과학자들이 단 하나의 세포가 1700억 개의 세포로 이루어진 뇌를 어떻게 만들어내는지를 발견했습니다.

놀랍도록 간단한 규칙, 즉 뇌세포가 조상 세포와 가까운 곳에 머무른다는 사실이 단일 세포가 어떻게 지능적인 뇌를 만들어내는지를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. (사진 출처: AI/ScienceDaily.com)

인간의 뇌는 단 하나의 세포에서 시작됩니다. 시간이 흐르면서 그 하나의 세포는 약 1700억 개의 세포로 이루어진 매우 복잡한 기관으로 성장합니다. 발생 신경과학에서 가장 중요한 질문 중 하나는 이 모든 세포들이 어떻게 제자리에 자리 잡고 기능하는 뇌를 형성하는가 하는 것입니다.

콜드 스프링 하버 연구소의 연구원들은 이제 그 해답이 놀랍도록 간단할 수 있다고 믿습니다. 그들의 새로운 연구는 뇌가 발달 과정에서 어떻게 조직화되는지에 대한 통찰력을 제공하며, 궁극적으로 생물학에서 인공지능에 이르기까지 다양한 분야의 연구에 영향을 미칠 수 있습니다.

뇌세포는 어떻게 자신의 정체성을 결정하는가?

앤서니 자도르 교수 연구실의 박사후 연구원인 스탠 커스트옌스는 위치 정보 측면에서 이 문제의 어려움을 설명합니다.

"세포가 '보는' 것은 오직 자기 자신과 주변 세포뿐입니다."라고 그는 설명한다. "하지만 세포의 운명은 그 세포가 어디에 있느냐에 달려 있습니다. 잘못된 위치에 있는 세포는 잘못된 기능을 하게 되고, 뇌가 제대로 발달하지 못합니다. 따라서 모든 세포는 두 가지 질문에 답해야 합니다. '나는 어디에 있는가?' 그리고 '나는 어떤 세포가 되어야 하는가?'"

신경과학 저널 Neuron 에 발표된 연구에서 케르스티엔스, 자도르, 그리고 하버드 대학교와 취리히 연방 공과대학교의 공동 연구진은 발달 중인 뇌가 어떻게 이처럼 놀라운 수준의 조직화를 달성하는지를 설명하는 새로운 이론을 제시합니다.

화학적 신호를 넘어서

수십 년 동안 과학자들은 세포들이 화학적 신호를 통해 위치 정보를 주고받는다고 믿어왔습니다. 케르스텐스에 따르면, 이러한 설명은 세포 수가 제한적인 비교적 작은 시스템에서는 잘 들어맞습니다.

하지만 발달 중인 뇌에는 수십억 개의 뉴런이 있으며, 이 뉴런들은 각각 정확한 위치에 도달해야 합니다. 화학 신호는 이동하면서 약해지기 때문에, 연구자들은 성장하는 뇌 깊숙한 곳에 위치한 세포들이 어떻게 자신의 위치를 ​​정확하게 파악할 수 있는지 오랫동안 궁금해했습니다.

케르스티엔스는 그 해답의 일부가 인간 집단이 여러 세대에 걸쳐 퍼져나가는 방식과 유사한 과정에서 찾을 수 있을 것이라고 제안합니다.

"수 세대에 걸쳐 인구가 한 국가 전역으로 퍼져나가는 방식을 생각해 보세요."라고 그는 말합니다. "후손들은 부모 근처에 정착하기 때문에 조상이 같은 사람들은 인접한 지역에 모여 살게 되고, 장거리 통신 없이도 대규모 지리적 구조를 형성하게 됩니다. 우리는 이와 유사한 원리가 발달 중인 뇌에서도 작용한다고 주장합니다. 같은 조상으로부터 유래한 세포들은 서로 가까이 머무르는 경향이 있습니다."

계보 기반 모델 테스트

연구진은 이러한 아이디어를 조사하기 위해 "확장 가능한 위치 정보를 기반으로 하는 계보 모델"이라고 설명하는 것을 개발했습니다.

연구팀은 먼저 이론적 계산을 통해 해당 개념이 실현 가능한지 검증했습니다. 다음으로, 발달 중인 쥐의 뇌에서 유전자 발현 패턴을 개별 세포와 더 큰 세포 집단을 모두 관찰하며 분석했습니다. 마지막으로, 제브라피쉬를 대상으로 모델을 검증한 결과 유사한 결과를 얻었으며, 이는 해당 메커니즘이 다양한 크기의 뇌에서도 작동할 수 있음을 시사합니다.

이번 연구 결과는 화학적 신호 전달과 세포 계통이 발생 과정에서 위치 정보를 제공하기 위해 함께 작용할 수 있음을 시사합니다.

생물학과 인공지능에 대한 함의

이 연구는 뇌에 초점을 맞추고 있지만, 케르스티엔스 교수는 그 기본 원리가 종양을 포함한 다른 많은 발달 중인 조직에도 적용될 수 있다고 말합니다.

이 이론은 미래의 자기 복제 AI 시스템에도 적용될 수 있습니다. 뇌세포가 세대를 거쳐 정보를 유전받을 수 있는 것처럼, 한 세대에서 다음 세대로 정보를 전달하는 미래의 AI 모델 역시 유사한 조직 원리에 의존할 가능성이 있습니다.

아마도 가장 중요한 의미는 이 연구가 지능 자체에 대해 무엇을 밝혀낼 수 있는지에 있을 것입니다. 단일 세포가 어떻게 고도로 조직화된 뇌로 발달하는지 이해하는 것은 과학자들이 마음에 대한 가장 심오한 질문들에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.

"뇌는 어떤 방식으로든 우리를 지능적으로 만듭니다."라고 케르스티엔스는 말합니다. "뇌는 어떻게 발달 과정뿐 아니라 진화 과정 전체를 통틀어 이러한 능력을 축적할 수 있었을까요? 이것은 그 거대한 퍼즐의 한 조각입니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/06/260618041524.htm