생생한 시각 정보 전달? 다양한 신경 신호가 핵심

KIST 뇌과학연구소 임매순 박사팀 성과
"인공 시각 분야서 응용 가능성 클 듯"

(서울=뉴스1) 조소영 기자 = 서로 다른 시신경 세포의 높은 신호 다양성이 고효율 시각 정보 전달을 위한 핵심 요소임이 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 임매순 박사팀에 의해 확인됐다.(KIST 제공) 2021.1.31/뉴스1

서로 다른 시신경 세포의 높은 신호 다양성이 고효율 시각 정보 전달을 위한 핵심 요소임이 확인됐다. 이는 인공 시각 분야에서 응용 가능성이 클 것으로 전망된다.

31일 한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 임매순 박사팀이 안구의 신경 조직인 망막 등에 대한 연구에서 이같은 성과를 거뒀다고 밝혔다.

연구진은 이번 연구를 위해 우선 토끼 망막 신경 세포에서 얻은 신경 신호에 계산신경과학 및 정보이론을 적용함으로써 시각 정보 전달에 대한 부분을 정량화했다.

특히 신경 신호의 여러 특징 중 다양성에 주목한 연구팀은 서로 다른 세포들 간 정보 패턴 다양성이 높을수록 정보량이 증가하는 것을 확인했다.

그와 동시에 정보 전달 과정에서 오류를 방지하기 위해 다양성을 일정 수준 낮추고 어느 정도의 중복성을 허용한다는 사실도 확인했다.

연구진은 이어 전기 자극 실험을 통해 정상 망막과 인공 망막 장치의 시각 정보 전달 방식을 비교했다. 그 결과, 임상 시험에서 인공 망막 사용자들이 보다 쉽게 인지하는 반응에 관여한 세포들은 더 높은 신경 신호 다양성을 보여줬다.

반면에 임상 시험에서 잘 인지되지 않던 반응을 담당하는 세포들은 정상적인 빛 자극에서 보였던 세포 간 신호 다양성이 사라지고 전기 자극에 대해 매우 균일한 신경 신호를 생성했다.

이러한 신경 신호 다양성 상실은 전달되는 시각 정보의 극심한 감소로 이어졌고 정보 부족으로 인해 인공 망막 장치 사용자의 뇌에서 해석하기 어려운 것으로 분석됐다.

임 박사는 "서로 다른 시신경 세포들이 다양한 신경 신호를 일관되게 전달해야 우리의 머릿속에서 생생한 시각 정보를 안정적으로 인지하게 되는 것으로 보인다"며 "본 연구를 통해 인공 시각뿐만 아니라 다양한 분야에서 뇌 기능을 제어하기 위해서는 단순히 신경 신호를 형성하는 것에 머무르지 않고 복잡한 신경 네트워크의 신호 다양성을 모사할 수 있도록 노력해야 한다는 것을 알게 됐다"고 연구 의의를 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원에 따른 KIST 주요사업과 한국연구재단 신진 연구자 지원사업으로 수행됐다. 연구 결과는 전기전자 분야 국제학술지(IEEE-Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering) 최신호에 게재됐다.

cho11757@news1.kr