[대학저널 황혜원 기자] 한양대학교(총장 김우승) 김성신(사진) 심리뇌과학과 교수가 처음 접하는 운동기술을 습득하고 숙달되는 과정을 설명하는 뇌과학적 원리를 발견했다.
심리뇌과학과는 2021학년도에 신설되는 학과로, 인간의 의사결정과 인공지능(AI)의 중첩분야를 연구해 새로운 기술개발에 초점을 둔 연구와 학문을 진행한다.
사람은 태어나면서 죽을 때까지 다양한 운동기술을 습득한다. 즉 걷고, 젓가락으로 음식을 집고, 악기를 연주하고, 운전을 하는 일상의 모든 일이 운동기술 습득을 통해서 이뤄진다. 그러나 운동기술을 습득하고 익숙해지는 과정에서 우리 뇌에 어떤 변화가 일어나는지에 대해 상세히 밝혀지지 않았다.
김 교수팀은 이를 검증하고자 학습자에게 새로운 운동과제를 제시하고 기능성 핵자기공명영상장치(fMRI)를 통해 뇌의 변화를 관찰했다.
실험을 통해 뇌 영역 중 보상과 관련된 올챙이 모양의 미상핵(caudate nucleus)의 역할을 관찰한 결과, 훈련이 진행됨에 따라 운동기술 습득 시 얻어지는 보상에 대한 정보가 미상핵의 머리부분에서 꼬리부분으로 이동되는 것이 발견됐다.
또 미상핵의 머리부분은 대뇌 전두엽(판단·추론 담당)과, 꼬리부분은 대뇌 운동피질(운동기능 담당)과 상호작용하고 그 강도에 따라 개개인의 운동 능력 차이를 예측할 수 있다는 것을 발견했다.
이번 연구 결과는 쾌락·보상·동기부여를 담당하는 미상핵이 새로운 운동기술 습득하고 습관화되는 수준까지 도달하는데 중요한 역할을 한다는 것을 최초로 밝혀내었다는데 그 의미를 가진다.
김 교수는 “이번 연구를 통해서 파킨슨 증후군으로 인해 일어나는 운동장애를 보다 깊이 이해하고 치료할 수 있는 방법에 대해서 새로운 관점과 접근법을 제시할 것으로 기대된다”며 “나아가 효율적인 인공지능 시스템 개발하는데 영감을 주는 것은 물론 향후 뇌-기계 접속시스템을 이해하고 발전시키는데도 기여할 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구는 기초과학연구원의 차세대 기초연구리더 사업의 지원을 받아 ‘미국 국립과학원회보(PNAS)’ 에 지난 8일 게재됐다. 해당 논문은 기초과학연구원 뇌과학이미징 연구단 소속인 최예라, 신윤하 연구원이 공동 제1저자로 참여하고 김성신 한양대 교수가 교신저자로 참여했다.
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