[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 이승희 교수팀이 시각 정보를 인식해 목표 지향적 행동을 결정하는 대뇌 전두엽의 신경회로 기전을 새롭게 규명했다고 31일 밝혔다.

인간을 포함한 모든 동물은 외부 환경에서 유입되는 다양한 감각 정보에 기반해 상황에 맞는 행동을 수행할 수 있다.

실례로 신호등 불이 빨간색이면 출발하지 않고 멈추어야 하며 초록색으로 바뀌면 출발하게 된다.

이러한 시각 정보에 따라 우리의 행동을 개시하거나 억제하는 것은 감각 정보에 기반해 시기적절한 운동 의사결정을 개시하는 대뇌 피질의 중요한 역할이다.

그러나 시각 정보가 운동 정보로 변환되는 신경 회로가 대뇌 전두엽에 어떻게 구성되어 있는지 등 구체적인 신경 회로 메커니즘은 아직 규명되지 못했다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 시각 피질과 상호 작용하는 전측 대상회(전대상) 피질(Anterior cingulate cortex, ACC)의 억제성 신경회로가 동물 실험을 통해 시각 정보를 인식하고 이에 맞는 정확한 행동을 개시하는 데 중요한 역할을 함을 밝혔다.

연구과정을 보면 유전적 변형 및 신경 회로 조절이 용이한 생쥐 모델에서 시각 정보가 운동 정보로 전환되는 신경 회로 메커니즘을 규명하기 위해 특정 시각 자극에 따른 행동을 보상하는 방식으로 생쥐를 학습시켰다.

이후 학습한 행동 과제를 수행하는 생쥐의 대뇌 전두엽 중 한 영역인 전측 대상회 피질(Anterior Cingulate Cortex, ACC) 부위에 고밀도 실리콘 전극을 삽입해 다수의 신경세포(뉴런)에서 단일 뉴런 수준의 스파이크(활성전위) 신경 신호를 측정하고 분석했다.

또 시각 피질에서 전대상 피질로 유입하는 신경 회로를 직접 매핑하고 그 회로를 따라 채널로돕신이라는 광단백질을 발현시킨 뒤 광유전학적(optogenetic) 실험 기법을 통해 해당 신경회로를 광자극으로 활성화했다.

이로써 시각 정보는 대상 피질에서 시각 반응성 뉴런을 활성화하고 이 뉴런들은 주변의 운동 억제성 뉴런들을 억제해 행동이 개시되는 것을 확인했다.

이 연구결과에 의하면 전대상 피질의 뉴런들은 이러한 시각-운동 변환 과정을 게이팅(gating)할 수 있는 능력을 지니고 있어 시각-운동 뉴런들과 함께 존재하는 나머지 뉴런들은 감각 반응성 뉴런이 운동 억제성 뉴런을 억제할지 말지를 결정하는 신호를 보유함을 확인했다.

이승희 교수는 “이번 연구 결과는 주의력결핍과잉행동장애 및 조현병과 같은 질병에서 전대상 피질이 정상적으로 작동하지 못할 때 나타나는 행동 장애를 치료하기 위한 정밀한 신경회로 타겟을 제시했다”고 말했다.

KAIST 생명과학과 김재현 박사가 제1저자로 참여한 연구는 국제 학술지 네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)에 8월 19일 게재됐다.

이 연구는 한국 연구재단 및 KAIST 글로벌 특이점 프로그램의 지원을 통해 수행됐다.