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KAIST 학부생 논문이 뇌신경과학 국제학술지 표지 논문 선정

김진우씨, 신경망 회로 구조를 형성하는 원리 규명

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2020-08-21 14:15 송고
저널오브뉴로사이언스 표지© 뉴스1
저널오브뉴로사이언스 표지© 뉴스1
KAIST 학부생의 연구논문이 뇌신경과학 분야 저명 국제학술지 표지 논문으로 선정돼 화제다.
KAIST는 바이오및뇌공학과 4학년에 재학 중인 김진우씨(22)가 백세범 교수의 지도로 수행한 두뇌의 ‘장거리 수평 연결'이 두뇌 발생 초기에 형성되는 원리를 규명한 연구결과가 `저널 오브 뉴로사이언스' 19일자에 표지 논문으로 선정됐다고 21일 밝혔다.

연구팀에 따르면 포유류의 시각 피질에서는 신경세포들이 외부 시각 자극의 특정 요소에만 선택적으로 반응하는 신경 선택성(neural tuning)을 보인다.

비슷한 신경 선택성을 가지는 세포들은 공간적으로 멀리 떨어져 있어도 `장거리 수평 연결'이라는 특별한 상호 연결망 회로로 이어져 있다.

이처럼 특이한 신경망 연결 구조는 포유류의 시각 인지기능에 중요한 역할을 하는 것으로 생각돼 왔다.
그러나 이러한 회로가 뇌의 발생 초기 단계에서 외부 시각 정보에 의한 자극 없이 어떻게 자발적으로 발생하는지는 아직까진 명확히 알려진 바가 없었다.

백 교수 연구팀은 망막 내 신경망 구조를 모델화하고, 이를 통해 망막 파동의 패턴이 시각 피질 내 구조 형성에 미치는 영향을 시뮬레이션했다.

망막 파동으로부터 발생하는 시각 피질의 장거리 연결의 모식도© 뉴스1
망막 파동으로부터 발생하는 시각 피질의 장거리 연결의 모식도© 뉴스1
그 결과, 망막의 신경절에서 자발적으로 발생하는 망막 파동이 시각 피질로 전달되는 과정에서 형성되는 선택적 활동 패턴이 시각 피질 내의 장거리 연결 구조를 형성함을 밝혀냈다.

이 모델을 기반으로 동물실험에서 관측되는 초기 시각 피질의 특징적인 신경 활동 패턴을 재현하는 데 성공했다.

이 연구를 통해 연구팀은 동물실험에서 관측된 시각 피질의 장거리 수평 연결이 형성되는 과정과 주요 인자들을 정확히 확인했다.

(왼쪽부터) 백세범 교수, 김진우 학사과정, 송민 박사과정© 뉴스1
(왼쪽부터) 백세범 교수, 김진우 학사과정, 송민 박사과정© 뉴스1
이 결과를 기반으로 연구팀은 뇌 피질 내에서의 활동 패턴이 피질 구조를 결정한다는 기존 모델의 오류를 지적했다.

이어 망막에서 전달된 활동 패턴이 시각 피질의 구조를 형성하는 데 결정적인 영향을 끼친다는 새로운 발생 모델을 제시했다.

김진우 학생은 "이번 연구가 향후 데이터 학습에 의존하지 않는 새로운 형태의 인공신경망 연구에도 큰 도움이 될 것으로 기대가 된다ˮ고 말했다.


km5030@news1.kr

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