네이처 "장기기억 맡는 '해마', 추상적 학습·추론도 돕는다"

자원 환자의 뇌 활동 기록하며 추론 게임 진행

시더스-시나이 병원 신경과 의사인 크리스탈 리드 박사와 간질 모니터링 병동에 있는 환자. (Credit: Cedars-Sinai) 2024.08.14 /뉴스1

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 미국 시더스-시나이 의료 센터, 컬럼비아 대학교 연구진이 사람의 추론이 뇌에서 어떤 활동으로 나타나는지 포착했다. 기존에는 장기기억을 맡는 것으로 알려진 뇌의 '해마'가 추론·학습에도 역할 하는 것으로 나타났다.

15일 국제학술지 네이처에는 '추론에서 인간 해마 신경 세포에서의 추상적 표현'이라는 제목의 논문이 게재됐다.

이번 연구는 미국 국립보건원(NIH)의 뇌 연구 이니셔티브 사업으로 수행됐다.

간질 진단 및 치료 수단 중 하나로 뇌에 전극을 삽입해 뇌파를 측정하는 단계가 있다. 연구진은 자원 환자 17명과 함께 실험을 진행했다.

연구자들은 환자가 추론 작업을 수행하며 수천 개의 뇌세포에서 나오는 활동 데이터를 기록했다. 나온 데이터는 인공지능(AI) 등을 활용해 추론 관련한 것만 추려졌다.

참가자들은 사람, 원숭이, 자동차, 수박의 네 가지 사진을 반복적으로 보면서 왼손 또는 오른손 버튼을 누르도록 요청받았다. 버튼 누른 결과에 따라 환자들은 올바른 반응이었는지 틀린 반응이었는지 메시지를 받았다.

참가자들이 뭐가 올바른 반응인지 학습하자 연구자들은 참가자에게 알리지 않고 게임의 규칙을 바꿨다. 참가자들이 바뀐 규칙을 추론하도록 유도하려는 의도다.

연구자는 바뀐 규칙 추론에 성공한 참가자와 실패한 참가자 데이터 등을 비교 분석해 추론 관련 뇌 활동 패턴을 확인했다. 아울러 추가로 추론을 실패한 참가자에게 힌트를 주고 이를 바탕으로 학습하는 과정도 살폈다.

이런 추론과 학습 관련 뇌 활동 구조는 해마에서 나타났다. 해마는 기존에는 단기 기억을 장기 기억으로 전환하는 역할을 하는 것으로 알려졌다. 외상, 우울증, 트라우마, 스트레스 등으로 인한 해마 손상이나 수축 시에는 기억 관련 문제가 나타난다는 연구도 꾸준히 나왔다.

루티샤우저 시더스-시나이 의료 센터 교수는 "이번 연구로 추상적 지식과 추론 행동의 학습에서 인간 해마의 관여를 처음으로 직접적으로 증명했다"며 "알츠하이머병, 강박 장애, 조현병을 포함한 많은 신경학적 질환이 해마와 관련됐다. 이번 발견은 이러한 환자들에게서 보이는 의사 결정 문제를 설명하는 데 도움이 될 수 있다"고 설명했다.

seungjun241@news1.kr