눈으로만 보는 것이 아닙니다: 각성의 정도가 지각에 영향을 미칩니다

LMU 신경과학자 Laura Busse의 새로운 연구에 따르면 뇌는 내부 상태에 따라 시각적 신호를 조절합니다.

우리가 보는 것은 단순히 눈의 빛 패턴에 대한 신경적 표현이 아니라 우리의 필요와 기대에 기여하는 이 이미지의 해석입니다. 이러한 요인은 이전 경험에 의해 형성되며 행동 활동, 경계 또는 주의력과 같은 내부 상태(흔히 집합적으로 “각성”이라고 함)에 따라 달라집니다. 최근 저널에 발표된 새로운 연구에서 PLoS 생물학, LMU, 프라이부르크 대학교, 번스타인 전산 신경 과학 센터의 연구원들은 시각 시상의 신경 활동을 분석했습니다. 이는 시신경을 통해 눈에서 직접 시각적 신호를 수신한 후 처리하고 전달하는 뇌의 영역입니다. 보다 구체적으로 그들은 망막에서 시각 피질까지의 시각 신호를 위한 주요 인터페이스인 시상 등측 슬상핵(dLGN)을 조사했습니다.

시상에서는 무슨 일이 일어나는가?

“다른 시상 핵의 뉴런과 마찬가지로 dLGN의 뉴런이 각성과 관련된 눈에 띄는 활동 패턴을 나타낸다는 것은 오랫동안 알려져 왔습니다.”라고 이번 연구의 수석 연구자이자 곧 수석 연구자가 될 LMU 교수 Laura Busse는 설명합니다. 시너지 클러스터 오브 엑셀런스(SyNergy Cluster of Excellence). 특히 두 가지 상태 의존적 발사 모드가 설명되었습니다. 즉, 각성이 낮고 행동이 활동하지 않는 상태에서 발생하는 경향이 있는 버스트 발사입니다. 경계 상태에서 관찰되는 강장제 발사. “이것은 시상핵이 폭발적 및 긴장성 발사 모드를 사용하여 동물의 각성 상태에 따라 피질 영역 사이의 정보 흐름을 동적으로 제어하거나 수정한다는 가설로 이어졌습니다.” 그러나 이 제안은 아직 실험적으로 테스트되지 않았습니다. “각성이 시각 정보 처리에 영향을 미치는 신경 메커니즘은 아직 대부분 설명되지 않은 상태로 남아 있습니다.”

새로운 연구에서 Busse 팀은 시상에서 측정된 활동을 각성 정도와 직접 비교했습니다. “각성은 포유류의 동공 직경에 반영되며, 더 큰 동공은 각성 상태를 나타냅니다.”라고 신경생물학자는 설명합니다. 이런 식으로 우리는 동공 크기의 변화를 통해 동물의 각성 상태를 추론할 수 있습니다. 시상과 동공 활동에 대한 결합된 조사는 Busse 팀이 시상 활동과 각성 정도 사이의 연관성에 대한 명확한 관점을 얻는 데 도움이 되었습니다.

감각적 인상이 변조됨

“우리는 동공 확장과 수축의 특정 단계에서 신경 활성화의 다양한 패턴이 발생한다는 것을 발견했습니다.”라고 프라이부르크 대학교와 이번 연구의 수석 저자 중 한 명인 번스타인 컴퓨터 신경과학 센터의 크리스티안 라이볼드(Christian Leibold) 교수는 말했습니다. “시상 시상의 전기 활동은 몇 초에서 몇 분에 이르는 기간에 걸쳐 동공 역학과 결합됩니다.” 각성 중 신경 활동 패턴의 이러한 조절은 강력했습니다. 동물이 무엇을 보았는지, 움직이고 있는지, 가만히 앉아 있는지, 눈을 움직이는지 등의 다른 요인에 의존하지 않았습니다.

“따라서 우리의 연구는 기본적인 시각 정보가 다양한 각성 단계에서 시각 피질과 같은 뇌의 ‘상위’ 영역으로 차등 인코딩을 통해 전송된다는 것을 보여줍니다.”라고 신경생물학자인 Laura Busse는 요약합니다. 이는 각성 상태의 변화가 시각적 인식에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지에 대한 최초의 기계적인 설명을 제공합니다. “우리의 결과는 각성 의존적 조절이 단일 과정이 아니라 아마도 다양한 기간에 걸쳐 일어나는 변화의 상호작용이라는 가설을 뒷받침합니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240517111524.htm