한국뇌연구원 공동연구팀, 소뇌 학습회로 규명

한국뇌연구원(KBRI)과 성균관대, 기초과학연구원(IBS) 공동연구팀이 소뇌에서 학습을 유도하는 새로운 시냅스 구조와 신경회로를 규명했다.연구진은 3차원 전자현미경과 인공지능(AI) 기반 뇌지도 분석 기술을 활용해 소뇌 학습 과정에 관여하는 핵심 회로를 확인했다고 16일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’에 게재됐다.소뇌는 운동 학습과 움직임 조절에 중요한 역할을 하는 뇌 영역이다. 기존에는 등반섬유(climbing fiber)가 푸르키네 뉴런에 직접 연결돼 오류 신호를 전달하며 학습을 유도하는 것으로 알려져 있었다. 그러나 연구진은 등반섬유가 특정 억제성 뉴런에도 연결돼 있다는 사실을 새롭게 발견했다.이 회로는 억제 뉴런을 다시 억제하는 방식으로 작동해 결과적으로 푸르키네 뉴런의 억제를 해제하는 ‘탈억제 회로’를 형성하는 것으로 나타났다. 연구진은 여러 등반섬유가 동시에 활성화될 경우 이 회로가 강하게 작동하며 학습에 필요한 조건이 만들어진다고 설명했다. 반면 오류가 없는 상황에서는 회로가 활성화되지 않아 학습이 일어나지 않았다.공동연구팀은 시뮬레이션과 동물실험을 통해 해당 회로가 실제 운동 학습에 필수적이라는 점도 확인했다. 탈억제 회로 기능을 억제하자 학습 효과가 감소했고, 광유전학 기법으로 억제 뉴런 활성을 조절하자 학습 능력이 회복됐다.연구진은 이번 성과가 뇌가 언제 학습을 시작할지를 결정하는 기본 원리를 제시했다는 데 의미가 있다고 평가했다.이계주 KBRI 박사는 “정밀 뇌지도 연구를 통해 학습과 기억의 핵심 원리를 규명했다”며 “AI 기반 커넥톰 분석을 더욱 확대해 다양한 뇌 영역 연구를 이어갈 계획”이라고 말했다.