[사이테크 플러스] 조용한밤 시계소리…어떤땐 잘들리고 어떤땐 안들리는 이유?
"뇌는 똑같은 자극 정보도 순간순간 다른 방식으로 처리한다"
독일 연구진 "뇌 자극 인식, 자극 전달 순간의 뇌신경망 민감도에 따라 달라져"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 나뭇잎 바스락거리는 소리, 창문에 부딪히는 작은 빗방울 소리, 조용한 밤 시계 똑딱거리는 소리…. 들릴 듯 말 듯 한 작은 소리가 어떤 때는 잘 들리고 어떤 때는 들리지 않는 이유는 무엇일까?
독일 라이프치히 막스플랑크 인간 인지·뇌과학연구소(MPI CBS) 연구진은 27일 국제학술지 '신경과학 저널'( Journal of Neuroscience)에서 이는 자극 정보가 대뇌 피질에 전달된 순간의 뇌 신경망 민감도에 따라 뇌가 자극에 반응하는 강도가 달라지기 때문이라고 밝혔다.
과거 연구들에 따르면 뇌는 청각, 시각, 촉각 등 외부 자극에 대해 똑같은 자극이 와도 이를 같은 방식으로 처리하지 않는다. 이는 그 자극이 정보를 처리하는 뇌 영역에 미치는 영향이 그 뇌 영역이 속한 신경망의 순간적인 상태에 따라 달라지기 때문이다.
그러나 뇌 신경망의 순간적 상태가 끊임없이 변하는 이유나 여기에 영향을 미치는 요인이 무엇인지, 이 상태변화가 무작위로 일어나는지 아니면 어떤 리듬을 타는지 등은 밝혀지지 않았다.
연구팀은 이 연구에서 뇌 신경망의 순간적 상태에 따라 똑같은 크기의 자극 정보가 전달돼도 '1차 체감각 피질'이라는 부위에 있는 특정 신경세포들의 흥분 정도가 달라지고, 이에 따라 뇌에서의 자극 정보 처리 결과도 달라질 수 있다는 사실을 밝혀냈다.
이들은 남성 참가자 33명의 팔에 전기로 주요 신경을 자극하는 장치를 하고, 아주 약한 전기 자극을 수천차례 가하면서 자극 후 20밀리초(ms:1천분의 1초) 후 뇌 체감각 피질의 특정 부위에 나타나는 초기 반응을 측정했다.
이들은 자극에 의해 유발된 뇌전도(EEG) 패턴을 통해 각각의 자극이 뇌를 얼마나 쉽게 흥분시키는지 확인했다.
그 결과 뇌의 반응은 자극 정보가 대뇌피질에 도달하는 순간 이미 조절되고, 이 초기 상태에 따라 체감각 피질의 흥분 정도가 달라져 똑같은 자극도 다르게 인식되는 것으로 나타났다.
또 피질의 흥분성 변동은 완전히 무작위로 일어나는 게 아니라 특정 시간적 패턴을 보이는 것으로 나타났다. 한순간의 흥분성은 이전의 네트워크 상태에 따라 달라지며 이후 네트워크 상태에 영향을 미쳤다.
연구팀은 피질 흥분성이 이런 특별한 방식으로 달라지는 것은 신경망의 흥분과 억제가 미묘한 균형을 이루는 소위 '임계'상태에 있음을 뜻하며, 이런 '임계성'이 두뇌가 끊임없이 발생하는 정보에 대처하고 처리 능력을 극대화하는 근본원리로 작용하는 것으로 보고 있다.
하나의 자극이 전체 신경계를 단숨에 흥분시키거나 너무나 빨리 사라져버리는 것을 막아 신경계가 과부하에 걸리거나 중요 정보를 놓치지 않게 한다는 것이다.
하지만 신경계 흥분성이 크면 정보 인식의 강도도 커지는지, 즉 뇌가 인식하는 자극의 강도가 그 순간의 신경계 흥분성에 따라 달라지는지는 아직 밝혀지지 않았다.
논문 제1 저자인 MPI CBS 박사과정생 틸먼 스테파니는 "다른 과정이 이 부분에서 어떤 역할을 할 수 있다. 예를 들어 당신이 주의를 다른 것으로 돌려도 이전의 사물에 대한 강한 뇌 반응은 계속 일어날 수 있다"며 이에 대한 후속 연구를 하고 있다고 밝혔다.
scitech@yna.co.kr
(끝)
<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>
"뇌는 똑같은 자극 정보도 순간순간 다른 방식으로 처리한다"
독일 연구진 "뇌 자극 인식, 자극 전달 순간의 뇌신경망 민감도에 따라 달라져"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 나뭇잎 바스락거리는 소리, 창문에 부딪히는 작은 빗방울 소리, 조용한 밤 시계 똑딱거리는 소리…. 들릴 듯 말 듯 한 작은 소리가 어떤 때는 잘 들리고 어떤 때는 들리지 않는 이유는 무엇일까?
독일 라이프치히 막스플랑크 인간 인지·뇌과학연구소(MPI CBS) 연구진은 27일 국제학술지 '신경과학 저널'( Journal of Neuroscience)에서 이는 자극 정보가 대뇌 피질에 전달된 순간의 뇌 신경망 민감도에 따라 뇌가 자극에 반응하는 강도가 달라지기 때문이라고 밝혔다.
과거 연구들에 따르면 뇌는 청각, 시각, 촉각 등 외부 자극에 대해 똑같은 자극이 와도 이를 같은 방식으로 처리하지 않는다. 이는 그 자극이 정보를 처리하는 뇌 영역에 미치는 영향이 그 뇌 영역이 속한 신경망의 순간적인 상태에 따라 달라지기 때문이다.
그러나 뇌 신경망의 순간적 상태가 끊임없이 변하는 이유나 여기에 영향을 미치는 요인이 무엇인지, 이 상태변화가 무작위로 일어나는지 아니면 어떤 리듬을 타는지 등은 밝혀지지 않았다.
연구팀은 이 연구에서 뇌 신경망의 순간적 상태에 따라 똑같은 크기의 자극 정보가 전달돼도 '1차 체감각 피질'이라는 부위에 있는 특정 신경세포들의 흥분 정도가 달라지고, 이에 따라 뇌에서의 자극 정보 처리 결과도 달라질 수 있다는 사실을 밝혀냈다.
이들은 남성 참가자 33명의 팔에 전기로 주요 신경을 자극하는 장치를 하고, 아주 약한 전기 자극을 수천차례 가하면서 자극 후 20밀리초(ms:1천분의 1초) 후 뇌 체감각 피질의 특정 부위에 나타나는 초기 반응을 측정했다.
이들은 자극에 의해 유발된 뇌전도(EEG) 패턴을 통해 각각의 자극이 뇌를 얼마나 쉽게 흥분시키는지 확인했다.
그 결과 뇌의 반응은 자극 정보가 대뇌피질에 도달하는 순간 이미 조절되고, 이 초기 상태에 따라 체감각 피질의 흥분 정도가 달라져 똑같은 자극도 다르게 인식되는 것으로 나타났다.
또 피질의 흥분성 변동은 완전히 무작위로 일어나는 게 아니라 특정 시간적 패턴을 보이는 것으로 나타났다. 한순간의 흥분성은 이전의 네트워크 상태에 따라 달라지며 이후 네트워크 상태에 영향을 미쳤다.
연구팀은 피질 흥분성이 이런 특별한 방식으로 달라지는 것은 신경망의 흥분과 억제가 미묘한 균형을 이루는 소위 '임계'상태에 있음을 뜻하며, 이런 '임계성'이 두뇌가 끊임없이 발생하는 정보에 대처하고 처리 능력을 극대화하는 근본원리로 작용하는 것으로 보고 있다.
하나의 자극이 전체 신경계를 단숨에 흥분시키거나 너무나 빨리 사라져버리는 것을 막아 신경계가 과부하에 걸리거나 중요 정보를 놓치지 않게 한다는 것이다.
하지만 신경계 흥분성이 크면 정보 인식의 강도도 커지는지, 즉 뇌가 인식하는 자극의 강도가 그 순간의 신경계 흥분성에 따라 달라지는지는 아직 밝혀지지 않았다.
논문 제1 저자인 MPI CBS 박사과정생 틸먼 스테파니는 "다른 과정이 이 부분에서 어떤 역할을 할 수 있다. 예를 들어 당신이 주의를 다른 것으로 돌려도 이전의 사물에 대한 강한 뇌 반응은 계속 일어날 수 있다"며 이에 대한 후속 연구를 하고 있다고 밝혔다.
scitech@yna.co.kr
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