연구원들은 사람의 뇌 모양이 사고, 감정 및 행동에 큰 영향을 미치며 복잡한 신경 통신에 대한 일반적인 초점을 뒤집는다는 사실을 발견했습니다. MRI 스캔과 자동 코딩 원리를 사용하여 그들은 악기의 모양이 소리를 결정하는 방식과 마찬가지로 뇌 기능이 기하학적 특성과 밀접하게 연결되어 뇌 기능과 질병을 조사할 수 있는 새로운 방법을 제공한다는 사실을 발견했습니다.
서로 다른 영역 간의 상호 작용보다는 뇌의 모양이 우리의 생각, 감정 및 행동에 영향을 미치는 데 중추적인 역할을 합니다.
100년 이상 동안 과학자들은 우리의 생각, 감정, 꿈이 수조 개의 세포 연결로 이루어진 방대한 네트워크에서 서로 다른 뇌 영역이 상호 작용하는 방식에 따라 형성된다고 믿어왔습니다.
그러나 Monash University의 Turner Institute of Brain and Mental Health 팀이 이끄는 최근 연구는 인간의 뇌 활동에 대한 10,000개 이상의 뚜렷한 지도를 조사한 결과 개인 뇌의 일반적인 모양이 복잡한 신경 연결보다 인지 과정, 감정 및 행동에 더 많은 영향을 미친다는 것을 발견했습니다.
최근 저명한 저널에 게재된 이 연구는, 자연 그는 물리학, 신경과학 및 심리학의 접근 방식을 결합하여 복잡한 뇌 연결의 중요성을 강조하는 100년 된 패러다임을 뒤집고 대신 뇌 모양과 활동 사이의 이전에 과소평가된 관계를 식별합니다.
터너 연구소(Turner Institute)와 모나쉬 대학교(Monash University) 심리학과의 수석 저자이자 연구원인 제임스 방(James Bang) 박사는 이번 발견이 뇌가 어떻게 작동하고 발달하고 노화하는지 연구할 수 있는 방법을 크게 단순화했기 때문에 중요하다고 말했습니다.
Alex Fornetto(왼쪽)와 James Pang은 중요한 뇌 모양을 결정하기 위해 10,000개 이상의 MRI 이미지를 연구했습니다. 크레딧: 모나쉬 대학교
Pang 박사는 “이 작업은 뇌의 전체 연결 세트 모델보다 작업하기 훨씬 쉬운 뇌 모양 모델을 살펴봄으로써 치매 및 뇌졸중과 같은 질병의 영향을 이해할 수 있는 기회를 열어줍니다.”라고 말했습니다.
“우리는 오랫동안 특정 생각이나 감각이 뇌의 특정 부분에서 활동을 유발한다고 생각해 왔지만, 이 연구는 조직적인 활동 패턴이 거의 전체 뇌에서 자극된다는 것을 보여줍니다. 음표가 바이올린 현의 전체 길이를 따라 발생하는 진동에서 발생하는 방식과 마찬가지로, 단지 고립된 부분이 아니라,”라고 그는 말했습니다.
연구팀은 자기 공명 영상(MRI)을 사용하여 고유 모드를 연구했습니다. 고유 모드는 시스템의 다른 부분이 동일한 주파수에서 여기되는 시스템에서 진동 또는 여기의 자연 패턴입니다. 자동 모듈은 일반적으로 물리학 및 공학과 같은 분야의 물리적 시스템을 연구하는 데 사용되며 최근에야 뇌 연구에 적용되었습니다.
이 작업은 뇌의 고유 모드를 효율적으로 구성하는 가장 좋은 방법을 개발하는 데 중점을 두었습니다.
공동 저자인 BrainKey와 시드니 대학교의 Kevin Aquino 박사는 “바이올린 현의 공명 주파수가 길이, 밀도 및 장력에 의해 결정되는 것처럼 뇌 고유 모드는 구조적 특성(물리적, 기하학적 및 해부학적)에 의해 결정되지만 가장 중요한 특정 특성은 미스터리로 남아 있습니다.”라고 말했습니다.
Turner Institute와 ARC School of Psychological Science의 동료인 Alex Fornetto 교수가 이끄는 팀은 뇌 모양 모델에서 얻은 주관적 프로필이 뇌 연결 모델에서 얻은 주관적 프로필과 비교했을 때 어떻게 다른 활동 패턴을 설명할 수 있는지 비교했습니다.
Fornetto 교수는 “우리는 뇌 기하학에 의해 정의된 고유 모드(그것의 윤곽과 곡률)가 실린더의 모양이 소리에 영향을 미치는 것처럼 뇌 기능에 대한 가장 강력한 해부학적 제약을 나타낸다는 것을 발견했습니다.”라고 말했습니다.
“우리는 수학적 모델을 사용하여 연못의 모양이 떨어지는 조약돌에 의해 형성된 파도의 잔물결에 영향을 미치는 것처럼 뇌 전체에 전파되는 파도와 같은 활동에 의해 기하학과 기능 사이의 긴밀한 연결이 주도된다는 이론적 예측을 확인했습니다.”라고 그는 말했습니다.
“이러한 발견은 뇌의 모양에서 직접 뇌 기능을 예측할 수 있는 가능성을 높여 뇌가 행동의 개인차와 정신 및 신경계 질환의 위험에 어떻게 기여하는지 탐구할 수 있는 새로운 길을 열어줍니다.”
연구팀은 피험자가 인간의 뇌를 탐구하기 위해 신경과학자들이 개발한 다양한 작업을 수행하면서 얻은 10,000개 이상의 MRI 활동 지도에서 활동이 40mm 이상의 거리로 확장되는 매우 긴 파장을 가진 공간 패턴을 가진 주관적 패턴에 의해 지배된다는 것을 발견했습니다.
“이 발견은 다양한 작업 중 활동이 높은 활동의 집중적이고 고립된 영역에서 종종 발생한다고 가정하는 기존의 통념과 상반되며, 전통적인 뇌 매핑 방법은 뇌가 작동하는 방식을 이해하는 데 있어 빙산의 일각만 보여줄 수 있음을 알려줍니다.”라고 Pang 박사는 말했습니다.
참조: James C. Pang, Kevin M. Aquino, Marian Oldenkel, Peter A. Robinson, Ben de Fulcher, Michael Breakspeare, Alex Fornetto, 2023년 5월 31일, “인간 두뇌 기능에 대한 엔지니어링 제한”, 여기에서 확인 가능. 자연.
DOI: 10.1038/s41586-023-06098-1
