“초식동물이나 물고기 군집행동 뇌과학으로 푼다”

KIST-ETRI, 동물군집 뇌연구시스템 개발

최지현 박사 “뇌질환 치료·집단지능 규명에 활용”

최지현(왼쪽) KIST 박사와 이성규 ETRI 박사.

맹수의 공격에 맞서는 초식동물이나 상어에 대응하는 물고기 등이 군집행동을 할 때와 같은 집단지능의 비밀을 뇌과학적으로 밝혀내기 위한 군집 뇌연구 시스템이 나왔다.

최지현 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 박사팀과 이성규 한국전자통신연구원(ETRI) 지능형센서연구실 박사팀은 무리 생활을 하는 동물들의 뇌 활동을 실시간으로 관찰하고 분석할 수 있는 시스템을 개발했다고 14일 밝혔다.

초식동물이나 물고기, 새, 개미, 꿀벌 등은 개체보다 집단으로 행동하면 큰 힘을 발휘하나 집단지능의 원리는 뇌과학적으로 아직 밝혀지지 않고 있다.

공동 연구팀은 모바일 에지 컴퓨팅(MEC) 기술을 동물의 뇌에 장착, 뇌신호를 실시간으로 감지해 빛의 반짝임으로 나타내주는 초소형 프로세서와 LED가 집적화된 실시간 무선 뇌파 측정·분석시스템(CBRAIN)을 개발했다. 반딧불이 무리가 동시다발적으로 반짝거리는 모습에서 착안한 것이다. 이 시스템을 실험동물의 뇌에 장착하면 뇌의 특정 부위에서 나오는 신호를 실시간으로 감지해 LED가 반딧불이처럼 반짝이게 해 뇌 활동을 눈으로 확인할 수 있다.

군집 생쥐들의 뇌 활동 모니터링 시스템 CBRAIN 시스템. 하단은 생쥐의 편도체 뇌파를 LED 빛으로 표시한 모습.

연구팀은 CBRAIN을 생쥐 8마리에 적용, 공포 감정을 조절하는 뇌의 한 부분인 기저측편도체에서 발생하는 경계신호(감마진동·Gamma oscillations)를 찾아 이 신호에 빛을 깜빡이도록 했다. 이어 거미 모양의 로봇을 투입할 때 나타나는 신호를 딥러닝 등으로 분석했다. 그 결과, 쥐가 모여 있는 우리에 거미 로봇을 넣는 순간 쥐들에 부착된 CBRAIN 시스템의 LED가 동시다발적으로 반짝였다. 8마리가 무리 지어 있으면 1마리만 있을 때보다 경계신호 발생 빈도가 감소했다. 거미 로봇과 가까운 생쥐에게서는 강한 경계신호가 나타났지만 무리 안쪽 생쥐에게서는 평온한 때와 차이가 없었다.

연구팀은 이는 동료와 같이 있으면 긴장이 누그러지는 사회적 완충 효과가 일어난다며 이를 집단 전체의 효율적 방어를 위한 역할 분담으로 해석했다. 최 박사는 “CBRAIN 시스템은 뇌과학자뿐 아니라 생태학, 통계학, 인공지능 등의 연구자도 활용할 수 있다”며 “인간의 사회적 뇌연구에 적용해 사회성 연구와 관련된 뇌 질환 치료에 활용하고 집단지능 원리도 밝힐 것”이라고 말했다. 이 연구는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’(Science Advances) 최신호에 게재됐다. /고광본 선임기자 [e-mail]