우리는 달릴 때 음악이 희미하게 들리거나, 누군가 불러도 잘 알아채지 못하곤 하는데, 그동안 불분명했던 해당 원리를 우리 연구진이 규명했다.
기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 이승희 시냅스 뇌질환연구단 부연구단장(KAIST 생명과학과 부교수)팀이 동물 실험으로 뇌가 행동 상태에 따라 감각 정보를 다르게 통합하는 기전을 규명했다고 26일 밝혔다.
우리는 시각·청각 정보를 동시에 받아들이며 생활하는데, 뇌가 감각 정보를 어떻게 결합해 행동으로 이어지는지는 명확하지 않다.
특히 자폐스펙트럼·조현병과 같이 감각처리장애(SPD)를 겪는 사람은 감각 통합 능력이 저하돼, 감각 정보가 뇌에서 통합되는 원리를 이해하는 것은 신경과학적으로 매우 중요하다.
우선 연구팀은 시각·청각 정보가 통합되는 뇌 영역을 찾고자 실험 쥐 특정 뇌 부위를 인위적으로 비활성화하는 약물주입실험, 이를 조절하는 광유전학 실험을 진행했다. 그 결과 후두정피질(PPC)이 시각 정보 처리에 중요한 역할을 하며, 이 영역이 비활성화되면 청각 정보를 우선 처리함을 발견했다.
이후 연구팀은 뉴런 활성 정도를 측정하는 칼슘 이미징 실험을 통해 후두정피질 뉴런들이 어떻게 반응하는지 분석했다.
가만히 있는 경우, 후두정피질의 시각 뉴런이 청각 신호에 의해 억제돼 쥐가 청각 정보를 우선 처리했다. 반면, 쥐가 달리면 청각 신호가 후두정피질로 전달되지 않아 시각 정보가 우선으로 처리됐다.
이러한 변화는 달릴 때 운동피질(M2)에서 생성된 신호가 후두정피질로 청각 정보를 전달하는 뉴런을 선택적으로 억제하면서 발생한다.
즉, 쥐가 달릴 때 운동피질에서 보내는 신호가 청각 정보 전달을 차단해 시각 정보가 우세해진 것이다. 이는 시각, 청각 정보 뇌 통합 과정이 행동 상태에 따라 조절됨을 시사한다.
이승희 부연구단장은 “감각 정보가 뇌에서 처리될 때 개별 감각 자체는 안정적으로 유지되지만, 통합 방식은 행동 상태에 따라 유연하게 조절됨을 밝힌 중요한 발견”이라며 “특정 뇌 신경회로의 작동 방식을 제시하는 데 기초적인 토대가 될 것으로 기대한다”고 전했다.
이번 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈에 7일 온라인 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
