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MIT 뇌 세타파, 인지기능 조절하는 핵심 역할 규명
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미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 피코워 학습기억연구소 연구진은 영장류의 전두엽 신경활동을 분석한 결과, 세타파가 여러 뇌 영역 사이의 정보 전달을 조절하고 인지 과제에 필요한 신경활동을 동기화하는 것으로 나타났다고 밝혔다.
연구 결과는 국제학술지 '셀 리포트(Cell Reports)' 11월 6일자에 발표됐다.
인간의 뇌는 기억과 판단, 주의력 등 다양한 기능을 동시에 수행해야 한다. 이를 위해서는 서로 다른 뇌 영역에서 발생하는 신경활동이 적절한 시점에 연결되고 조절돼야 한다.
연구진은 이러한 과정에서 초당 4~10회 진동하는 세타파가 핵심적인 역할을 할 가능성에 주목했다. 연구에서는 영장류가 화면에 나타난 점의 배열을 기억하고 두 가지 범주 가운데 하나로 분류하는 과제를 수행하도록 했다.
연구진은 과제 수행 중 전두안구영역(FEF)과 전전두피질의 두 영역에서 수백 개 신경세포의 전기적 활동을 동시에 측정했다. 또한 세타파와 베타파, 감마파 등 서로 다른 주파수의 뇌파가 어떤 방식으로 상호작용하는지 분석했다.
그 결과 세타파는 과제 수행 단계에 따라 중요한 정보를 선택적으로 강조하는 것으로 나타났다. 특히 두 범주 가운데 하나를 선택해야 하는 순간에는 선택과 관련된 신경세포 활동이 세타파의 특정 위상에서 강하게 나타났다.
반면 선택 결과가 정답인지 오답인지 확인하는 순간에는 결과 정보와 세타파의 연관성이 두드러졌다.
연구진은 세타파가 인지 과정에서 필요한 정보를 상황에 맞게 선택하고 처리 시점을 조절할 가능성이 있다고 설명했다.
뇌 영역 간 정보 전달 방향도 과제 수행 단계에 따라 달라졌다. 선택하는 순간에는 전전두피질에서 전두안구영역으로 세타파와 관련된 영향이 나타났다.
그러나 오답을 확인한 경우에는 반대 방향의 영향이 관찰됐으며, 정답을 확인한 경우에는 기존 방향이 유지됐다. 이는 세타파와 관련된 신경망 상호작용이 인지적 요구에 따라 유연하게 변화할 수 있음을 시사한다.
연구진은 세타파가 더 빠른 뇌파를 조절하는 과정도 확인했다.
세타파의 위상은 초당 15~30회 진동하는 베타파의 진폭과 연관됐으며, 베타파의 위상은 초당 40~90회 진동하는 감마파의 진폭과 연관됐다. 이러한 상호작용에서 세타파는 여러 뇌 영역에 걸친 광범위한 조절과 관련된 반면, 베타파와 감마파 사이의 상호작용은 상대적으로 국소적으로 나타났다.
연구진은 느린 세타파가 빠른 신경활동을 조직하는 시간적 기반을 제공해 복잡한 인지기능을 지원할 가능성이 있다고 설명했다.
연구진은 향후 세타파가 다양한 인지기능을 통합하는 구체적인 신경회로와 조절 기전을 규명할 계획이다.
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