공간과 장소를 기억하는 원리
공간과 장소를 기억하는 원리
  • 함예솔
  • 승인 2020.10.08 15:35
  • 조회수 324
  • 댓글 0
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새로운 도시를 방문하면 모든 게 낯설게 느껴지고 건물들과 주변 지표들을 확인해가며 길을 잃지 않도록 신경을 쓰게 됩니다. 하지만 점차 익숙해지면 주변 지표들을 굳이 일일이 확인하지 않아도 길을 헤매는 일은 없어집니다. 이런 학습을 통한 공간 기억이 생기는 원리를 국내 연구진이 밝혔습니다.

새로운 도시 방문하면 길을 잃지 않도록 신경 쓰게 되죠. 출처: AdobeStock
새로운 도시 방문하면 길을 잃지 않도록 신경 쓰게 되죠. 출처: AdobeStock

뇌의 영역 중 해마는 주변 환경과 자신의 위치 정보를 제공하며 새로운 사실을 학습하고 기억하는 기능을 합니다. 알츠하이머와 같은 뇌질환이 진행될 때 가장 먼저 손상되는 곳이기도 합니다. 세포의 활동을 통해 위치를 인지할 수 있는 장소 세포 발견 이후 뇌의 위치추적 메커니즘이 점차 규명됐으며 공간의 탐색과 기억에 대한 많은 연구들이 발표됐습니다. 하지만 공간에 익숙해지면서 기억하게 되는 장소 세포가 어떻게 생성 되며 변화 하는지는 밝혀지지 않았습니다.

 

한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학운영단 세바스쳔 로열 박사팀이 해마 속 과립세포가 이끼세포 등 다양한 신경 네트워크를 통해 장소를 학습하게 되는 원리를 규명했다고 밝혔습니다. 해당 연구는 <Nature Communications>에 게재됐습니다. 

  •  과립세포(granule cell) 

신경세포의 한 종류로 작은 세포체를 가지고 있다. 치아이랑을 구성하는 주세포(principal cell)입니다.

  • 이끼세포(mossy cell)

치아이랑의 과립세포와 연결되는 신경세포입니다.

 

 

공간·장소 기억하는 원리는?!

 

KIST 세바스쳔 로열 박사팀은 해마의 장소 정보 입력이 시작되는 부위로 알려진 치아이랑의 뇌 세포를 관찰해 새로운 환경을 학습하면서 장소 세포가 생성되는 과정을 연구했습니다. 공간훈련장치인 트레드밀에서 실험용 생쥐를 27일 동안 훈련하며 치아이랑을 구성하는 뇌세포인 이끼세포와 과립세포의 변화를 관찰했습니다.

  • 치아이랑(dentate gyrus)

치아이랑은 뇌 해마의 내부 영역으로 해마 외부의 후각뇌피질(Entorhinal cortex) 영역으로부터 신경입력을 받아 해마 내부의 다른 영역인 CA3로 신경출력을 내보내는 역할을 합니다. 

트레드밀 학습 중 세포 활동 기록. 출처:KIST
트레드밀 학습 중 세포 활동 기록. 출처:KIST

장소를 기억하는 여러 특성을 갖고 있는 과립세포를 관찰한 결과, 새로운 공간에 놓였을 때 과립세포 내에 존재하는 장소세포는 사물의 위치 정보를 나타내거나 일정한 간격의 거리의 정보를 나타냈습니다. 점차 공간에 익숙해지고 학습된 후에는 사물의 위치 정보와 거리 정보를 나타내는 세포들은 소멸되고 특정 장소를 나타내는 장소세포들이 점차 늘어났습니다.

트레드밀 학습을 위한 컴퓨터 모델. 출처: KIST
트레드밀 학습을 위한 컴퓨터 모델. 출처: KIST

KIST 연구진은 이러한 학습에 따른 점진적 세포 활동의 변화를 신경망 모델중 하나인 경쟁학습 모델을 통해 재현했고 이끼세포 또한 과립세포와 상호작용을 통해 장소 기억에 관여함을 밝혔습니다. 이끼세포 자신은 공간 학습에 따른 큰 변화는 없었지만 이끼세포의 활동이 과립세포가 사물 위치 정보에서 공간의 위치기억으로 변화하는데 큰 역할을 한다고 밝혔습니다.

세바스쳔 로열 박사. 출처: KIST
세바스쳔 로열 박사. 출처: KIST

 

 

 

KIST 세바스쳔 로열 박사는 "해마의 역할을 이해하는데 크게 공헌함으로써 인공지능 기반의 신경공학에 기여할 뿐 아니라 기억 상실, 알츠하이머, 인지장애와 같은 해마의 손상과 관련된 뇌질환을 이해하고 치료 예방하는데 새로운 방향을 제시할 수 있을 것이다"라고 밝혔습니다.

 

 

 

 


##참고자료##

 


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