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한국뇌연구원, 인간 감각과 운동정보를 처리하는 신경세포간의 연결을 해부학적으로 규명
2021년 08월 23일 (월) 11:45:17 DGN webmaster@dgn.or.kr
- 뇌질환의 근본적 이해를 통한 치료방법을 개발하기 위한 원리 발견
- 뇌신경과학분야 국제 저명학술지 「Cerebral Cortex」에 게재

□ 한국뇌연구원(원장 서판길)은 대뇌피질융합연구사업단 라종철 단장과 김나리 연구원 등이 고위 뇌기능(기억, 정보의 통합, 감정, 의사결정 등)을 담당하는 대뇌피질로 유입되는 신경신호가 서로 협조를 통해 효과적으로 정보를 전달하고 있다는 해부학적 증거를 발견했다고 24(화)일 밝혔다.

◦ 이번 연구결과는 신경과학 분야의 국제 저명 학술지 「Cerebral Cortex」8월 5일(목)자로 온라인 게재되었으며, 논문명과 저자는 다음과 같다.
* (논문명) Synapses from the Motor Cortex and a High-Order Thalamic Nucleus are Spatially Clustered in Proximity to Each Other in the Distal Tuft Dendrites of Mouse Somatosensory Cortex
* (저자) 김나리(제1저자), 반상규, 최준호, 김진섭(교신저자), 라종철(교신저자)*

□ 실험동물(쥐)를 이용해 쥐의 수염이 움직이는 정보에 반응하는 뇌 부위(시상) 중 운동을 담당하는 신경세포의 핵(posteriomedial nucleus, POm)과 물체와의 접촉과 운동정보를 코딩하는 운동피질(vibrissal primary motor cortex, vM1)이 체성감각을 담당하는 뇌부위로의 시냅스 연결을 분석한 연구결과이다.

◦ 라종철 단장과 김나리 연구원은 그동안 쥐의 수염이 움직이는 신경세포 간 연결(시냅스)의 군집이 능동적 신호전달의 “기능적 단위(functional unit)” 역할을 수행함을 통합적으로 연구해 왔다.
◦ 배열단층촬영기법을 사용하여 이러한 기능적 유닛이 운동정보와 체성감각정보가 각자 고유의 군집을 형성하고 있으며 두 군집이 서로 가깝게 존재하여 시냅스간의 협조를 일으키며 효과적인 정보 전달을 만들 수 있음을 해부학적으로 발견해 낸 것이다.

□ 우리 뇌의 운동과 감각정보처리과정을 인공지능(AI) 알고리즘 개발에 이미 적용하여 인공지능신경망 구축에 활용해 왔으나, 우리 뇌의 이종 세포간의 서로 다른 정보처리과정은 명확하게 규명되어 있지 않았다.

◦ 이번 연구로 뇌의 기능적 단위의 정체을 규명, 서로 다른 정보의 공유와 활용, 뇌 세포의 물리적 거리를 극복한 정보의 전달 과정을 발견한 것으로, 이러한 정보처리과정의 원리를 인공지능 개발에서도 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
◦ 또한, 뇌의 복잡한 신경회로의 연결 특이성(임의의 연결이 아닌 특성을 가진 시냅스간의 특이적 연결)을 파악하고, 신경세포의 고유 기능에 대한 연구로 중요한 정보를 제공할 수 있으며, 이를 토대로 뇌지도 작성 및 해독 연구에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 전망된다.
□ 이번 연구의 책임자인 라종철 단장은 "이종의 신경세포간의 연결과 분포 정도, 그리고 서로 다른 정보를 가진 두 개의 시냅스가 대뇌피질에서 어떻게 작용하여 물체를 인지하고 운동하는지에 대한 근본 원리를 이해하는 데 도움이 될 수 있는 발견이다.“ 라며 “이번 연구결과는 분자변이로 설명할 수 없는, 연결체 변이로 인한 뇌질환을 극복하고, 인간 뇌를 모사한 인공지능 개발의 단초를 제공할 수 있을 것” 이라 말했다.

□ 동 연구는 한국뇌연구원 기관고유사업(21-BR-01-01 and 21-BR-03-01), 디지스트 R&D 프로그램(21-IJRP-01) 그리고 뇌과학원천기술개발사업 (NRF-2017M3C7A1048086 and 2017M3A9G8084463) 지원을 통해 수행되었다.
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