KAIST 대학생 논문, 뇌 신경과학 국제학술지 표지로 선정

박세범 바이오·뇌공학과 교수와 김진우 학사과정, 송민 박사과정. 사진출처=KAIST
박세범 바이오·뇌공학과 교수와 김진우 학사과정, 송민 박사과정. 사진출처=KAIST

대학생이 쓴 논문이 뇌신경 과학분야 국제학술지 표지 논문으로 선정됐다.

한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 김진우 바이오·뇌공학과 학생의 논문 '시각 피질에서 장거리 수평 연결을 발생시키는 자발적인 망막 파동'이 뇌 신경과학 분야 학술지인 '저널 오브 뉴로사이언스'(Journal of Neuroscience) 지난 19일 자 표지논문으로 채택됐다고 21일 밝혔다.

논문은 시각 피질에서 주요 신경망 연결 구조의 하나인 장거리 수평 연결이 두뇌 발생 초기에 형성되는 원리를 규명한 것이다. 김진우 학생이 포함된 연구팀은 이번 연구를 통해 시각적인 학습이 이뤄지지 않은 어린 포유류 동물에서 장거리 수평 연결이 어떻게 형성되는 지를 밝혔다.

포유류의 시각 피질에서는 신경세포들이 외부 자극의 특정 요소에만 반응하는 '신경 선택성'을 보이는데, 비슷한 신경 선택성을 지닌 세포들은 서로 멀리 떨어져 있어도 장거리 수평 연결이라는 특별한 연결망 회로로 이어져 있다.

이러한 신경망 연결 구조는 포유류의 시각 인지기능에 중요한 역할을 수행하지만, 뇌 발생 초기 단계에서 외부 자극 없이 어떻게 자발적으로 발생하는지는 명확히 알려지지 않았다.

망막 파동에서 발생하는 시각 피질의 장거리 연결 모식도. 사진출처=KAIST
망막 파동에서 발생하는 시각 피질의 장거리 연결 모식도. 사진출처=KAIST

연구팀은 포유류 망막의 신경절에서 발생하는 망막 파동이 장거리 수평 연결을 만든다는 것을 규명했다. 이를 위해 망막 내 신경망 구조 모델을 만들고, 망막 파동의 패턴이 시각 피질에 전달돼 신경세포들을 자극하는 과정을 컴퓨터로 시뮬레이션했다.

그 결과, 망막 신경절에서 자발적으로 발생한 망막 파동이 시각피질로 전달되는 과정에서 특이한 선택적 활동 패턴을 형성, 재차 시각피질에 장거리 연결 구조를 형성하는 것으로 나타났다.

김진우 학생은 “뇌가 외부 세계에 대한 감각 정보를 처음 경험하기 이전에 어떻게 학습을 하는지를 이론적으로 설명할 수 있는 연구”라며 “앞으로 데이터 학습에 의존하지 않는 새로운 형태의 인공신경망 연구에 도움이 될 것”이라고 말했다. 이번 연구에는 백세범 바이오·뇌공학과 교수가 교신저자, 송민 박사과정 학생이 공동 제1저자로 참여했다

충청=강우성기자 kws9240@etnews.com