동물은 주어진 환경에 적응하고 살아가기 위해 다양한 감각 정보를 활용하며, 특히 인간을 포함한 영장류는 주로 눈을 통해 얻은 시각정보에 의존한다. 우리 뇌는 시각정보가 정확하지 않거나 제한적인 경우에도, 시각정보와 과거의 경험 지식에 기반한 예측정보를 통합해 적절한 행동을 할 수 있게 한다. 그러나 이러한 정보의 통합과 처리가 뇌의 어느 영역에서, 어떻게 처리되는지는 아직 명확하지 않다.  

글로벌바이오메디컬공학과 이준열 교수 연구팀은 영장류 행동 실험과 신경세포 활동 측정을 통해 얻은 데이터를 바탕으로, 사전 경험지식에 의한 예측이 시각정보를 처리하는 대뇌피질 감각영역의 세포활동을 조절해 움직이는 물체를 추적하는 능력을 높인다는 사실을 밝혔다.

원숭이 행동실험 결과, 움직이는 시각자극이 잘 보이지 않더라도 이전 실험 경험을 통해 이동 방향을 예측할 수 있는 경우에는 물체를 추적하는 안구운동의 정밀도가 높았고, 예측할 수 없는 움직임을 보이는 경우에는 정밀도가 낮아짐을 확인했다. 또한 이와 같이 잘 보이지 않는 물체의 움직임에 대한 안구운동 정밀도의 향상은 대뇌 외측시각피질 세포들의 신경활성의 조절로 잘 설명되었는데, 이는 외측시각피질 세포들의 활성 패턴이 시각 자극물의 방향에 대한 예측도 표상할 수 있으며, 이것이 안구 운동의 정밀성과 연관되어 있음을 보여준 것이다.

이번 연구를 이끈 이준열 교수는 연구결과가 “대뇌 외측시각피질이 환경으로부터 얻은 감각 정보를 단순히 신경 신호로 전달하는 영역이 아니라, 사전 지식 및 예측에 의해서 동일 감각정보를 다르게 해석하여 행동을 조절할 수 있는 뇌영역이라는 것을 보여준다”고 전했다. 또한, “대뇌피질의 감각 영역이 사전 정보를 이용해 어떻게 감각운동 행동 변화에 기여할 수 있는지를 밝힘으로써, 감각운동 정보처리의 신경 기전에 대한 이해를 높였다”라며, “감각운동 및 인지기능 장애 치료 연구에도 도움이 될 수 있을 것”이라고 전했다.

본 연구는 기초과학연구원 (IBS-R015-D1)의 지원을 받아 수행되었고 사이언스 자매 학술지인 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances, IF 13.6)’에 7월 7일 온라인 게재됐다. 박정준 석사후 연구원 (현 Washington University St. Louis 박사과정 학생)과 김설민 박사과정 학생이 공동 제1저자로 기여하였으며 같은 과 김형구 교수와의 협업으로 이루어졌다.