인간 지능의 비밀이 밝혀졌다.
- 건강의학 / 문광주 기자 / 2026-08-03 15:17:10
4분 읽기
- 인간의 뉴런은 다른 동물의 뉴런보다 크기가 크고 가지가 더 많이 뻗어 있다.
- 기능 방식도 달라. 각각의 뉴런은 작은 마이크로칩처럼 작용 처리 능력 크게 향상.시켜
- 뇌세포 하나하나가 작은 컴퓨터와 같다.
언어, 추상적 사고, 창의력 등 인간은 대부분의 다른 동물이 갖지 못한 인지 능력을 발달시켜 왔다. 우리 뇌가 신체 크기에 비해 특히 크고 고도로 연결되어 있다는 것은 당연한 결과다. 약 860억 개의 신경 세포가 복잡하게 얽혀 있다. 하지만 이것만으로 우리의 높은 지능을 설명할 수 있을요? 코끼리와 일부 해양 포유류는 우리보다 뇌세포 수가 많고, 꿀벌의 뉴런 밀도는 인간보다 훨씬 높다.
핵심은 뉴런의 구조일까?
그렇다면 결정적인 차이점은 어디에 있을까? 예루살렘 히브리 대학교의 이도 아이젠부드(Ido Aizenbud) 교수와 그의 동료들은 "개별 뉴런의 특성 또한 중요한 역할을 한다는 증거가 점점 늘어나고 있다"며, "인간의 뉴런은 형태학적, 생리학적으로 다른 종의 뇌세포와 차이가 있다"고 말했다. 예를 들어, 우리 대뇌 피질의 뉴런은 일반적으로 길고 가지가 많이 갈라진 수상돌기를 가지고 있다.
"이러한 차이점이 인간 뇌세포에 단일 세포 수준에서 더 높은 연산 능력을 부여하는 것일까? 이 중요한 질문은 지금까지 답을 찾지 못했다"고 아이젠부드 교수 연구팀은 지적했다. 이를 밝히기 위해 연구팀은 인공지능을 활용했다. 먼저 인간과 쥐의 개별 피라미드형 뉴런을 모델로 한 여러 신경망을 구축했다. 이 신경망은 두 뇌세포 유형의 주요 특징을 재현했다.
그다음 연구팀은 이러한 인공 뉴런이 다양한 복잡성의 입력 신호를 얼마나 잘 처리하는지 테스트했다. 예를 들어, 서로 다른 수상돌기 끝에서 동시에 들어오는 자극을 처리하는 것이다. 소위 기능적 복잡성 지수(FCI)는 뉴런 모형이 이러한 자극을 얼마나 효율적으로 처리하는지를 나타낸다.
뇌세포 하나하나가 작은 컴퓨터와 같다.
인간과 쥐의 뇌세포는 연산 능력에서 상당한 차이를 보이는 것으로 밝혀졌다. 실험 결과, 인간의 피라미드형 뉴런과 유사한 세포는 기능적 복잡성 지수(FCI)에서 쥐의 해당 세포보다 훨씬 높은 값(0.38 대 0.22)을 나타냈다. 아이젠부드(Aizenbud) 연구팀은 "이는 인간의 피라미드형 뉴런이 쥐의 뉴런보다 기능적 복잡성이 더 높다는 것을 보여준다"고 보고했다.
즉, 우리의 뉴런은 단순히 켜고 끄는 스위치 이상의 기능을 한다. 각 뇌세포는 자체적인 회로를 형성하여 계산을 수행할 수 있다. 따라서 각 뉴런은 작은 마이크로칩 또는 신경망과 같으며, 예를 들어 고양이와 개의 시각을 구분할 수 있다. 연구팀은 이러한 연산 능력 덕분에 인간의 뇌세포가 쥐나 다른 포유류보다 훨씬 더 뛰어난 연산 능력을 갖고 있다고 설명했다.
세포 돌기의 구조가 이러한 차이를 만들어내
왜 그럴까요? 이를 알아내기 위해 연구진은 모델 뉴런의 다양한 특성, 즉 수상돌기 길이, 가지 사이의 거리, 시냅스 활동을 변화시키는 추가 실험을 진행했다. 그 결과, 인간 뇌세포의 뛰어난 연산 능력은 주로 구조, 특히 형태학적 특징 때문이라는 사실이 밝혀졌다.
구체적으로, 인간 뉴런은 더 길고 가지가 많이 뻗은 수상돌기를 통해 이점을 얻는 것으로 나타났다. 이러한 구조는 뉴런 내부에 병렬적으로 작동할 수 있는 반자율적인 하위 영역을 만들어 연산 능력을 향상시킨다. 또한, 가지가 많이 뻗은 수상돌기는 인접한 뇌세포와의 연결에 사용할 수 있는 표면적을 증가시킨다.
인지적 우월성의 근거는 무엇일까?
아이젠부드와 그의 동료들은 "이번 연구 결과는 인간 대뇌 피질 뉴런의 향상된 기능에 대한 구조적, 생물물리학적 기반을 밝혀냈다"고 밝혔다. 인간 지능과 다른 동물에 비해 우월한 인지 능력의 일부는 개별 뇌세포에 숨겨져 있을 수 있다. 뇌세포는 마치 작은 컴퓨터처럼 기능하기 때문에 인간의 뇌는 특히 높은 처리 능력을 가지고 있다.
더 큰 뇌 용량과 강력한 연결성, 그리고 독특한 뉴런 구조는 우리 조상에게 다른 동물 종에 비해 결정적인 진화적 이점을 제공했을 가능성이 있다. 또한, 이번 연구 결과는 생물물리학적 수준에서 우리의 마음과 의식이 어떻게 작용하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.
출처:
Ido Aizenbud (The Hebrew University of Jerusalem) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2026; doi: 10.1073/pnas.2533168123
- 인간의 뉴런은 다른 동물의 뉴런보다 크기가 크고 가지가 더 많이 뻗어 있다.
- 기능 방식도 달라. 각각의 뉴런은 작은 마이크로칩처럼 작용 처리 능력 크게 향상.시켜
- 뇌세포 하나하나가 작은 컴퓨터와 같다.
인간 지능의 비밀이 밝혀졌다?
왜 인간은 다른 동물보다 지능이 높을까? 우리 뇌를 특별하게 만드는 것은 무엇일까? 연구진의 발견에 따르면 그 해답은 뇌의 개별 뉴런에 있을지도 모른다. 연구 결과에 따르면 인간의 뉴런은 다른 동물의 뉴런보다 크기가 크고 가지가 더 많이 뻗어 있을 뿐만 아니라 기능 방식도 다르다. 각각의 뉴런은 마치 작은 마이크로칩처럼 작용하여 처리 능력을 크게 향상시킨다.
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| ▲ 인간의 뇌에 있는 뉴런은 수상돌기라고 불리는 길고 가지처럼 뻗은 세포 돌기를 가지고 있다. |
언어, 추상적 사고, 창의력 등 인간은 대부분의 다른 동물이 갖지 못한 인지 능력을 발달시켜 왔다. 우리 뇌가 신체 크기에 비해 특히 크고 고도로 연결되어 있다는 것은 당연한 결과다. 약 860억 개의 신경 세포가 복잡하게 얽혀 있다. 하지만 이것만으로 우리의 높은 지능을 설명할 수 있을요? 코끼리와 일부 해양 포유류는 우리보다 뇌세포 수가 많고, 꿀벌의 뉴런 밀도는 인간보다 훨씬 높다.
핵심은 뉴런의 구조일까?
그렇다면 결정적인 차이점은 어디에 있을까? 예루살렘 히브리 대학교의 이도 아이젠부드(Ido Aizenbud) 교수와 그의 동료들은 "개별 뉴런의 특성 또한 중요한 역할을 한다는 증거가 점점 늘어나고 있다"며, "인간의 뉴런은 형태학적, 생리학적으로 다른 종의 뇌세포와 차이가 있다"고 말했다. 예를 들어, 우리 대뇌 피질의 뉴런은 일반적으로 길고 가지가 많이 갈라진 수상돌기를 가지고 있다.
"이러한 차이점이 인간 뇌세포에 단일 세포 수준에서 더 높은 연산 능력을 부여하는 것일까? 이 중요한 질문은 지금까지 답을 찾지 못했다"고 아이젠부드 교수 연구팀은 지적했다. 이를 밝히기 위해 연구팀은 인공지능을 활용했다. 먼저 인간과 쥐의 개별 피라미드형 뉴런을 모델로 한 여러 신경망을 구축했다. 이 신경망은 두 뇌세포 유형의 주요 특징을 재현했다.
그다음 연구팀은 이러한 인공 뉴런이 다양한 복잡성의 입력 신호를 얼마나 잘 처리하는지 테스트했다. 예를 들어, 서로 다른 수상돌기 끝에서 동시에 들어오는 자극을 처리하는 것이다. 소위 기능적 복잡성 지수(FCI)는 뉴런 모형이 이러한 자극을 얼마나 효율적으로 처리하는지를 나타낸다.
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| ▲ 뉴런 수와 지능 (출처: https://namu.wiki/w/%EB%89%B4%EB%9F%B0) |
뇌세포 하나하나가 작은 컴퓨터와 같다.
인간과 쥐의 뇌세포는 연산 능력에서 상당한 차이를 보이는 것으로 밝혀졌다. 실험 결과, 인간의 피라미드형 뉴런과 유사한 세포는 기능적 복잡성 지수(FCI)에서 쥐의 해당 세포보다 훨씬 높은 값(0.38 대 0.22)을 나타냈다. 아이젠부드(Aizenbud) 연구팀은 "이는 인간의 피라미드형 뉴런이 쥐의 뉴런보다 기능적 복잡성이 더 높다는 것을 보여준다"고 보고했다.
즉, 우리의 뉴런은 단순히 켜고 끄는 스위치 이상의 기능을 한다. 각 뇌세포는 자체적인 회로를 형성하여 계산을 수행할 수 있다. 따라서 각 뉴런은 작은 마이크로칩 또는 신경망과 같으며, 예를 들어 고양이와 개의 시각을 구분할 수 있다. 연구팀은 이러한 연산 능력 덕분에 인간의 뇌세포가 쥐나 다른 포유류보다 훨씬 더 뛰어난 연산 능력을 갖고 있다고 설명했다.
세포 돌기의 구조가 이러한 차이를 만들어내
왜 그럴까요? 이를 알아내기 위해 연구진은 모델 뉴런의 다양한 특성, 즉 수상돌기 길이, 가지 사이의 거리, 시냅스 활동을 변화시키는 추가 실험을 진행했다. 그 결과, 인간 뇌세포의 뛰어난 연산 능력은 주로 구조, 특히 형태학적 특징 때문이라는 사실이 밝혀졌다.
구체적으로, 인간 뉴런은 더 길고 가지가 많이 뻗은 수상돌기를 통해 이점을 얻는 것으로 나타났다. 이러한 구조는 뉴런 내부에 병렬적으로 작동할 수 있는 반자율적인 하위 영역을 만들어 연산 능력을 향상시킨다. 또한, 가지가 많이 뻗은 수상돌기는 인접한 뇌세포와의 연결에 사용할 수 있는 표면적을 증가시킨다.
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| ▲ 뉴런의 기능적 복잡성을 정량화하는 단계. (A) 모델링된 뉴런의 수상돌기 가지에 분포된 흥분성(빨간색) 및 억제성(파란색) 시냅스를 활성화하는 무작위 입력 스파이크의 래스터 플롯. (B) 대표적인 인간 2/3층 피라미드형 뉴런(왼쪽)과 왼쪽에 나타낸 세포의 생물물리학적 모델의 역치 이하 활동(V)과 스파이크 활동(S)을 최대한 정확하게 재현하도록 훈련된 3층 시간 합성 네트워크(TCN, 오른쪽)의 개략도. (C) 위에 나타낸 인간 2/3층 뉴런의 생물물리학적 모델의 전압 출력(검은색)과 해당 TCN의 출력(파란색, 4개의 스파이크 중 3개가 TCN에 의해 정확하게 포착됨). (D) 그림 B(녹색)에 나타낸 인간 2/3층 뉴런과 그림 D(주황색)에 나타낸 쥐 2/3층 뉴런의 스파이크 예측에 대한 고정된 3층 TCN(방법)의 수신자 조작 특성(ROC) 곡선. 각 곡선(녹색 및 주황색) 아래 면적(AUC)은 1ms 정밀도에서 TCN의 예측 정확도를 나타내며, AUC 값이 클수록 예측 성능이 우수하다. (E) 인간(녹색) 및 쥐(주황색) L2/3층 피질 피라미드 뉴런의 FCI(식 1). FCI는 0에서 1까지의 범위를 가지며, 1은 가장 복잡한 뉴런을 나타냅니다. ****P 값은 0.0001보다 작다. 출처:Dendritic morphology and synaptic nonlinearities enhance functional complexity in human cortical neurons / July 7, 2026 / PNAS |
인지적 우월성의 근거는 무엇일까?
아이젠부드와 그의 동료들은 "이번 연구 결과는 인간 대뇌 피질 뉴런의 향상된 기능에 대한 구조적, 생물물리학적 기반을 밝혀냈다"고 밝혔다. 인간 지능과 다른 동물에 비해 우월한 인지 능력의 일부는 개별 뇌세포에 숨겨져 있을 수 있다. 뇌세포는 마치 작은 컴퓨터처럼 기능하기 때문에 인간의 뇌는 특히 높은 처리 능력을 가지고 있다.
더 큰 뇌 용량과 강력한 연결성, 그리고 독특한 뉴런 구조는 우리 조상에게 다른 동물 종에 비해 결정적인 진화적 이점을 제공했을 가능성이 있다. 또한, 이번 연구 결과는 생물물리학적 수준에서 우리의 마음과 의식이 어떻게 작용하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.
출처:
Ido Aizenbud (The Hebrew University of Jerusalem) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2026; doi: 10.1073/pnas.2533168123
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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