성균관대·서울대 공동연구팀, AI로 생명체 본능적 행동 규명

AI 기반 모델로 시상하부 신경의
'배고픔'과 '식욕' 원리 밝혀내

왼쪽부터 이영희 서울대 박사, 윤종원 성균관대 석사과정생, 김형구 성균관대 교수, 최형진 서울대 교수, 김규식 서울대 박사과정생, (중앙) 김유빈 서울대 박사과정생 (사진=성균관대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]문효민 인턴 기자 = 성균관대(총장 유지범)는 김형구 글로벌바이오메디컬공학과 교수 연구팀(공동 제1저자 윤종원 석사과정)과 최형진 서울대 교수 연구팀(공동 제1저자 김규식 박사과정, 이영희 박사, 김유빈 박사과정)은 공동연구로 인공지능을 활용해 인간의 본능적 심리 상태를 이해할 새로운 방법을 제시했다고 7일 밝혔다.

성균관대는 신경과학이 발전하면서 동물의 다양한 행동을 관찰하는 기술이 진전됐으나 이러한 신경 신호가 어떻게 본능적 심리 상태를 형성하는지에 대한 이해는 여전히 미흡하다고 설명했다.

기존 연구는 시상하부의 특정 신경이 본능적 행동과 연관된다고 밝혔으나 구체적인 역할과 메커니즘은 명확히 규명하기 어려웠다.

성균관대는 이번 연구가 인공지능을 이용해 뇌 시상하부 신경의 기능을 정량적으로 분석함으로써 본능적 심리 상태와 행동의 관계를 명확히 규명한 첫 사례로 평가받고 있다고 전했다.

연구팀은 새로운 항상성 이론과 인공지능 기반 신경 모델을 결합해 시상하부의 Agouti-related peptide(AgRP) 신경이 '배고픔'을, 렙틴 수용체(LH LepR) 신경이 '식욕'을 표상함을 밝혔다.

특히 시상하부 신경의 활동 패턴을 실험적으로 관찰하고 이를 정교하게 분석함으로써 배고픔과 식욕이 특정 신경 집단의 활동 패턴으로 나타나는 과정을 실험적으로 증명했다.

김형구 성균관대 교수는 도파민의 역할을 구분하기 위해 개발한 컴퓨터 모델링을 사용해 신경 활성화를 구분하는 방법론을 개발했으며 이를 바탕으로 최형진 서울대 교수 연구팀의 새로운 항상성 이론을 수식적으로 표현하는 데 성공했다.

김형구 교수는 "이번 연구는 인공지능과 신경과학의 융합을 통해 복잡한 신경 회로의 활동을 정량적으로 분석한 첫 사례로 생명체의 본능적 행동을 수치적으로 이해하는 데 중요한 전환점이 될 것"이라며 "특히 시상하부 신경의 활동이 어떻게 배고픔과 식욕 같은 본능적 욕구를 조절하는지를 구체적으로 밝힌 점에서 큰 의의가 있다"고 전했다.

최형진 서울대 교수는 "섭섭식 행동 연구 중 시상하부에서 관찰된 신경 반응은 기존 이론으로 설명하기 어려웠다"며 "AgRP 신경은 활성화 시 섭식을 유도하지만, 음식 제공 시 오히려 활성이 감소했고 반대로 LH LepR 신경은 활성화 시 섭식을 유도하면서도 음식 제공 시 활성이 증가했다"고 밝혔다.

이어 "이러한 역설적인 결과를 이해하기 위해 인공지능 모델을 도입했고 이를 통해 새로운 항상성 이론을 수립할 수 있었다"고 밝혔다.

이번 연구는 섭식 행동을 비롯한 생명체의 생존 필수 행동을 뇌가 어떻게 조절하는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공해 향후 섭식 장애, 비만, 식욕 조절 장애 치료에 새로운 전략을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

성균관대는 인공지능 기술을 신경과학에 접목함으로써 인간의 본능적 행동을 수치화해 이해할 가능성을 열었으며 이 접근법은 다른 본능적 행동 및 심리 상태를 규명하는 데에도 유용하게 활용될 전망이라고 전했다.

김형구 교수와 최형진 교수의 공동연구는 'Science Advances(사이언스 어드밴시스)'에 지난 6일 게재됐다.

☞공감언론 뉴시스 moon@newsis.com