KAIST 학부생 참여 논문 뇌신경과학 국제학술지 표지논문 선정

'저널 오브 뉴로사이언스' 게재 …김진우 학생, 송민 박사과정 발표

망막 파동의 발생 초기 시각 피질 신경망 회로구조 형성 원리 규명

생물학적 뇌 기반의 새로운 인공 신경망 모델 개발에 활용 기대

[대전=뉴시스] 왼쪽부터 백세범 교수와 김진우 학사과정·송민 박사과정.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 바이오및뇌공학과  백세범 교수 연구팀의 학부생이 참여한 연구논문이 뇌신경과학 분야 국제학술지에 표지 논문으로 선정됐다고 21일 밝혔다.

학교측에 따르면 4학년에 재학 중인 김진우 학생(22)은 백 교수의 지도를 받아 두뇌의 시각 피질에서 관측되는 주요 신경망 연결 구조 중 하나인 '장거리 수평 연결(Long-range horizontal connection)'이 두뇌 발생 초기에 형성되는 원리를 규명한 연구결과를 발표했다.

김진우 학생과 송민 박사과정 학생이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구논문은 '저널 오브 뉴로사이언스(Journal of Neuroscience)'에 지난 19일자로 게재되고 해당 호의 표지 논문으로 선정됐다. (논문명:Spontaneous retinal waves generate long-range horizontal connectivity in visual cortex).

이들은 이번 연구를 통해 어린 포유류 동물이 눈을 뜨기 전 시각적인 학습이 전혀 이뤄지지 않은 상태(두뇌 발생 초기 상태)에서 망막 내 신경세포들의 자발적인 활동으로부터 발생하는 '망막 파동'이 두뇌 시각 피질의 신경세포들을 특정한 공간적 패턴으로 자극하고 이를 통해 시각정보 처리에서 중요한 역할을 담당하는 '장거리 수평 연결'을 형성한다는 사실을 밝혀냈다.

이번 연구에서 연구팀은 망막 내 신경망 구조를 모델화하고 망막 파동의 패턴이 시각 피질 내 구조 형성에 미치는 영향을 시뮬레이션했다.

그 결과, 망막의 신경절에서 자발적으로 발생하는 망막 파동이 시각 피질로 전달되는 과정에서 형성되는 선택적 활동 패턴이 시각 피질 내의 장거리 연결 구조를 형성한다는 사실이 확인됐다.

이어 연구팀은 이 모델을 기반으로 동물실험에서 관측되는 초기 시각 피질의 특징적인 신경 활동 패턴을 재현하는 데 성공했다.

이를 통해 연구팀은 뇌 피질 내에서의 활동 패턴이 피질 구조를 결정한다는 기존 모델의 오류를 지적하는 한편 망막에서 전달된 활동 패턴이 시각 피질의 구조를 형성하는 데 결정적인 영향을 끼친다는 새로운 발생 모델을 제시했다.

백세범 교수는 "외부의 정보를 학습할 수 없는 감각 신경망의 발생 초기 단계에서 감각기관 말단의 신경 활동 패턴이 뇌 신경망의 주요 구조 형성에 결정적으로 기여한다는 새로운 뇌 구조 발생 모델을 제시한 연구라는 점에서 의미가 크다"고 설명했다.

김진우 학생은 "이번 연구는 뇌가 외부 세계에 대한 감각 정보를 경험하기 이전에 어떻게 비지도적으로 학습을 하는지에 대해 기존 실험 데이터에 기반한 명확한 이론적 설명을 제공했다"며 "이와 같은 방향의 연구가 향후 데이터 학습에 의존하지 않는 새로운 형태의 인공신경망 연구에도 큰 도움이 될 것으로 기대한다"고 말했다.


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