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로봇거미에 놀란 생쥐.. 뇌에서 불이 '반짝'

황준호 입력 2021. 01. 14. 12:02

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개미나 꿀벌은 군집을 이뤄 먹이를 모으고 포식자로부터 자신을 보호한다.

CBRAIN는 반딧불이 무리가 동시다발적으로 반짝거리는 것처럼 동물의 뇌 신호를 실시간 감지해 LED 불을 밝혀준다.

CBRAIN를 장착한 생쥐 무리에 생쥐보다 큰 거미 모양의 로봇을 투입해 위협 상황에서 발현되는 집단 행동을 연구했다.

생쥐들의 LED는 거미 로봇이 우리에 들어오자, 동시다발적으로 점등됐다.

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집단 지능의 비밀을 밝혀낼 군집 뇌연구 시스템 개발
뇌활동과 행동을 동시에 관찰할 수 있는 새로운 개념 제시
외부 공격에 대한 집단방어 행동의 뇌과학적 원인 발견
생쥐의 편도체 뇌파가 LED 빛으로 표시되고 있다.

[아시아경제 황준호 기자] 개미나 꿀벌은 군집을 이뤄 먹이를 모으고 포식자로부터 자신을 보호한다. 새나 물고기도 군집을 이뤄 생활한다. 이를 집단 지능이라고 하는데, 집단 지능이 발휘되는 원리는 베일에 쌓여 있다. 살아있는 동물들이 집단 지능을 발휘할 때 실시간으로 뇌파 등의 정보를 얻기가 수월치 않기 때문이다. 국내 연구진이 이처럼 뇌 과학의 풀리지 않는 난제로 남아 있던 동물의 집단 지능의 비밀을 푸는데 실마리를 제공할 '실시간 무선 뇌파 측정·분석시스템(CBRAIN)'을 개발했다. 최지현 한국과학기술연구원 뇌과학연구소 소속 박사와 이성규 한국전자통신연구원 지능형센서연구실 박사의 공동 연구팀은 이 시스템을 개발해, 관련 연구 성과를 국제 학술지인 사이언스 어드밴시스에 실었다고 14일 밝혔다.

동물의 뇌 신호를 LED로 관찰

군집 생쥐들의 뇌 활동을 모니터링하는 CBRAIN의 개괄 설명도

CBRAIN는 반딧불이 무리가 동시다발적으로 반짝거리는 것처럼 동물의 뇌 신호를 실시간 감지해 LED 불을 밝혀준다. 연구자는 이를 통해 동물의 감정과 생각을 눈으로 관찰할 수 있다.

연구팀은 이를 활용해 생쥐 무리를 관찰했다. CBRAIN를 장착한 생쥐 무리에 생쥐보다 큰 거미 모양의 로봇을 투입해 위협 상황에서 발현되는 집단 행동을 연구했다. CBRAIN는 공포 감정을 조절하는 뇌의 한 부분인 기저측편도체에서 발생하는 경계신호를 찾아 이 신호에 빛을 내도록 장착했다. 이어 거미 로봇의 공격에 혼자 대항할 때와 동료들과 같이 대항할 때의 차이를 딥러닝 등을 활용해 분석했다.

인간의 사회적 뇌 연구에도 활용 가능

위협 인자에 대한 생쥐의 행동과 편도체에서 발생하는 감마파의 발생 여부를 동시에 관찰했다.

생쥐들의 LED는 거미 로봇이 우리에 들어오자, 동시다발적으로 점등됐다. 다만 8마리의 쥐가 무리 지어 있으면 1마리만 있을 때보다 경계신호의 발생 빈도가 줄었다. 또 무리 바깥에 있는 쥐들은 강한 경계신호를 나타내는 반면, 무리 안쪽의 생쥐들은 평온할 때와 비슷한 신호가 관찰됐다. 연구팀은 동료와 같이 있으면 경계신호가 줄고 긴장이 누그러지는 사회적 완충 효과가 일어나는데, 이는 집단 전체의 효율적 방어를 위한 역할 분담에 따른 것이라고 해석했다.

KIST 최지현 책임연구원은 "CBRAIN 시스템은 뇌신호를 빛의 반짝임으로 나타내기 때문에 뇌과학자뿐만 아니라 생태학, 통계학, 인공지능 등 다양한 분야의 연구자들이 직접적으로 활용할 수 있어 타분야 연구 성과에도 기여할 수 있을 것"이라며 "CBRAIN을 인간의 사회적 뇌 연구에도 적용해 사회성 연구나 이와 관련한 뇌 질환 치료에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr

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