낯설은 거리가 익숙해지는 이유.. 과립세포의 변화

해마 속 과립세포, 공간 기억의 핵심적 역할
위치정보를 기억하는 장소세포가 공간을 기억하도록 변화
기억 관련 네트워크 모델링, 해마 손상 관련 뇌질환 이해

[아시아경제 황준호 기자] 새로운 거리를 걸으면 모든 것이 낯설다. 건물과 주변 지표를 일일이 살펴가며 조심스럽게 발걸음을 옮겨야 길을 잃지 않는다. 그렇지만 이렇게 생소한 길도 몇 번 다니다 보면 금방 길을 기억하게 된다. 우리의 뇌는 어떻게 익숙해지는 것일까?

세바스쳔 로열 한국과학기술연구원 뇌과학운영단 박사의 연구팀은 우리 뇌에 위치한 해마 속 과립세포가 이끼세포 등 다양한 신경 네트워크를 통해 장소를 학습하게 된다고 28일 밝혔다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션스에 최근 실렸다.

과립세포의 변화를 통해 공간

트레드밀 학습 중 세포 활동 기록

해마는 주변 환경과 자신의 위치정보를 제공하며 새로운 사실을 학습하고 기억하는 기능을 한다. 알츠하이머병과 같은 뇌질환이 진행될 때 가장 먼저 손상되기도 한다.

연구팀은 해마의 장소 정보 입력이 시작되는 부위인 치아이랑의 뇌 세포를 관찰해 새로운 환경을 학습하면서 장소 세포가 생성되는 과정을 연구했다. 공간훈련장치인 트레드밀에서 실험용 생쥐를 27일 동안 훈련하며 치아이랑을 구성하는 뇌세포인 이끼세포와 과립세포의 변화를 관찰했다.

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

뇌 질환, 이해하고 치료하는데 방향성 제시

트레드밀 학습을 위한 컴퓨터 모델

연구팀은 이러한 학습에 따른 점진적 세포 활동의 변화를 신경망 모델중 하나인 경쟁학습 모델을 통해 재현했고 이끼세포도 과립세포와의 상호작용을 통해 장소 기억에 관여한다는 것을 밝혀냈다. 이끼세포 자신은 공간 학습에 따른 큰 변화는 없었지만, 이끼세포의 활동이 과립세포가 사물 위치 정보에서 공간의 위치기억으로 변화하는데 큰 역할을 한다고 설명했다.

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 것"이라고 밝혔다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr