사라 무어 지음2020년 1월 7일
과학자팀이 인간의 뇌가 예상보다 훨씬 더 강력할 수 있다는 증거를 발견했습니다. 새로운 연구 결과는 이전에는 볼 수 없었던 독특한 형태의 세포 메시지 전달 방식을 밝혀냈는데, 이는 인간이 엄청나게 복잡한 문제를 이해하고 해결할 수 있는 능력을 부여할 가능성이 있습니다.
이미지 출처: Yurchanka Siarhei / Shutterstock.com
단일 뉴런만으로도 복잡한 계산을 처리할 수 있습니다.
올해, 독일과 그리스의 연구소에서 온 국제 연구진 팀이 획기적인 연구를 수행했고, 그 결과가 지난주 Science 저널에 게재되었습니다.
연구팀은 간질 환자의 수술 중 제거한 뇌 조직 조각을 조사한 결과, 인간 피라미드 뉴런의 수상돌기에서 예상치 못한 알려지지 않은 전기 활동이 일어나는 것을 발견했습니다. 이 세포는 뇌의 바깥쪽 피질을 구성하며, 더 복잡한 인지 기능이 일어나는 곳입니다.
이 활동을 더 자세히 조사한 결과, 연구팀은 단일 뉴런이 복잡한 계산을 수행할 수 있다는 결론을 내렸습니다. 즉, 뇌가 이전에는 필요하다고 여겨졌던 더 큰 네트워크가 아닌 단일 뉴런만으로도 문제를 해결할 수 있다는 것입니다. 이 발견은 신경과학자들이 뇌의 기능과 잠재력을 이해하는 방식에 중요한 의미를 지닙니다.
이전에는 볼 수 없었던 칼슘 이온의 활용으로 엄청난 에너지 잠재력이 생성됩니다.
형광 현미경 이미징 기술을 사용하여 조직 절편의 피질에 있는 개별 세포의 활동을 관찰했습니다. 이를 통해 세포들이 뉴런의 기능을 담당하는 것으로 알려진 나트륨 이온뿐만 아니라 칼슘 이온을 “발화”시키는 것으로 나타났습니다.
연구자들은 칼슘 이온이 나트륨과 결합했을 때 전례 없는 수준의 에너지를 생성하는 것을 관찰했습니다. 이 효과를 칼슘 매개 수지상 활동 전위라고 합니다.
뇌종양 환자의 조직 샘플도 조사한 결과, 이러한 효과가 간질 환자에게만 나타나는 것이 아니라는 것이 확인되었습니다.
인간 두뇌의 능력의 열쇠를 찾아서
지난 세기에는 뇌의 작동 원리를 연구하는 연구가 엄청나게 많이 진행되었고, 심리학자와 신경과학자들이 수많은 이론을 만들어냈지만, 인간 사고의 본질을 뒷받침하는 생리학은 여전히 모호합니다.
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지식이 크게 발전했지만 전문가들은 여전히 인간의 뇌가 다른 종의 뇌와 어떻게 그렇게 다른지, 그리고 어떻게 엄청나게 복잡한 계산을 수행할 수 있는지 정확히 이해하고자 노력하고 있습니다.
인간이 이처럼 복잡한 계산을 처리하는 방식에 대한 주요 이론 중 하나는 뇌의 바깥쪽 영역을 구성하는 피질층, 특히 2층과 3층이 다른 종의 뇌에 비해 뇌 물질의 비율이 높아서 이런 과정이 일어날 수 있다는 것입니다.
그러나 수상돌기의 작동 원리에 대한 대부분의 지식은 설치류의 뇌를 연구한 결과입니다. 생체 내에서 연구하는 것이 어렵기 때문입니다.
이번 연구에서 연구진은 2층과 3층의 활성 특성을 조사하여 이전에는 보고되지 않았던 여러 유형의 전기 활동이 이곳에서 발생한다는 것을 발견했습니다. 이러한 활동은 해당 층의 피라미드 뉴런에서만 나타나는 것으로 밝혀졌으며, 이는 이전에 추정되었던 것보다 훨씬 더 복잡한 생리 작용을 보여줍니다.
수석 연구원 매튜 라쿰과 그의 동료들은 자신들이 발견한 독특한 전기적 활동을 모델링했고, 이를 통해 단 하나의 뉴런만으로도 복잡한 계산 문제를 해결할 수 있다는 증거를 얻었습니다. 이전에는 이러한 계산이 이루어지려면 다층 뉴런 네트워크가 필요하다고 여겨졌습니다.
이 연구 결과는 인간 뇌의 작동 방식에 대한 최신 모델을 제시하여 복잡한 사고가 어떻게 발생하는지에 대한 우리의 지식을 발전시킬 수 있다는 점에서 매우 흥미롭습니다. 그러나 이러한 활동이 다른 종에서도 존재하는지는 현재로서는 알 수 없으므로 신중하게 접근해야 합니다. 이 연구 결과의 중요성을 확인하기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다.
