연구는 뇌가 파도와 같은 정보를 처리한다고 제안합니다

오랫동안 지속된 뇌 모델은 이를 생물학적 컴퓨터와 같은 것으로 묘사합니다. 이 전통적인 그림에 따르면 뇌는 릴레이처럼 정보를 처리합니다. 개별 신경 세포는 자극을 감지한 다음 일련의 게이트를 통해 해당 데이터를 한 뉴런에서 다음 뉴런으로 전달합니다.

이 모델이 틀린 것은 아니지만 특히 동물의 감각 세포가 동일한 자극에 어떻게 다르게 반응할 수 있는지에 대해 설명할 수 없는 부분이 많습니다. 예를 들어, 빛이 빠르게 번쩍이면 일반적으로 동물의 감각 세포가 활성화될 수 있지만, 동물의 주의가 빛이 아닌 다른 것에 집중되면 감각 세포가 활성화되지 않을 수 있습니다. 전문가들은 왜 그런 일이 일어날 수 있는지 알고 싶어합니다.

최근 논문에서 캘리포니아 주 샌디에고에 있는 솔크 생물학 연구소(Salk Institute for Biological Studies) 연구진은 새로운 수학적 모델과 가능한 설명을 제시했습니다. 개별 뉴런 간의 상호작용을 릴레이와 비교하는 것보다 바다의 파도와 비교하는 것이 더 합리적일 수 있습니다.

정보 처리는 어떤 경우에는 파동의 상호 작용으로 더 잘 설명될 수 있다고 지각 심리학 및 감각 운동 신경 과학을 전문으로 하는 과학자이자 이번 연구의 저자 중 한 명인 Sergei Gepshtein은 설명합니다.

주어진 자극에 반응하는 하나의 뉴런 대신, 뇌 전반에 분산된 신경 활동 패턴은 전자파나 해양파의 최고점과 최저점과 마찬가지로 최고점과 최저점이 교대로 나타나는 파동 패턴을 형성합니다.

그리고 더 친숙한 파동처럼 뇌 활동의 파동(연구자들이 신경파라고 부르는 것)은 만날 때 서로 증가하거나 상쇄됩니다.

Gepshtein은 "이러한 상호 작용의 결과로 마음 속에 감각적 경험이 발생합니다"라고 설명합니다.

연구자들은 수학적 모델을 생리학적, 행동학적으로 테스트했습니다. 행동 연구에서 연구자들은 휘도 격자라고 불리는 검은색과 흰색 선이 번갈아 나타나는 스트립으로 구성된 두 가지 빛 패턴을 피험자에게 간략하게 보여주었습니다. 패턴 사이에는 프로브(Probe)라고 불리는 희미한 수직선이 나타납니다. 연구자들은 피험자에게 프로브가 휘도 격자의 위쪽 절반에 나타나는지 아니면 아래쪽 절반에 나타나는지 물었습니다.

탐사선을 감지하는 대상의 능력은 어떤 위치에서는 더 좋았고 다른 위치에서는 더 나빴습니다. 연구자들은 결과를 도표화할 때 수학적 모델이 예측한 파동 패턴을 형성했습니다. 즉, 프로브를 볼 수 있는 능력은 신경파가 특정 위치에 어떻게 중첩되어 있는지에 따라 달라집니다.

인식을 이해하기 위한 이 새로운 프레임워크에는 많은 잠재적인 용도가 있습니다. 예를 들어, 과학자들은 인간을 포함한 유기체가 공간 정보를 처리하는 방법을 명확히 할 수 있다고 제안합니다.

이 연구는 시각적 인식에 중점을 두었지만 Gepshtein은 신경파가 대뇌 피질의 많은 부분의 속성임을 지적합니다. 그러면 과학자들은 이 모델을 사용하여 다른 종류의 인식도 이해할 수 있습니다. 인공지능을 설계하는데도 이를 사용할 수 있다고 그는 말했다.

Gepshtein은 이 새로운 모델이 기존 모델을 대체하는 것이 아니라 이를 보완한다고 강조합니다.

게프슈타인은 “뇌가 정보를 처리하는 방식을 다르게 생각하는 방식으로, 기존 관점에서는 이해하기 어려웠던 현상을 이해하는 데 도움이 된다”고 말했다.

좋은 비유는 화학과 물리학의 입자-파동 이중성, 즉 빛을 포함한 전자기파가 입자와 파동의 특성을 모두 가지고 있다는 발견이라고 그는 말합니다. 뇌가 정보를 처리하는 방식에 대해 생각할 때 우리는 때때로 자극에 반응하는 개별 뉴런의 전통적인 모델을 사용할 수 있습니다. 그러나 많은 경우에 우리는 그 과정을 신경 활동의 파동으로 생각함으로써 무슨 일이 일어나고 있는지 더 명확하게 파악할 수 있습니다.