뇌 전체에서 드러난 의사결정의 비밀

신경과학자들이 뇌 전체에서 일어나는 의사결정 과정을 보여주는 최초의 지도를 완성했다. 네이처(Nature)에 실린 이번 연구는 국제뇌연구소(IBL) 소속 22개 연구실이 7년에 걸쳐 협력한 결과로 쥐의 뇌 활동을 전례 없는 규모로 기록했다.

라이브사이언스(Live Science)에 의하면 연구진은 139마리의 쥐로부터 총 60만 개 이상의 뉴런 활동을 수집했으며, 이는 뇌의 95%에 해당하는 279개 영역을 포괄한다. 이 데이터는 쥐가 시각 자극을 받고 이를 행동으로 전환하는 과정에서 뇌의 거의 모든 부분이 관여한다는 사실을 보여준다.

더타임스(The Times)는 쥐들이 실험에서 작은 핸들을 돌려 화면 속 원을 움직이는 과제를 수행했으며, 성공할 경우 설탕물이 보상으로 주어졌다. 이 과정에서 뇌의 후두엽에서 시작된 신호는 전 영역으로 확산되었고, 운동을 담당하는 영역뿐 아니라 보상 처리와 관련된 영역까지 폭넓게 활성화되었다. 이는 기존에 알려진 ‘특정 영역 중심’의 의사결정 모델을 넘어, 뇌가 네트워크 전체로 협력한다는 점을 입증한다.

프린스턴 신경과학연구소 발표에 의하면 연구진은 단순한 감각 자극 반응뿐 아니라 ‘사전 지식(prior)’에 의존한 의사결정 메커니즘도 확인했다. 희미한 시각 자극 속에서도 쥐들은 이전 경험을 바탕으로 판단을 내렸고, 이는 뇌의 다양한 영역에서 동시에 인코딩되었다.

뉴욕대 그로스먼 의과대학의 폴 W. 글림처 박사는 CNN과의 인터뷰에서 “이 연구는 그 누구도 상상하지 못했던 방대한 데이터를 만들어낸 사건”이라며 “신경과학 역사에 길이 남을 것”이라고 평가했다. 그는 또 “이 성과는 마치 뇌를 위한 ‘슬론 디지털 스카이 서베이(Sloan Digital Sky Survey)’와 같다”고 덧붙였다. 실제로 연구진은 물리학과 천문학에서 활용되는 대규모 협업 모델을 신경과학에 도입했다는 점에서도 큰 의미를 가진다.

국제뇌연구소의 공동 창립자인 알렉상드르 푸제 교수는 “우리는 처음부터 시작했다. 이전에는 누구도 시도하지 않았던 방식이었다”며 이번 성과가 향후 신경과학 협업의 새로운 출발점이 될 것이라고 말했다.

이번 연구는 두 편의 논문으로 발표되었다. 하나는 뇌 전역에서의 의사결정 관련 전기 신호 분포를 보여주었고, 다른 하나는 기대(prior)가 선택에 어떤 영향을 미치는지를 분석했다. 연구진은 이 데이터가 앞으로 복잡한 행동 연구, 뇌 질환 이해, 인공지능 모델 개발 등에 중요한 기초 자료로 활용될 것이라고 전망했다.