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장소를 어떻게 기억할까? 이 연구는 레이저와 VR을 사용하여 길을 가리 켰다. 이 연구는 특정 뉴런의 활동에 대한 광학 읽기 및 쓰기를 사용하여 기억을 조작할 수 있음을 보여주므로 신경 회로 활동이 의사 결정을 내리는 데 도움이 되는 방법을 더 잘 이해하고 잠재적으로 개선할 수 있음을 보여주므로 게임 체인저이다.

JM Kim | 기사입력 2020/11/12 [00:10]

장소를 어떻게 기억할까? 이 연구는 레이저와 VR을 사용하여 길을 가리 켰다. 이 연구는 특정 뉴런의 활동에 대한 광학 읽기 및 쓰기를 사용하여 기억을 조작할 수 있음을 보여주므로 신경 회로 활동이 의사 결정을 내리는 데 도움이 되는 방법을 더 잘 이해하고 잠재적으로 개선할 수 있음을 보여주므로 게임 체인저이다.

JM Kim | 입력 : 2020/11/12 [00:10]

런던대학교의 호기심 많은 장치는 과학적 마법과 끔찍한 블랙 미러 에피소드 사이에 접해 있었다. 뇌의 GPS 시스템이 작동하는 방식에 대한 수십 년의 이론을 방금 증명했을 수도 있다.  

그림을 그려 보겠다. 달리는 바퀴를 달리는 쥐를 상상해보라. 그의 머리는 단단하지만 편안하게 고정되어 있다. 투명한 유리 ""이 그의 두개골을 대체했다. 위를 가리키면 현미경 렌즈와 듀얼 레이저가 있다.

 

큰 비디오 돔이 그를 둘러싸고 있으며, 가상현실 설정 안에 그의 작은 몸을 거의 감싸고 있다. 그가 달려 가면서 레디 플레이어 원(Ready Player One)에서 노련한 게이머처럼 가상 환경을 바라보면서 과학자들은 내비게이션과 관련된 GPS 뉴런을 관찰하며 말 그대로 현미경으로 빛을 발산한다.

 

그리고 그것이 충분히 쿨하지 않다면 여기에 키커가 있다. 팀은 레이저를 사용하여 생쥐의 뇌의 GPS 시스템을 해킹하여 그를 가상 목표 위치로 "정신적으로 수송"할 수 있었다. 마치 귀중한 장비를 찾기 위해 RPG 게임에서 방금 퀘스트를 시작한 것과 같다. 갑자기 당신의 두뇌에 레이저가 가라 앉으면 이미 퀘스트의 목표 위치에 도달했다고 생각하게 된다. 기어 상자를 클릭하려고 했지만 실제로는 여전히 벗어나기 때문에 아무 소용이 없다.

 

"마인드 컨트롤"설정의 순전한 차가움은 신경 기술 역사에 기록하기에 충분하다. 그러나 더욱 놀라운 사실은 우리의 뇌가 특정 기억을 공간에서 실제 또는 가상으로 발생한 위치와 연결하는 방법에 대한 노벨상 수상 이론이 마침내 입증되었을 수 있다는 것이다. 좋은 데이트를 했던 그 커피 장소?

 

귀중한 Mastercraft 장비를 찾은 The Witcher의 그 위치? 우리는 그것이 뇌에서 어떻게 암호화되는지 마침내 알게 될 것이다. 이 연구는 유명한 저널 Cell에 게재되었다.

 

"이 연구는 특정 뉴런의 활동에 대한 광학 읽기 및 쓰기를 사용하여 기억을 조작할 수 있음을 보여주므로 신경 회로 활동이 의사 결정을 내리는 데 도움이 되는 방법을 더 잘 이해하고 잠재적으로 개선할 수 있음을 보여주므로 게임 체인저이다."라고 런던대학교(UCL)의 선임 저자인 Dr. Michael Hausser가 말했다.

 

 

 

장소와 공간

 

당신이 우주에서 어디에 있는지 아는 것은 삶에 필수적이다. 차를 어디에 주차 했는가? 당신의 집은 어디인가? 또 좋아했던 그 카페는 어디일까?

 

이러한 질문 중 일부가 간단해 보일 수 있지만 공간 기억은 알츠하이머와 같은 장애에서 가장 먼저 분해된다그들은 또한 우리의 뇌가 특정 기억을 특정 위치에 "고정"시키는 경향이 있다는 점에서 공간이 기억에 얼마나 밀접하게 연결되어 있는지 보여준다.

 

수십 년 전 UCL John O'Keefe 박사는 이것이 왜 그런지 설명할 수 있는 이상한 현상을 공개했다. 기억을 암호화하는 것으로 잘 알려진 심부 뇌 영역인 해마에는 또한 공간에서 위치를 처리하는 활동으로 촉발되는 뉴런인 "장소 세포"가 있다.

 

뇌의 GPS 시스템이라고 불리는 장소 세포는 해마 전체에 흩어져 있는 이상한 무리이다. 각각은 동물 (생쥐, 쥐 또는 인간)이 우주의 특정 지점에 있을 때만 발사된다는 점에서 고유한 "성격"을 가지고 있다. 다시 말해, 장소 세포는 우리가 탐색하고 우리 뇌에서 "인지지도"를 형성하는 방법을 배우면서 우리 주변의 세계를 지도화 하는 것처럼 보인다. 이러한 추상적인 두뇌지도는 우리의 목표를 향해 우리를 안내할 수 있다. 우체국에서 우편물을 맡기거나 비어 가든에서 금요일 해피아워를 할 수 있다. 장소 세포는 뇌의 장소 감각을 해독한 2014년 생리학 노벨상 중 하나였다.

 

그러나 과학자들은 한 가지 의문을 제기했다. 기억을 암호화하는 신경 회로 사이에 세포가 살고 있다는 점을 감안할 때 두 세포는 어떻게 상호 작용할까? 장소 세포는 단순히 우리가 생각하는 정적지도 책일까? 아니면 어느 위치에서 든 레이블을 지정하고 별표를 표시하고 핀을 놓아 우리의 추억을 가리키도록 하는 적응 가능한 Google지도를 형성할까?

 

 

 

레이저로 기억에 빛을 비추다

 

새로운 연구는 두 가지 매우 강력한 빛 기반 방법을 결합하여 쉽게 읽고 쓸 수 있도록 했다.

 

첫 번째는 칼슘 센서라고하는 빛에 민감한 단백질로, 생쥐에 유전적으로 추가할 수 있다. 단백질은 움직임 감지 조명과 같이 뉴런 외부에 점을 찍고 활성화될 때만 세포를 비춘다. 생쥐가 다른 가상 위치로 이동할 때 GPS 세포가 활성화되기 때문에 과학자들은 이러한 세포를 식별할 수 있다.

 

두 번째는 광유전학이다. 여기에서 다른 빛에 민감한 단백질 세트가 동일한 뉴런에 삽입된다. 이 사람들은 전구가 아닌 전등 스위치 역할을 한다. 다른 주파수를 가진 레이저를 사용하면 과학자들은 이 스위치를 켜고 끌 수 있다. 차례로 이것은 특정 GPS 뉴런을 활성화하거나 조용하게 한다.

 

마지막 구성 요소는 생쥐가 머리를 안정된 상태로 달리는 바퀴에서 달리는 VR 설정이었다. VR 게임의 인간과 마찬가지로 그들의 두뇌는 실제 도로와 같은 가상 환경(주택, 블록 및 기타 시각적 신호가 있는 단일 경로)을 처리했다.

 

팀은 먼저 활성 GPS 셀을 모니터링하면서 가상 경로의 특정 위치(목표 영역)를 인식하도록 생쥐를 훈련시켰다. 그곳에 도착하자 생쥐는 설탕 물 상을 받기 위해 센서를 세 번 핥는 법을 배웠다. 이것은 본질적으로 가상 목표 영역의 활성 GPS 뉴런을 달콤한 기억과 연결했다.

 

그런 다음 마법이 왔다. GPS 장소 세포가 뇌의 기억을 고정하는 역할을 한다면, 그 세포를 인위적으로 재 활성화하면 생쥐가 실제로 가상 공간에 어디에 있든 상관없이 기억이 재 활성화되고 예상대로 잘게 핥아질 것이다.

 

놀랍게도 그런 일이 벌어졌다. 태그가 지정된 모든 GPS 뉴런을 동시에 빛으로 폭파하는 대신, 팀은 정상적인 순서에 따라 5개의 빈에서 인위적으로 재 활성화했다. 그것은 신경학적 불협화음에 동시에 두드리는 것이 아니라 뇌에 의미가 있는 멜로디로 뉴런 '피아노 건반'을 연주하는 것과 유사하다.

 

그것은 매력처럼 작동했다. 생쥐가 가상 목표 영역에 있지 않더라도 과학자들이 목표 영역을 위해 인코딩 된 GPS 뉴런을 인위적으로 활성화하자 마자 생쥐가 그의 갈비뼈를 핥기 시작했다. 본질적으로, 팀은 그가 인지한 현실에 관계없이 생쥐를 보람 있는 위치로 정신적으로 이동할 수 있었다.

 

더 있다. 레이저 잽 수가 증가함에 따라 생쥐의 GPS 위치 셀 네트워크는 이전 목표 영역에서 핥는 것을 그만두었다는 점에서 "리맵"되었다. 어떤 면에서 팀은 이전의 실제 위치에서 생쥐의 설탕 물 기억을 인위적으로 잘라 내고 대신 영리한 빛 기반 뇌 해킹을 통해 새로운 위치로 다시 매핑했다.

 

표면적으로는 이러한 결과가 미친 것처럼 보인다. 소중한 기억이 뇌의 인지 공간지도에 고정되어 있음을 시사한다. 특정 GPS 장소 셀 세트를 활성화하면 (Google지도의 한 지점을 확대하는 것과 같이 느슨하게) 메모리를 트리거 하기에 충분하여 마치 그 기억을 되살리는 것처럼 행동할 수 있다.

 

그러나 그것은 의미가 있다. 우리 모두는 거리 모퉁이가 갑자기 근처에 있는 멋진 레스토랑에 대한 기억을 불러 일으키고 우리 입에 나이아가라 폭포를 일으키고 우리가 찾아보게 하는 익숙한 동네를 지나가는 경험을 가지고 있을 것이다.

 

그러나 연구 결과에 따르면 상관 관계가 없다는 것이다. 장소 세포는 너무 강력해서 우리 기억의 "어디"구성 요소가 강력하고 정확한 신경 기술 도구가 주어지면 다른 위치로 다시 매핑 될 수 있다.

 

UCL의 제 1저자 닉 로빈슨 박사는장소 세포는 실제로 생쥐에게 그것이 [목표 위치]의 위치를 알려주고, 생쥐는 실제로 결정을 내릴 때 자신의 장소 세포를 '듣는다'고 말했다.

 

이 연구는 장소 세포를 뇌의 기억 및 의사 결정에 자연스럽게 그리고 확실하게 연결하는 최초의 연구 중 하나이다. 하지만 아직 모르는 것이 너무 많다. 뇌의 전기적 코딩 전략은 정확히 무엇일까? 장소 셀은 메모리 회로에 어떻게 연결될까? 그리고 현재 뇌-컴퓨터 인터페이스가 폭발적으로 증가함에 따라, 우리는 결국 과거의 기억과 위치를 기반으로 경험을 받아들일 수 있을 것이다. 너무 강력해서 현실을 왜곡할 수 있을까?

 

 
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