조현병 일으키는 신경세포 원리 찾았다‥AI에도 적용 가능

한국뇌연구원-존스홉킨스의대 국제공동연구팀 연구 성과
방향-위치 선택성 조절하는 신경전달물질 수용체와 작용 기전 규명
AI 네트워크 구조와 학습 알고리즘 설계에도 기여 가능

환각 망상 등을 불러오는 조현병 등 정신질환 환자는 청각이나 시각과 같은 감각 정보를 왜곡해서 인식한다. 이런 현상의 비밀을 풀어줄 수 있는 신경세포의 기본 원리를 한미 공동연구진이 찾아냈다. 인공지능(AI)연구에도 기여할 것으로 기대된다.

한국뇌연구원과 존스홉킨스의대 국제공동연구팀은 뇌에 있는 신경세포마다 방향-위치 특이성이 다른 이유를 밝혀내 세계적 권위의 학술지인 네이처(Nature) 10월 2일 호에 발표했다. 공동연구팀에는 존스홉킨스의대 홍인기 박사, 리차드 후가니어(Richard Huganir) 교수와 한국뇌연구원 정서·인지질환 연구그룹 김주현 선임연구원 등이 참가했다.

이번 연구 결과는 개별 세포들이 속성 선택성을 조절하는 원리와 그에 핵심적인 분자를 밝혀내서, 이러한 질병에 대한 이해를 알고리듬 차원에서 확장했고, 분자 타깃을 제시함으로써 치유, 개선하는 데 발판을 마련했다. 외부에서 들어오는 감각 정보들을 뇌 속의 신경세포들이 인식하고 처리하는 과정이 세포 종류들마다 다른데, 그 주요한 원인 중의 하나를 찾은 것으로써, 동물의 감각 인지체계를 이해하는 중요한 진전을 이룬 셈이다.

뇌의 신경세포가 특정 자극에 강하게 반응하는 경향을 ‘속성 선택성(Feature selectivity)’이라고 한다. 예를 들어 어떤 신경세포가 ‘우리 할아버지의 콧수염’같은 특정 자극에만 민감하게 반응하는 현상으로, 대뇌 피질이 감각 정보를 인식할 때 뇌세포 종류에 따라 정보처리 방식이 달라지기 때문이다. 자폐증이나 조현병 등의 정신질환에서 나타나는 감각 정보의 인지 왜곡도 속성 선택성의 문제로 이해할 수 있다.

속성 선택성은 뇌 속의 신경세포나 뉴럴 네트워크의 각 유닛이 공통으로 보이는 현상이다. 특정 외부 자극에 선택적으로 반응하는 것이고 모든 지능의 핵심 토대가 된다. 지금까지 억제성 뇌세포가 흥분성 뇌세포와 비교해 방향-위치 선택성이 낮게 나타나는데 그 이유가 밝혀지지 않아 현재까지 중요한 난제로 남아 있었고, 연구팀은 흥분성 뇌세포와 PV 억제성 뇌세포의 방향 특이성 유무의 원인을 알아내기 위한 연구를 진행하였다.

공동 교신저자인 존스홉킨스 의대의 홍인기 박사와 리차드 후가니어 교수는 “자폐증이나 조현병, 뇌전증 등의 정신질환에서 나타나는 감각정보의 인지 왜곡 현상도 속성 선택성의 문제로 이해할 수 있다”며 “이런 원리를 밝혀나가면 지능을 더 깊이 이해할 수 있을 뿐 아니라 이들 질환의 약물 치료 타깃도 찾을 수 있을 것”이라고 기대했다.

한국뇌연구원 김주현 박사도 “이번 연구는 ‘방향’과 같은 시각정보와 ‘위치’와 같은 공간 인식 정보를 흥분성 뇌세포와 억제성 뇌세포가 어떻게 서로 다르게 처리하는지 그 작용 원리를 밝혀낸 것”이라며 “우리 뇌가 방향-위치 선택성을 어떻게 조절하는지 규명함으로써 뇌의 감각 정보 처리 방식에 대한 이해는 물론, 새로운 AI 네트워크 구조와 학습 알고리즘 설계에도 도움이 될 것”이라고 말했다.

백종민 기자 cinqange@asiae.co.kr