인간의 의식적 지각 대한 뇌영상학적 증거 발견

시상의 억제, 시상-피질의 위계적 반복 처리 밝힌 fMRI 논문

해당분야 인용지수 1위 학술지 NeuroImage』에 게재

 

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뇌공학과 민병경 교수팀이 2020년도에 발표한 MEG 뇌자도 연구 결과를 뒷받침하는, 인간의 의식적 지각이 속의 뇌라고 하는 시상(thalamus) 억제 작용과 시상-피질(thalamo-cortical) 위계성에 기반한 반복적 정보 처리에 의해서 일어난다는 점을 fMRI 뇌영상 연구 결과를 통해서 추가적으로 발표했다. 연구 모두 해당 뇌영상 분야 인용지수 1위인 국제 저명 학술지 NeuroImage (인용지수: 7.4) 발표되었고, 이번 fMRI 연구는 2022년 11월 9일자로 온라인 게재 되었.

 

민병경 교수는 교대로 빠르게 깜박이는 빨강색과 녹색을 피험자가 어느 순간에 가지 색의 혼합색인 주황색을 느낄 때의 뇌영상을 분석하여 인간의 의식적 지각을 연구하는 실험을 설계했다. 혼합색인 주황색은 피험자에게는 물리적으로 보여주지 않은, 실제 존재하지 않는 색으로서, 인간 뇌의 정신세계에서만 형성된 표상이어서, 의식적 지각 연구를 가능하게 하는 흥미롭고 결정적인 실험 디자인으로 사용됐다.

 

민병경 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구는 고려대 뇌공학연구소 서지혜 연구교수와 미국 인디애나 대학 심리/뇌과학과의 김대진 박사가 공동1저자로 참여하였다. 더욱이, 민병경 교수가 이미 10여년 전에  BMC modelling 학술지에 단독으로 발표한 시상 중심의 인간의 의식에 대한 이론적 모형 가설을, 2020 MEG 연구와 이번 fMRI 연구를 통해서, 뇌파와 뇌영상 양쪽 모두에서 실험적 결과로 뒷받침했다는 측면에서 의의가 크다.

 

이번 fMRI 연구 결과에서는 시간 신경 동력학적 (temporal neurodynamic) 분석을 통해서, 물리적으로 존재하는 빨강/녹색에 대한 인식과 정신적으로만 존재하는 혼합색인 주황색 인지의 차이가 기초적 정보 처리를 담당하는 시상-피질 부분에서는 일어나지 않고, 고차적인 정보 처리를 담당하는 시상-피질 단계에서 일어난다는 점을 추가적으로 발견했고, 이는 인간의 의식적 지각이 뇌의 고차원적인 신경망에서 발생하고, 나아가 뇌로 진행된 신호의 안에서의 반복적 순환(looping) 의식적 지각의 중요한 속성임을 나타내주는 결과이다.

 

의식에 대한 연구는 뇌와 마음 사이의 관계에서 오래된 핵심 난제이며, 인간의 인지 기능 중에 가장 고차원적인 기능으로, 세계적으로도 아직 신경생리학적 원리가 밝혀지지 않은 분야이다. 민병경 교수는 인간 시상의 핵심적 억제 역할을 담당하는 시상망핵(TRN) 사과껍질처럼 얇아서 현대의 뇌영상 기술로는 억제 작용을 증명하기가 쉽지 않은 난관을 극복하고 인간의 의식적 지각이 시상의 억제와 관련된다는 연이은 2개의 실험 결과로 시상망핵(TRN) 인간의 의식적 지각에 중요한 역할을 한다는 것을 간접적으로 증명한 결과라 의미가 있고, 인간의 의식적 지각이 시상의 억제 작용과 관련되어 있다는 것을 뇌파(MEG) 뇌영상(fMRI) 실험 모두에서 보여준 최초의 결과여서 의미가 크다고 있다 했다. 연구는 한국연구재단 휴먼플러스 융합연구개발 과제로 진행되었다.

 

(그림1) A. 독립색(빨강/녹색) 혼합색(주황) 의식적 지각에 있어서 정보의 흐름도 (VSN: 시각 정보 흐름 네트워크, DMN: 기본 모드 네트워크). 붉은 화살표로 표시된 신호 흐름이 독립색과 혼합색의 차이가 뚜렷한 시상-피질 부분. B. 시상과 피질의 독립색과 혼합색의 의식적 지각에 있어서 시간적 신경 동력학 그래프 (파란선: 독립색, 주황선: 혼합색, 붉은 박스: 시상, 주황 박스: 시각 흐름 네트워크, 녹색 박스: 기본 모드 네트워크)