머릿속 GPS 역할 ‘해마’ 정보처리 메커니즘 밝혀

해마 영역 세포 CA1의 빈도 및 위상 코드 사용 여부를 확인하기 위한 트레드밀 실험[사진 = kist]

국내 연구진이 공간 지각능력을 담당하는 뇌 속 해마의 정보처리 메커니즘을 밝혀냈다. 치매나 기억상실 같은 뇌질환을 진단·치료하는 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 세바스쳔 로열 박사팀이 해마의 장소세포가 장소에 대한 정보를 마치 바코드처럼 빈도코드(rate code)와 위상코드(phase code)를 이용해 저장한다는 사실을 발견했다고 19일 밝혔다.

KIST 연구진은 두 가지 유형의 공간 실험을 통해 해마의 장기기억 형성과 활성화 기초 원리를 확인했다.

첫 번째로 공간훈련 장치인 트레드밀의 긴 벨트에 빈 구간과 작은 물체들이 산재한 구간을 만들어 쥐가 순차적으로 달리도록 훈련했고, 두 번째는 원형의 통에 물체들을 배치하거나 완전히 비우는 방식으로 진행됐다.

이 실험에서 해마는 공간·위치·물체의 상황과 환경 조건에 따라 서로 다른 뇌 영역과 별개의 입력장치 및 정보처리 전략을 사용하고 있는 것이 관찰됐다.

물체가 없는 단순한 환경에서는 빈도코드를 사용하는 세포 집단이 활성화되는 경향이 나타났고, 물체가 많은 복잡한 환경에서는 위상코드가 주로 활용됐다.

이는 포괄적인 위치와 공간 감각을 제공해야 할 때는 빈도코드가, 물체의 정확한 위치 및 공간과의 관계를 기억하는 데는 위상코드가 더 많이 연관돼 있음을 시사한다.

KIST 세바스쳔 로열 박사는 “이번 연구를 통해 해마가 어떻게 정보를 처리하는지를 이해할 수 있으며, 이것은 기억의 기초 원리를 보다 심층적으로 밝히는 토대가 될 것”이라며 “알츠하이머성 치매, 기억상실, 인지장애 같은 해마 손상 관련 뇌질환을 치료 및 진단하는 기술과 함께 생물학적 데이터 기반의 인공지능 발전에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업을 통해 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지인 ‘Neuron’ 최신 호에 게재됐다.