공상을 하는 동안 뇌에서는 무슨 일이 일어나는가?

당신은 조용히 앉아 있다가 갑자기 당신의 뇌가 세상의 소리를 듣지 못하고 완전히 다른 것, 즉 최근의 경험이나 오래된 기억으로 방황하게 됩니다. 당신은 방금 백일몽을 꾸었습니다.

그러나 이러한 경험이 널리 퍼져 있음에도 불구하고, 공상을 하는 동안 뇌에서 무슨 일이 일어나는지는 신경과학자들이 대부분 파악하지 못하는 문제입니다.

이제 쥐를 대상으로 한 연구 결과가 12월 13일에 발표되었습니다. 자연, 하버드 의과대학 연구진이 이끄는 팀이 이 문제를 해결하는 데 한 걸음 더 다가섰습니다.

연구자들은 쥐가 조용히 깨어 있는 상태를 유지하는 동안 쥐 뇌의 시각 피질에 있는 뉴런의 활동을 추적했습니다. 그들은 때때로 이러한 뉴런이 쥐가 실제 이미지를 볼 때 발생하는 패턴과 유사한 패턴으로 활성화되는 것을 발견했는데, 이는 쥐가 이미지에 대해 생각하거나 공상을 하고 있음을 암시합니다. 더욱이 쥐가 하루 중 처음 몇 번 백일몽을 꾸는 동안의 활동 패턴은 시간이 지남에 따라 이미지에 대한 뇌의 반응이 어떻게 변할지 예측했습니다.

이 연구는 백일몽이 보는 것에 대한 뇌의 미래 반응을 형성할 수 있다는 예비적인 증거를 제공합니다. 연구팀은 이러한 인과 관계가 추가 연구에서 확인되어야 하지만 결과는 조용히 잠에서 깨어났을 때의 백일몽이 뇌 가소성, 즉 새로운 경험에 반응하여 스스로 리모델링하는 뇌의 능력에 영향을 미칠 수 있다는 흥미로운 단서를 제공한다고 경고했습니다.

“우리는 이러한 공상 과정이 신경생물학적 수준에서 어떻게 발생했는지, 그리고 이러한 조용한 성찰의 순간이 학습과 기억에 중요한지 알고 싶었습니다.”라고 HMS의 Blavatnik 연구소 신경생물학 박사 과정 학생인 주저자 Nghia Nguyen이 말했습니다.

간과된 뇌 영역

과학자들은 기억과 공간 탐색에 중요한 역할을 하는 해마 모양의 뇌 영역인 해마에서 뉴런이 어떻게 과거 사건을 재생하여 기억을 형성하고 물리적 환경을 매핑하는지 연구하는 데 상당한 시간을 보냈습니다.

대조적으로, 시각 피질을 포함한 다른 뇌 영역의 뉴런 재생에 대한 연구는 거의 없습니다. 그러한 노력은 시각적 기억이 어떻게 형성되는지에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 것입니다.

베스 이스라엘 디코니스(Beth Israel Deaconess)의 의학 교수이자 수석 저자인 마크 앤더만(Mark Andermann)은 “우리 연구실에서는 쥐가 정확히 무엇을 기억하고 있는지 이해하기 위해 시각 피질의 충분한 뉴런을 기록하고 그 정보를 뇌 가소성과 연결할 수 있는지에 관심을 갖게 되었습니다”라고 말했습니다. 메디컬센터, HMS의 신경생물학 교수.

새로운 연구에서 연구자들은 회색과 얼룩진 흑백 사각형의 서로 다른 체커보드 패턴으로 구성된 두 이미지 중 하나를 마우스에게 반복적으로 보여주었습니다. 이미지 사이에 쥐는 회색 화면을 보면서 1분을 보냈습니다. 연구팀은 시각 피질의 약 7,000개 뉴런의 활동을 동시에 기록했습니다.

연구자들은 쥐가 이미지를 볼 때 뉴런이 특정 패턴으로 발화하고 패턴이 이미지 1과 이미지 2를 식별할 수 있을 만큼 다르다는 것을 발견했습니다. 더 중요한 것은 마우스가 이미지 사이의 회색 화면을 볼 때 뉴런이 때때로 유사하지만 동일하지는 않은 패턴으로 활성화된다는 것입니다. 이는 마우스가 이미지를 볼 때와 마찬가지로 이미지에 대해 공상을 하고 있다는 신호입니다. 이러한 백일몽은 생쥐가 긴장을 풀었을 때만 나타났으며, 차분한 행동과 작은 동공이 특징이었습니다.

당연히 쥐들은 가장 최근의 이미지에 대해 더 많은 공상을 했고, 각 이미지를 이미 수십 번 봤을 때 하루가 끝날 때보다 하루가 시작될 때 더 많은 백일몽을 꿨습니다.

그러나 연구자들이 다음에 발견한 것은 완전히 예상치 못한 것이었다.

하루 종일, 그리고 며칠에 걸쳐 쥐가 이미지를 볼 때 나타나는 활동 패턴이 바뀌었습니다. 신경과학자들은 이를 “표상 표류”라고 부릅니다. 하지만 이 표류는 무작위가 아니었습니다. 시간이 지남에 따라 이미지와 관련된 패턴은 서로 훨씬 더 달라져 각 패턴에는 거의 완전히 별개의 뉴런 세트가 포함되었습니다. 특히, 쥐가 처음 몇 번 이미지에 대한 백일몽을 꾸는 동안 보이는 패턴은 나중에 쥐가 이미지를 볼 때 어떤 패턴이 될지 예측했습니다.

“시간이 지남에 따라 뇌가 동일한 이미지에 반응하는 방식에는 표류가 있으며 이러한 초기 백일몽은 표류가 어디로 가는지 예측할 수 있습니다”라고 Andermann은 말했습니다.

마지막으로 연구자들은 시각 피질 백일몽이 해마에서 재생 활동이 발생하는 것과 동시에 발생한다는 사실을 발견했는데, 이는 이러한 백일몽 중에 두 뇌 영역이 통신하고 있음을 시사합니다.

앉아서 공상에 빠질 수도 있다

연구 결과를 바탕으로 연구자들은 이러한 백일몽이 뇌 가소성에 적극적으로 관여할 수 있다고 의심합니다.

Nguyen은 “두 개의 서로 다른 이미지를 여러 번 볼 때 이를 구별하는 것이 중요해집니다. 우리의 발견은 공상이 두 이미지와 관련된 신경 패턴을 서로 멀어지게 조정하여 이 과정을 안내할 수 있음을 시사합니다.”라고 Nguyen은 말했습니다. 관계를 확인해야 합니다.

Nguyen은 이미지를 구별하는 방법을 학습하면 쥐가 미래에 더 구체적으로 각 이미지에 반응하는 데 도움이 될 것이라고 덧붙였습니다.

이러한 관찰은 경험 후 조용한 각성 상태에 들어가는 것이 학습과 기억을 향상시킬 수 있다는 설치류와 인간의 증거가 점점 늘어나고 있는 것과 일치합니다.

다음으로 연구자들은 영상 도구를 사용하여 시각 피질의 개별 뉴런 사이의 연결을 시각화하고 뇌가 이미지를 “볼” 때 이러한 연결이 어떻게 변하는지 조사할 계획입니다.

Andermann은 “우리는 탐구되지 않은 뇌 활동의 99%를 추적하면서 시각 피질에 아무도 알지 못하는 풍부함이 있다는 것을 발견했습니다”라고 말했습니다.

사람들의 백일몽이 시각 피질의 유사한 활동 패턴을 포함하는지 여부는 공개된 질문이며, 대답에는 추가 실험이 필요합니다. 그러나 인간이 시각적 이미지를 회상할 때 유사한 과정이 발생한다는 예비 증거가 있습니다.

하버드 대학교 심리학 및 신경과학 소슬랜드 가족 교수인 랜디 버크너(Randy Buckner)는 사람들에게 이미지를 자세히 기억해 달라고 요청하면 시각 피질의 뇌 활동이 증가한다는 사실을 보여주었습니다. 다른 연구에서는 그러한 회상 중에 시각 피질과 해마에서 전기 활동이 급증하는 것을 기록했습니다.

연구원들에게 그들의 연구 결과와 다른 연구 결과는 백일몽으로 이어지는 조용한 잠에서 깨어나는 순간을 위한 공간을 만드는 것이 중요할 수 있음을 시사합니다. 마우스의 경우 이는 일련의 이미지를 보는 것을 잠시 멈추는 것을 의미할 수 있으며, 인간의 경우 이는 스마트폰에서 스크롤하는 것을 잠시 멈추는 것을 의미할 수 있습니다.

“우리는 깨어있는 휴식 시간을 전혀 갖지 않으면 뇌 가소성에 중요할 수 있는 백일몽 사건을 많이 겪지 않을 것이라고 확신합니다”라고 Andermann은 말했습니다.

저자, 자금 지원, 공개

이 논문의 추가 저자로는 Andrew Lutas, Oren Amsalem, Jesseba Fernando, Andy Young-Eon Ahn, Richard Hakim, Josselyn Vergara, Justin McMahon, Jordane Dimidschstein 및 Bernardo Sabatini가 있습니다.

이 연구는 국방 과학 및 공학 펠로우십, 하워드 휴즈 의학 연구소 길리엄 펠로우십, 국립 보건원(F32 DK112589; DP2 DK105570; DP1 AT010971-02S1; R01 MH12343), Davis Family Foundation 상, McKnight의 지원을 받았습니다. Scholar Award, Harvard Mind Brain Behavior Interfaculty Initiative Faculty Research Award, Harvard Brain Science Initiative 양극성 장애 종자 보조금 및 Kent와 Liz Dauten의 작품입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/12/231213112457.htm