과학자들은 뇌가 백지 상태에서 시작하는 것이 아니라, 이미 채워진 상태에서 시작한다는 사실을 발견했습니다.

기록 중에 뉴런을 표시하는 추적자인 바이오시틴으로 채워진 뉴런을 고정하고 염색하여 뉴런의 형태를 완전히 재구성할 수 있도록 했습니다. 사진 제공: © Jose Guzman / Jonas group at ISTA

해마는 우리가 기억을 형성하고 공간을 탐색하는 방식에 핵심적인 역할을 합니다. 단기적인 경험을 장기 기억으로 전환하여 학습한 내용을 저장하고 발전시킬 수 있도록 도와줍니다. 오스트리아 과학기술연구소(ISTA)의 마그달레나 발츠 생명과학 교수인 페터 요나스(Peter Jonas)가 이끄는 연구팀은 이 뇌 영역을 면밀히 연구하고 있습니다. 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)에 발표된 이들의 새로운 연구는 해마의 주요 신경망 중 하나가 출생 후 어떻게 발달하는지를 탐구합니다.

완전히 텅 빈 종이를 상상해 보세요. 그 위에 글을 쓰기 시작하고, 점차 정보를 채워 나갑니다. 이 이미지는 '백지 상태'를 의미하는 타불라 라사(tabula rasa)라는 개념을 반영합니다.

이미 표시가 되어 있는 페이지를 상상해 보세요. 새로운 정보는 기존 정보를 보완하거나 대체해야 합니다. 이것이 바로 백지상태, 즉 "완전히 백지인 상태"를 나타냅니다.

이 오랜 논쟁은 우리가 모든 것이 미리 정해진 채로 삶을 시작하는 것인지, 아니면 우리의 경험이 우리가 어떤 사람이 될지를 결정하는 것인지에 대한 질문입니다. 생물학에서 이 질문은 발달을 형성하는 유전적 지시와 환경적 영향 사이의 균형으로 나타납니다.

ISTA의 연구팀은 이 아이디어를 기억과 공간 인식을 담당하는 해마에 적용했습니다. 그들은 해마의 내부 네트워크가 출생 후 어떻게 변화하는지, 그리고 해마가 백지 상태처럼 기능하는지 아니면 이미 완성된 상태처럼 기능하는지 이해하고자 했습니다.

뇌의 기억 네트워크 연구

과학자들은 CA3 피라미드형 신경 세포로 구성된 해마의 핵심 회로에 집중했습니다. 이 세포들은 기억을 저장하고 불러오는 데 매우 중요하며, 뇌의 가소성, 즉 연결을 강화하거나 약화시키거나 구조를 변경함으로써 적응하는 능력에 의존합니다.

ISTA 졸업생인 빅터 바르가스-바호소는 생후 초기(7~8일), 청소년기(18~25일), 성체기(45~50일)의 세 단계에 걸쳐 쥐의 뇌를 연구했습니다.

그는 이러한 신경망이 어떻게 기능하는지 조사하기 위해 시냅스 전 말단과 수상돌기를 포함한 뉴런의 특정 부분 내에서 미세한 전기 신호를 측정하는 패치 클램프 기법을 사용했습니다. 또한 연구팀은 첨단 영상 기술과 레이저 기반 방법을 활용하여 세포 내부의 활동을 관찰하고 개별 신경 연결을 정밀하게 활성화했습니다.

빽빽하고 무작위적인 것에서 정교하고 효율적인 것으로

연구 결과는 놀라운 패턴을 보여주었습니다. 발달 초기에는 CA3 네트워크가 매우 밀집되어 있으며, 연결은 대체로 무작위적인 것처럼 보입니다. 뇌가 성숙해짐에 따라 이 네트워크는 덜 혼잡해지지만 더 체계적이고 효율적으로 변합니다.

"이 발견은 상당히 놀라웠습니다."라고 요나스는 말합니다. "직관적으로는 네트워크가 시간이 지남에 따라 성장하고 더 조밀해질 것이라고 예상할 수 있습니다. 하지만 여기서는 정반대의 현상이 나타납니다. 이는 우리가 '가지치기 모델'이라고 부르는 것과 같습니다. 처음에는 빽빽하게 시작해서 점차 간소화되고 최적화되는 것입니다."

뇌가 처음 가득 찼을 때의 이유는 무엇일까요?

연구자들은 이러한 패턴이 나타나는 이유를 여전히 탐구하고 있습니다. 조나스는 고도로 연결된 네트워크에서 시작하면 뉴런들이 빠르게 연결될 수 있으며, 이는 특히 해마에서 중요하다고 제안합니다. 해마는 시각, 청각, 후각을 포함한 다양한 유형의 정보를 통합하여 일관된 기억을 만들어야 합니다.

"그건 뉴런에게 복잡한 작업입니다."라고 요나스는 설명합니다. "초기에 활발한 연결성을 보인 후 선택적인 가지치기를 거치는 것이 바로 이러한 통합을 가능하게 하는 요인일 수 있습니다."

만약 뇌가 아무런 연결 고리도 없는 백지 상태(tabula rasa)로 시작했다면, 뉴런들은 먼저 서로를 찾아 연결해야 했을 것입니다. 이러한 과정은 의사소통 속도를 늦추고 효율성을 떨어뜨려 기억을 효과적으로 형성하기 어렵게 만들었을 것입니다.

전반적으로, 이번 연구 결과는 뇌가 백지 상태에서 시작하는 것이 아니라, 시간이 지남에 따라 불필요한 연결 고리를 제거하면서 더욱 정교해지는 풍부하게 연결된 네트워크라는 것을 시사합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/05/260501052842.htm