물체의 시공간적 특성을 처리하는 신경기제 규명
Visual Pathways
김민식 교수
이도준 교수
인간이 사물을 인식할 때는 시각적 특징과 시공간적 특징을 모두 고려하게 되는데 그 중 시각은 인간의 뇌 기증 중에서 가장 많이 연구된 주제이기도 하다. 하지만 물체의 시공간적인 정보가 뇌에서 어떻게 처리되는지는 거의 알려진 바가 없다.
특히 색, 모양, 형태 같은 시각 정보는 뇌의 아래 부분인 복측(ventral, 腹側) 신경경로를 통해 처리되고 공간적인 정보는 뇌의 윗부분인 배측(dorsal, 背側) 신경경로에서 처리되는 것으로 알려져 있다.
시공간적 연속성이 배측 경로에서 처리되거나 두 경로가 수렴된 후에 처리될 것을 예상할 수 있다. 그러나 시공간 연속성이 물체 인식에 직접적으로 끼치는 영향을 감안할 때 시공간 정보는 이보다는 훨씬 더 초기의 시각피질에서부터 처리될 가능성도 있다.
이를 검증하기 위해 김민식-이도준 교수 연구팀은 정상인들에게 두 개의 똑같은 얼굴 사진을 시공간적 연속성이 있는 조건과 없는 조건에서 연달아 제시하고 기능성 자기공명영상장치(functional magnetic resonance imaging, fMRI)를 사용하여 뇌 활동을 관찰하였다.
그 결과, 복측 경로의 시각피질은 두 개의 똑같은 사진이 시공간적으로 연속성을 갖는 조건에서만 혈류량 감소를 보였다. 즉, 시각피질은 시각적으로 똑같더라도 시공간 연속성이 없으면 두 사진을 ‘다른’ 것처럼 처리하는 것이다.
이러한 결과는 지금까지 알려져 왔던 것과는 달리 복측 시각피질이 시각적 특징뿐만 아니라 이동궤적 같은 시공간적 특징도 함께 처리하고 있음을 의미한다.
역동적인 환경 속에서 우리 눈의 망막에 맺히는 물체의 색, 크기, 모양 등은 물체가 이동하거나 관찰자가 움직일 때마다 시시각각 변하게 된다.
그러나 뇌 시각 메커니즘이 정보처리 초기 단계에서부터 시공간적인 정보를 시각적인 특징들과 함께 처리하고 있기 때문에 우리는 불안정하거나 뒤죽박죽인 세상을 경험하지 않게 되는 것이다.
이번 김민식 교수팀의 연구는 뇌신경의 기능적 이해뿐만 아니라 인공 시각을 개발하는데도 커다란 시사점을 줄 것으로 보인다. 복잡한 환경 속에서 목표물을 정확하게 추적하는 능력은 생태학적으로 타당한 시각 체계가 갖추어야 할 핵심적인 요소이기 때문이다.
이번 연구는 교육과학기술부가 추진하고 있는 21세기 프론티어 연구개발사업인 “뇌기능활용 및 뇌질환 치료기술 개발 사업단(단장 김경진)”의 지원을 받아 수행 중인 뇌인지 연구 결과로 과학 분야의 세계적인 권위지인 미국국립과학원학술지(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS) 7월 1일자에 게재됐다.
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