뇌 리듬은 오래된 기억과 새로운 모험 사이의 비밀스러운 전환을 보여줍니다.

빠른 뇌 활동 주파수와 느린 뇌 활동 주파수 간의 결합. 따뜻한 색 영역은 더 강한 상호작용을 나타내며, 이 경우 감마 대역 주파수(Y축)와 세타 대역 주파수(X축) 간의 상호작용을 나타냅니다. 두개내에서 기록된 뇌 활동은 흰색으로 중첩되어 있습니다. 출처: Chalkiadakis, D. 외 2025.0 UMH CSIC 신경과학 연구소

익숙한 것을 떠올리거나 새로운 상황을 탐색할 때 뇌가 항상 동일한 의사소통 경로를 사용하는 것은 아닙니다. 스페인 국립연구위원회(CSIC)와 발레아레스 제도 대학교(UIB)의 공동 연구센터인 학제간물리학 및 복잡계 연구소(IFISC)의 클라우디오 미라소와 CSIC와 엘체 미겔 에르난데스 대학교(UMH)의 공동 연구센터인 신경과학연구소(IN)의 산티아고 카날스가 주도한 국제 연구는 뇌가 두 가지 근본적인 억제 회로 간의 균형을 조절함으로써 의사소통 경로를 유연하게 변화시키는 방식을 발견했습니다.

최근 PLoS Computational Biology 에 게재된 이 연구 결과는 이러한 유연성이 느린(세타) 리듬과 빠른(감마) 리듬 사이의 상호작용을 조절하는 두 가지 억제 메커니즘 간의 균형에 달려 있음을 보여줍니다. 이러한 메커니즘 덕분에 뇌는 외부 환경의 감각 자극이나 기억에 저장된 감각 경험과 같은 다양한 정보원을 선택할 수 있습니다.

이러한 결론에 도달하기 위해 연구진은 기억과 방향 감각에 중요한 뇌 영역인 해마의 실험적 기록과 계산 모델을 결합했습니다. 그들은 감각 경험이 이미 알려진 익숙한 환경에서 뉴런들이 내후각 피질에서 해마로의 전달을 촉진하는 직접적인 통신 방식을 선호한다는 것을 관찰했습니다. 이 방식에서는 기존 기억의 재활성화가 우선시됩니다. 반대로, 새로운 감각 입력에 직면했을 때 뇌는 기억 재활성화와 새로운 감각 입력을 통합하는 또 다른 방식을 활성화합니다. 이 방식에서는 기억 갱신이 우선시됩니다.

지금까지 느린 뇌 리듬의 단계가 빠른 활동의 진폭을 조절한다고 여겨져 왔습니다. 그러나 이번 연구는 이러한 관계가 양방향임을 보여줍니다. 이 연구의 제1 저자인 디미트리오스 칼키아다키스는 "이 연구는 뇌가 상황에 따라 어떻게 유연하게 의사소통 채널을 바꾸는지에 대한 기전적 설명을 제공합니다."라고 말합니다. "다양한 유형의 억제 간의 균형을 조절함으로써, 회로는 기억 관련 경로에서든 새로운 감각 정보에서든 어떤 입력을 우선시할지 결정합니다."라고 연구원은 강조합니다.

새롭고 익숙한 환경을 탐험하는 쥐의 전기생리학적 데이터를 통합한 이론적 틀을 통해, 전문가들은 두 가지 작동 방식을 확인했습니다. 하나는 피드포워드 억제가 감마-세타 상호작용을 유도하는 반면, 다른 하나는 피드백 억제가 세타-감마 상호작용을 생성합니다. 뇌의 신경 회로는 자연적으로 두 가지 억제 연결 방식을 모두 구현합니다. 이 연구는 두 방식 간의 전환이 연속적이며, 어느 한 쪽의 우선순위는 회로 내 뉴런 간 시냅스 연결 강도에 따라 결정됨을 보여줍니다. 이를 통해 작동 방식을 상황과 인지적 요구에 따라 유연하게 조정할 수 있습니다.

기억 너머로

이 연구는 뇌 리듬 간의 이러한 유연한 조정 방식이 주의력과 같은 다른 인지 기능으로 확장될 수 있음을 시사합니다. 실제로 최근 인간을 대상으로 한 연구에서는 계산 모델과 일치하는 패턴이 나타났습니다. 이는 뇌의 일반적인 원리, 즉 억제 회로 간의 균형이 복잡한 연결망 내에서 정보를 전달하는 데 핵심적이라는 점을 시사합니다.

"저희 연구 결과는 서로 다른 주파수의 뇌 리듬이 어떻게 상호작용하는지에 대한 상반된 견해를 통합하는 데 도움이 됩니다."라고 미라소는 설명합니다. "이러한 리듬은 순전히 국소적이거나 ​​이전 영역에서 유전되는 것이 아니라, 외부 입력과 국소적 억제 역학 간의 상호작용에서 나타납니다. 이러한 이중 메커니즘은 뇌가 다양한 조건에서 정보 처리를 최적화할 수 있도록 합니다."라고 카날스는 덧붙입니다.

기억과 탐색 기능을 넘어, 이 연구 결과는 다른 인지 기능으로 확장될 수 있습니다. 앞으로 연구진은 각 뇌 영역에 특화된 더욱 다양한 신경 세포 유형과 구조를 포함하도록 모델을 확장할 계획입니다. 목표는 간질, 중독, 알츠하이머병과 같은 병리에서 이러한 균형이 어떻게 변화하는지 더 잘 이해하는 것입니다. 두 저자는 "이러한 역학을 기전적 수준에서 연구하는 것은 궁극적으로 새로운 치료적 개입 전략에 영감을 줄 수 있을 것"이라고 결론지었습니다.

이 연구는 스페인 과학, 혁신, 대학부의 R&D 프로젝트 프로그램(지식 생성 및 연구 과제)과 스페인 국가 연구 기관의 세베로 오초아 우수 센터 및 마리아 데 마에즈투 우수 단위 프로그램을 통한 자금 지원 덕분에 가능했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250916221819.htm