보는 순간 뇌 회로 5배 늘었다…'가지치기' 아닌 '새 연결'로 시각 발달

태어난 직후 시각 경험은 불필요한 뇌 회로를 쳐내는 방식이 아니라, 새로운 연결을 급격히 늘리는 방식으로 시각을 발달시키는 것으로 나타났다.

2일(현지시간) 미국 막스플랑크 플로리다 신경과학 연구소(MPFI) 연구팀은 이 같은 내용의 연구 결과를 국제학술지 '커런트 바이올로지'에 발표했다.

뇌의 시각 회로는 유전자에 따라 초안이 만들어진 뒤, 눈을 뜨고 세상을 보면서 얻는 경험을 통해 정교화된다. 과학계는 오랫동안 이 과정이 유용한 신호를 전달하는 연결은 유지하고 나머지는 제거하는 '가지치기'를 통해 이뤄진다고 여겨왔다.

연구팀은 시각 경험이 시작된 직후 신경세포(뉴런)가 기존의 5배에 달하는 새로운 흥분성 시냅스 연결을 형성한다는 사실을 발견했다. 이는 시각 회로가 정교해지는 과정이 기존 연결을 제거하는 것이 아니라, 새로운 연결을 대거 추가하는 방식으로 이뤄짐을 시사한다.

연구팀은 동물의 시각 경험 시작 시점과 며칠이 지난 후의 뇌 신경세포를 비교 분석했다. 그 결과, 신경세포 가지의 작은 돌기인 '가지돌기 가시' 수가 5배 가까이 늘어난 것을 확인했다.

새롭게 생성된 연결은 무작위적이지 않았다. 특정 방향의 가장자리처럼 시각의 기본 구성 요소에 선택적으로 반응하는 연결이 모든 방향에 반응하는 연결보다 훨씬 많이 늘었다. 두 눈에 보이는 동일한 가장자리에 선택적으로 반응하는 연결 수도 급증했다.

또한 비슷한 방향의 가장자리에 반응하는 연결들은 신경세포 위에서 서로 인접한 위치에 자리 잡아 신호 전달을 강화하는 경향을 보였다.

연구를 이끈 데이비드 피츠패트릭 박사는 "시각 경험이 시작되면서 신경세포는 기존 구조를 바탕으로 시냅스 연결망을 확장하고 재구성한다"며 "이는 더 일관되고 강력한 시각 반응을 지원하기 위한 것"이라고 설명했다.

연구팀은 이러한 '확장 기반 정교화' 과정이 시각 회로를 넘어 감각, 인지, 행동을 생성하는 다른 여러 뇌 회로 발달에도 적용될 수 있는 기본 원리일 것으로 보고 있다.