할을 담당하는 '장거리 수평 연결' 형성에 영향을 준다는 사실을 밝혀냈다.
포유류의 시각 피질에선 신경세포들이 외부 시각 자극의 특정 요소에만 선택적으로 반응하는 '신경 선택성'을 보이는 데, 비슷한 신경 선택성을 가진 세포들은 공간적으로 멀리 떨어져 있어도 '장거리 수평 연결'이라는 특별한 상호 연결망 회로로 이어져 있다.
하지만, 이런 신경망 연결 구조가 뇌 발생 초기 단계에서 외부 시각 정보에 의한 자극 없이 어떻게 자발적으로 발생하는지에 대해선 지금까지 명확히 알려지지 않았다.
연구팀은 망막 내 신경망 구조를 모델화하고, 망막 파동의 패턴이 시각 피질 내 구조 형성에 어떤 영향을 미치는 지 시뮬레이션을 했다.
그 결과, 망각의 신경절에서 자발적으로 발생하는 '망막 파동'이 시각 피질로 전달되는 과정에서 선택적 활동 패턴이 장거리 연결 구조를 형성한다는 사실을 알아냈다. 망막 파동은 포유류 초기 발달 과정에서 망막의 신경절 세포들이 차례대로 발화해 파도와 같은 파형으로 확산되는 현상을 뜻한다.
연구팀은 이 모델을 기반으로 동물실험에서 관측되는 초기 시각 피질의 특징적인 신경활동 패턴을 재현하는 데 성공했다.
뇌 피질 내 활동 패턴이 피질 구조를 결정한다는 기존 이론과 달리 망막에서 전달된 활동 패턴이 시각 피질 구조를 만드는 데 중요한 역할을 한다는 새로운 모델을 제시했다는 데 의미가 있다고 연구팀은 설명했다.
김진우 학생은 "뇌가 외부 세계에 대한 감각 정보를 처음으로 경험하기 이전에 어떻게 학습하는 지를 실험 데이터 기반으로 이론적으로 설명할 수 있는 연구"라며 "아으로 데이터 학습에 의존하지 않는 새로운 형태의 인공 신경망 구조 연구에 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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