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신경 메커니즘으로 번개처럼 빠른 초점 보장

뇌가 우리를 백일몽에서 되살리는 방법
신경 메커니즘으로 번개처럼 빠른 초점 보장

신경 알람 시계:
우리가 백일몽에 빠져 있을 때 우리의 사고(思考)는 멀리 떨어져 있다. 연구원들은 이제 우리의 두뇌가 우리를 현실로 되돌리기 위해 사용하는 트릭을 발견했다. 뇌의 특정 영역은 우리가 순식간에 다시 정신을 차리고 주변에 집중하도록 보장한다. 동시에, 뇌의 이 영역은 기억을 형성하는 데 도움이 된다. 하지만 이 "알람시계"가 제대로 작동하지 않는다면 어떻게 될까? 

▲ 해마에 있는 두 가지 신경 메커니즘은 우리의 주의가 교대로 표류하고 현실로 되돌아가도록 보장한다. photo:wiki

낮이건 밤이건 우리는 꿈을 꿀 때 과거의 사건을 다시 떠올린다. 우리의 뇌는 마음의 눈에 앞서 장면을 재생한다. 해마의 뉴런은 소위 "예리한 파동"을 생성한다. 이는 이전 연구에서 알려진 바와 같이 우리의 생각과 기억을 연결하는 최대 200ms(밀리초) 동안 지속되는 동기식 신경 신호다.

치상회(齒狀回, Gyrus dentatus)에서 신경 신호는 어떤 용도로 사용되나?

스탠포드 대학의 조던 파렐(Jordan Farrell)이 이끄는 신경과학자들은 꿈을 꿀 때 "날카로운 파동"을 종종 방해하는 우리 뇌의 두 번째 신호 패턴을 조사했다. 이 현상에서 해마의 일부인 치상회에 있는 신경 세포는 약 50밀리초 동안 지속되는 동기화된 신호를 발신한다. 이전 연구에서 뇌회는 기억 센터의 입구 역할을 할 뿐만 아니라 들어오는 정보에 대한 "바운서bouncer(출입문에 서서 쫒아내는 사람)" 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

Farrell의 연구원들은 이제 몽상 중에도 뇌회의 뉴런이 발화하는 이유와 이것이 생쥐를 사용하여 유발하는 원인을 더 자세히 조사했다. 이를 위해 그들은 백일몽을 꾸는 동안 동물의 뇌 신호를 기록했다. 신경과학자들은 목표한 소리나 공기를 불어 넣어 이러한 휴식 단계를 중단시켰다.

공상을 위한 알람 시계

이것은 치상회의 이러한 신호 패턴이 생쥐의 뇌가 "오프라인"인 동안 항상 생쥐에서 발생했으며 그 후 갑작스러운 사건이 뇌를 자극한다는 것을 보여주었다. 그런 다음 동물들은 머리와 눈의 움직임으로 소리와 공기 펌프에 반응했다. Farrell과 그의 동료들은 이러한 신경 신호가 쥐와 우리 인간이 공상을 멈추고 즉시 새로운 정보를 처리하거나 환경에 적응하는 데 도움이 된다고 결론지었다.

치상회에서 나오는 신호는 몽상을 방해하고 우리가 다시 주변 세계에 주의를 기울이는 데 도움이 되는 일종의 알람시계처럼 작용한다고 Farrell과 그의 동료들은 결론지었다. Farrell은 “우리는 정신이 방황하는 기간을 중단하고 '인지 지도'를 현실에 맞게 재정렬하는 메커니즘을 뇌에서 발견했다”고 말했다.

두 개의 상황 변경

따라서 해마에는 우리의 주의가 표류했다가 다시 제자리로 돌아가게 하는 두 가지 신경학적 메커니즘이 있다. Farrall은 “뇌는 이 두 상태 사이를 전환한다”고 설명했다. 전반적으로, 이들과 이전 실험은 이 두 가지 전략이 서로를 보완한다는 것을 시사한다. "날카로운 파도의 잔물결"은 공상을 통해 우리의 창의력을 자극하는 반면, 뇌회의 신호는 우리가 어떤 위험도 간과하지 않도록 보장한다.

그러나 치상회(齒狀回, Gyrus dentatus)에 있는 신호에는 두 번째 기능이 있다. 실험에서 그들은 동물들이 갑작스러운 소음과 공기의 움직임을 기억하도록 했다. 테스트 결과에 따르면, 쥐는 이전에 예상치 못한 사건이 발생한 장소를 피했다. 따라서 뇌회는 우리가 두려워했던 가능한 위험과 상황을 기억하는 데에도 도움이 된다.

이번 연구 결과는 향후 다양한 신경 질환을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수도 있다. 예를 들어, 치상회(dentate gyrus)의 신호는 정신분열증과 연관되어 있다. 연구원들은 ADHD나 PTSD 환자에게도 잠재적으로 역할을 할 수 있다고 의심한다. 이 사람들은 주변 환경에서 일어나는 사건에 과도하게 반응하거나 과거를 잊을 수 없다. 그러나 Farrell과 그의 동료들에 따르면 알츠하이머 환자의 치상회(dentate gyrus)도 변형될 수 있다고 한다. 결과적으로, 이 사람들의 뇌에는 새로운 기억이 저장되지 않을 수 있다.

후속 연구에서 신경과학자들은 먼저 치상회가 뇌전증에서 역할을 하는지에 대한 질문을 다루고자 한다. 이 상태에서는 뇌의 뉴런이 과도하게 활성화되어 발작 중에 동시에 발화한다.
(Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07192-8)
출처: Boston Children’s Hospital

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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