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[연구뭐하지?] 파검? 흰금? 뇌과학으로 풀어보는 드레스 논쟁_신혜영 교수 | 서울대학교 “뇌활동 연구실”

우리가 사물을 보는 과정은 단순히 외부 정보를 수집하는 카메라와는 다릅니다. 2015년 인터넷을 뜨겁게 달궜던 드레스 색상 논란처럼, 같은 시각 정보를 접하더라도 뇌의 배선 방식에 따라 사람마다 해석이 달라질 수 있습니다. 뇌는 감각 정보를 있는 그대로 재현하기보다, 자신이 가진 사전 지식과 결합하여 사물을 유추해 내는 '지각 추론'의 과정을 거칩니다. 이러한 추론 과정에서 발생하는 실수가 바로 착시 현상이며, 이는 뇌가 세상을 어떻게 해석하는지 보여주는 중요한 단서가 됩니다. 착시 현상은 뇌의 신경 코드를 연구하는 데 매우 유용한 도구입니다. 예를 들어 카니자 삼각형과 같은 착시 윤곽선을 볼 때, 감각 정보에 충실한 신경 세포는 선이 없다고 보고하지만, 추론을 반영하는 세포는 선이 존재한다고 보고합니다. 연구자들은 이러한 차이를 활용해 뇌의 어느 영역에서 어떻게 추론이 일어나는지 밝혀내고자 합니다. 특히 쥐 또한 인간과 유사한 착시 현상을 경험한다는 사실이 밝혀지면서, 실험 모델을 통해 지각의 다이나믹스를 정밀하게 분석하는 것이 가능해졌습니다. 뇌 활동을 정밀하게 측정하고 조작하기 위해 현대 뇌과학은 첨단 기술을 동원합니다. 세포 외 전기생리학은 수천 개의 뉴런 활동을 밀리초 단위로 포착하며, 이광자 홀로그래픽 메소스코피는 뇌의 여러 영역을 동시에 관측하면서 특정 세포의 활성을 임의로 조작할 수 있게 해줍니다. 여기에 신경망 시뮬레이션을 병행하면 실험과 이론을 통합한 연구가 가능해집니다. 이러한 기술적 진보는 대뇌 영역 간의 통신 원리를 규명하고, 복잡한 신경 회로가 정보를 처리하는 방식을 이해하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 뇌과학의 주요 난제 중 하나는 서로 다른 신경 세포들이 처리하는 정보를 어떻게 하나의 사물로 결합하느냐는 '바인딩 문제'입니다. 창살 뒤에 있는 판다를 볼 때, 뇌는 판다와 창살에 반응하는 각각의 신호를 별개의 물체로 정확히 구분해 내야 합니다. 또한, 움직이는 물체의 정체를 파악하기 위해서는 대상의 동선에 대한 단기 기억이 필수적입니다. 인공신경망 분석을 통해 뉴런들이 이러한 정보를 어떤 패턴으로 보유하고 있는지 파악함으로써, 우리는 지각과 인지의 근본적인 메커니즘에 한 걸음 더 다가갈 수 있습니다. 뇌과학 연구에서 가장 중요한 것은 기술적인 숙련도보다 학문에 대한 순수한 흥미와 열정입니다. 통계나 코딩 같은 도구는 연구 과정에서 충분히 익힐 수 있지만, 자신이 평생 즐겁게 몰입할 수 있는 주제를 찾는 것은 본인의 몫입니다. 같은 생명과학 분야라도 연구실마다 주제와 방법론이 매우 다양하므로, 자신의 적성과 열정이 맞닿는 지점을 찾는 노력이 필요합니다. 뇌가 세상을 해석하는 신비로운 원리에 매료된다면, 그 탐구의 과정 자체가 과학자로서 가질 수 있는 가장 큰 보람이자 동력이 될 것입니다.

신혜영

카오스재단연구뭐하지

뇌인지과학

[인터뷰] 곽지현 _ 뇌에 정보를 입력시켜 바로 학습하는 게 가능!?🧠 ｜제30회 서울대 자연과학대학 공개강연

서울대학교 뇌인지과학과 신경계산연구실은 뇌가 정보를 처리하는 원리를 수학적으로 규명하는 데 집중하고 있습니다. 동물 실험을 통해 시냅스 신경회로의 신호를 측정하는 동시에, 이를 바탕으로 뇌를 묘사하는 인공신경망 모델을 구축합니다. 이러한 융합적 접근은 실험만으로는 파악하기 어려운 뇌의 정보처리 이론을 정립하고, 복잡한 신경계의 작동 기전을 심도 있게 이해하는 발판이 됩니다. 궁극적으로는 생물학적 뇌와 인공지능 사이의 가교 역할을 수행하며 새로운 과학적 지평을 열어가고 있습니다. 수학에 매료되었던 학부 시절을 거쳐 신경과학의 길로 들어선 과정은 매우 흥미롭습니다. 수학 문제를 풀 때의 쾌감은 뇌가 어떻게 복잡한 계산을 수행하는지에 대한 호기심으로 이어졌습니다. 특히 전기생리학적 신호에 담긴 정보를 해석하는 연구에 매료되어 박사 과정을 마쳤으며, 현재는 수학적 모델링과 뇌과학을 결합한 연구를 수행 중입니다. 과거의 학문적 배경들이 현재의 융합 연구를 지탱하는 강력한 자산이 된 셈이며, 이는 뇌의 신비를 수치화하여 풀어내는 핵심적인 동력이 되고 있습니다. 2014년 노벨 생리의학상을 통해 알려진 장소세포와 격자세포는 우리 뇌 속에 내장된 GPS와 같습니다. 장소세포는 특정 위치를 인식하고, 격자세포는 공간의 좌표를 파악하여 우리가 길을 찾을 수 있게 돕습니다. 이러한 뇌의 공간 정보 처리 회로를 연구하면 인간의 인지 과정을 과학적으로 밝힐 수 있을 뿐만 아니라, 이를 모사한 고도의 자율주행 로봇이나 인공지능 개발 등 4차 산업혁명의 핵심 기술로도 확장될 수 있습니다. 뇌의 센서 기능을 이해하는 것은 곧 미래 기술의 밑거름이 됩니다. 뇌의 길 찾기 메커니즘 연구는 알츠하이머 치매와 같은 질병의 진단과 치료에도 중요한 실마리를 제공합니다. 치매 환자들이 겪는 대표적인 증상 중 하나는 익숙한 길을 잃어버리는 공간 인지 능력의 저하입니다. 따라서 뇌의 공간 정보 처리 회로가 어떻게 손상되는지를 면밀히 분석한다면, 치매의 전조 증상을 조기에 발견하는 진단 기술을 개발할 수 있습니다. 이는 고령화 사회에서 뇌과학이 기여할 수 있는 매우 실질적이고 중요한 연구 분야이며, 많은 환자에게 새로운 희망을 줄 수 있는 기술적 토대가 될 것입니다. 미래의 뇌과학은 뇌 신호를 해석하고 재구성하는 기술을 통해 혁신적인 변화를 맞이할 것입니다. 외부 정보를 뇌 신호로 바꾸는 과정과 발생한 신호에서 정보를 추출하는 기법이 정교해지면, 인간의 인지 능력을 확장하는 새로운 지평이 열릴 것입니다. 이를 위해서는 수학, 인공지능, 심리학, 철학 등 다양한 학문이 하나로 연결되는 융합적 노력이 필수적입니다. 여러 분야의 시너지가 모일 때 비로소 인류는 뇌라는 거대한 신비를 정복할 수 있을 것이며, 이러한 연결은 과학적 발전을 가속화하는 핵심적인 열쇠가 됩니다.

곽지현

카오스재단서울대자연과학공개강연

뇌인지과학

[연구뭐하지?] 이인아 교수_서울대학교 '학습과 기억 연구실' | 학습과 기억의 세계, 그 너머에 존재하는 것은?

인간은 누구나 자신의 기억 속으로 타임머신을 타고 여행하듯 과거를 회상하곤 합니다. 서울대학교 뇌인지과학과 학습과 기억 연구실은 이러한 인간의 '일화 기억'이 뇌라는 생물학적 조직에서 어떻게 형성되고 인출되는지를 과학적으로 탐구합니다. 우리가 매일 겪는 다양한 경험은 곧 개인의 정체성을 형성하는 근간이 되며, 연구실은 세포 수준의 뇌 활동이 어떻게 우리의 삶과 마음을 구성하는지 그 비밀을 풀기 위해 노력하고 있습니다. 이곳 연구실은 마치 다양한 악기가 모여 하나의 화음을 만들어내는 밴드와 같습니다. 생물학, 뇌인지과학뿐만 아니라 전기공학, 컴퓨터공학, 심리학, 심지어 음악과 스포츠를 전공한 인재들이 모여 각자의 전문성을 발휘합니다. 서로 다른 배경을 가진 연구자들이 협력하여 하나의 연구 주제를 다각도에서 조명하는 융합적 환경은 이 연구실만의 큰 강점입니다. 이러한 다양성은 복잡한 뇌의 신비를 풀어나가는 데 필수적인 창의적 사고의 원천이 됩니다. 연구의 핵심은 기억의 중추로 알려진 해마와 측두엽의 기능을 밝히는 데 있습니다. 연구진은 살아있는 쥐에게 가상현실(VR) 환경을 제공하고, 특정 장소나 상황에 따라 보상을 얻는 기억 과제를 수행하게 합니다. 쥐가 가상현실(VR) 세계에서 문제를 해결하는 동안 뇌세포의 활동을 실시간으로 측정하며, 전기생리학이나 광유전학 기술을 동원해 뇌 영역 간의 상호작용을 분석합니다. 이는 실제 환경과 유사한 실험 설계를 통해 기억의 메커니즘을 정교하게 파악하기 위함입니다. 뇌인지과학 연구는 단순히 이론에 그치지 않고 생명체를 다루는 막중한 책임감을 동반합니다. 실험에 참여하는 동물을 매일 세심하게 보살피는 것은 기본이며, 연구 과정에서 예상치 못한 다양한 기술적 문제들을 해결해야 합니다. 컴퓨터 코딩부터 회로 설계, 심지어 실험 장비 설치에 이르기까지 폭넓은 실무 능력이 요구됩니다. 따라서 유연한 사고방식을 가지고 새로운 분야를 배우는 과정을 즐길 수 있는 태도가 연구자로서 성장하는 데 매우 중요한 요소로 작용합니다. 뇌인지과학은 생물학적 세포가 어떻게 전기적 신호를 주고받으며 마음과 심리를 만들어내는지 연구하는 학문으로, 전통적인 단일 학문의 경계를 넘어섭니다. 특히 인공지능이나 가상현실(VR) 기술의 발전은 뇌인지과학적 이해 없이는 한계에 부딪힐 수밖에 없습니다. 현재 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있으며, 우리나라도 이 흐름에 발맞춰 빠르게 성장하고 있습니다. 뇌의 신비를 탐구하는 이 분야는 미래 과학을 이끌어갈 청소년들에게 무한한 가능성을 제시합니다.

이인아

카오스재단연구뭐하지

뇌인지과학