새로운 연구에 따르면 의사결정 과정에서 뇌의 뉴런은 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡한 처리를 할 수 있다.

‘eLife’저널에 발표된 연구에서 미국 미네소타대 의대 신경과학과 조교수 겸 광학영상 및 뇌과학 의학발견팀 일원 아론 컬린(Aaron Kerlin) 박사는 뉴런이 다른 뉴런으로부터 수 천 개의 입력을 받는 시냅스( synapses)에서 수상돌기 형성을 빠르게 이미징하는 현미경을 최초로 개발했다.

컬린 박사는 수상돌기(dendrite)의 작은 부분에 대한 주변 입력이 다가오는 행동에 대한 유사한 정보를 나타내는 경향이 있음을 발견했다.

결과는 의사결정 중에 정보가 다른 뉴런으로 전송되기 전에 정보를 처리하는 각 뉴런 전체에 다수의 작은 수상돌기 부분이 있음을 보여준다. 이것은 뇌에서 많은 미세한 수상 돌기를 통해 훨씬 더 복잡한 처리가 일어날 수 있음을 시사한다. 이러한 발견은 연구자들이 뇌의 총 계산 능력이 무엇인지 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 일부 질병을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있다.

자폐증을 포함한 많은 인지장애에서 뉴런 간 연결 부위인 시냅스 기능과 관련된 단백질 파괴(disruptions)가 관여할 가능성이 있는 것으로 알려져 있다. 또한 이전에 조사하기 어려웠던 이러한 국소적 계산(local computations)이 중단이 발생할 수 있다. 컬린 박사는 “이러한 연구 결과와 접근 방식을 통해 시냅스 기능에 영향을 미치는 질병의 진행 상황과 정보 처리에 영향을 미치는 이유를 더 잘 이해할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구진은 향후 자폐증의 마우스 모델에서 뉴런의 국소 처리 패턴을 조사해 어떤 수상 계산이 중단되고 어떤 규모로 중단이 발생하는지 확인할 수 있을 것으로 예상했다.

컬린 박사는 또한 개방형 과학 운동을 발전시키기 위한 노력의 일환으로 다른 연구자들이 전체 데이터 세트를 공개적으로 이용할 수 있는 웹 브라우저를 만들었다. 이것이 이론가들과 다른 연구자들이 풍부한 데이터 세트로 새로운 발견을 하고 이 분야의 추가 연구에 착수하기를 희망했다.

Aaron Kerlin et al, Functional clustering of dendritic activity during decision-making, eLife (2019). DOI: 10.7554/eLife.46966