데일리메디 원숭이·고양이등 포유류 뇌지도 원리 규명

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원숭이·고양이등 포유류 뇌지도 원리 규명


[ 2004년 01월 15일 03시 09분 ]

<포항=뉴시스>동물의 뇌지도가 초전도체나 초유동체에서의 물리현상과 동일한 원리로 형성된다는 연구 결과가 발표돼 관심을 끌고 있다. 이 연구결과는 뇌의 신비에 한걸음 다가선 것으로 평가받고 있다.

포항공대 물리학과 비선형및 컴플렉스 시스템 연구실의 김승환(44)교수 연구팀은 이같은 포유류 뇌의 1차 시각 피질 지도에대한 연구결과를 물리학 최고저널인'피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letters)'새해 첫호에 발표했다.

김교수는 1차 시각 피질에서 지도가 만들어지는 원리가 초전도체나 초유체 연구에서 나타나는 물리학의 대표적 모형인 스핀(전자의 고유 회전운동 방향을 나타내는 물리량)의 동역학과 유사하다는 것을 원숭이와 고양이 등 포유류 대상으로 한 지도 연구를 통해 밝혀냈다.

이연구는 주어진 정보에 반응하는 뉴런(신경소자)들의 분포를 파악,뇌의 기능성 지도(Functional map)을 그려내는 것으로 뇌의 신비를 풀 수있는 매우 중요한 과제다. 특히 후두엽(뇌의 뒷부분)에 위치한 1차 시각 피질은 자극에 의한 반응이 명확해 많은 실험적.이론적 연구가 집중되고 있다.

또 뇌의 1차 시각 피질에는 양쪽 눈 중 하나에서 오는 정보에 더 잘 반응하는 안우성 기둥(ocular dominance column)과 특정방향의 막대 형상에 더 잘 반응하는 방향성 기둥(orientation column)이 층층이 존재한다는 것이다. 출생시 뇌의 시각 피질에는 이러한 뉴런 기둥들이 없거나 약하게 나타나다가, 이후 외부 자극을 받으면서 스스로 만들어지는 것으로 알려졌다.

따라서 시각 피질의 안우성 기둥 뉴런이 왼쪽 또는 오른쪽 눈으로부터만 시각정보를 받는것이 전자와 같이 스핀을 가진 입자가 위 또는 아래 중 하나의 위상상태를 가지고 있는 것과 수학적으로 동일하다는 설명이다.

방향성 기둥의 경우 뉴런이 하나의 특이점을 중심으로 풍차(pinewheel) 모양으로 분포돼 구조는 초전도체에서 나타나는 소용돌이(vortex) 구조와 같고, 불안정한 상태의 모양은 시간이 지남에따라 없진다는 것을 규명했다.

김교수는 "이번 연구를 계기로 물리학적 방법론을 활용해 복잡한 뇌의 기능을 보편적으로 이해하고, 다양한 뇌의 기능성 지도를 완성키위해 생물물리학과 복잡계 과학의 학문가 교류가 활발해질것이라"고 전망했다.