인지지도와 뇌의 경이로운 복잡성 : 창조 설계-인간 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

2023-06-27

인지지도와 뇌의 경이로운 복잡성

(The Cognitive Map: An Incredible Display of the Brain’s Complexity)

by Jonathan K. Corrado, PH.D., P. E.

사람이 공간적 능력을 갖기 위해서는 뇌(brains)가 1)사물들이 자신과 어떤 관계에 있는지, 2)모든 것들이 다른 모든 것들과 어떤 관계에 있는지를 말해주는 것이 필요하다. 즉 공간에 대한 소위 타인중심적 공간 지도(allocentric map of space)가 필요하다. 환경을 보며 방향을 탐색하기 위해서 뇌는 주변 환경에 대한 일종의 정신적 표상(mental representation)을 생성하는 것으로 보인다. 이는 흔히 인지지도(cognitive map)라고 불려지고 있다.[1]

1971년 신경과학자인 존 오키프(John O'Keefe)와 조나단 도스트로프스키(Jonathan Dostrovsky)는 뇌에서 이 지도의 첫 번째 증거를 발견했다.[2] 이들은 주변 환경을 돌아다니는 쥐의 신경 활동(neural activity)을 모니터링했다. 연구자들은 쥐가 특정 영역에 들어갈 때마다 쥐의 해마(hippocampus)의 한 부분에서 뉴런이 빠르게 발화되는(fire) 것을 발견했다. 해마는 단기기억에서 장기기억으로 정보를 통합하는 뇌의 구성 부분으로, 항해(navigation)를 가능하게 하는(방향을 찾도록 하는) 공간 기억에서 중요한 역할을 한다. 쥐가 조금 더 멀리 이동하면 다른 뉴런이 발화하는 식으로 작동했다.

오키프와 도스트로프스키는 ‘장소세포(place cells, 위치세포)’를 발견했고[2], 일부 학자들은 이 세포가 인간의 내부 지도를 나타낸다고 주장했다.[3] 주어진 환경에서 특정 장소세포는 특정 위치에 해당하며, 쥐가 새로운 지역으로 이동할 때까지, 쥐에서 이들 신경세포는 해당 위치에 고정된 상태로 남아 있었다. 그런 다음 장소세포는 새로운 공간에 대해 다시 매핑을 한다.[2] 그렇다면 이 세포들은 쥐가 어디에 위치하는지를 어떻게 알 수 있을까?

2005년에 연구자들은 장소세포들처럼 행동하는 또 다른 뉴런 그룹을 발견했다.[4] 이 뉴런은 해마 옆의 뇌 영역인 내후각피질(entorhinal cortex)에 위치한다. 다른 기능들 사이에서, 내후각피질은 기억(memory), 탐색(navigation) 및 시간 인식(time perception)을 위한 네트워크 허브로 작동한다.[5]

실험용 쥐가 물리적 환경의 특정 위치를 통과할 때, 그 뉴런은 발화한다. 그러나 동일한 뉴런이 쥐가 서로 동일한 거리에 있는 다른 위치, 즉 현재 환경에 걸쳐 육각형 격자를 형성하는 위치에 들어갈 때도 발화했다.[6] 이를 격자세포(grid cells)라고 하며, 현재 점유하고 있는 공간을 다양한 방향과 규모의 격자로 타일링(tile, 컴퓨터 화면에서 여러 창을 겹치지 않게 늘어놓는 것)을 하는 것처럼 보인다. 각각의 새로운 공간은 다르게 타일링되지만, 개별 격자세포는 고정된 스케일을 나타낸다. 이는 마치 엄밀한 눈금자와 같아서, 다른 해상도를 가진 측량정보(metric information)와 같은 것을 제공한다.[4]

이것이 사람의 머릿속에서 어떻게 펼쳐지는지 상상해 보라. 넓은 방을 가로질러 걸을 때, 내후각피질에 있는 특정 뉴런이 3m마다 발화한다. 다른 뉴런은 대략 1m 마다 더 자주 발화하며, 다른 뉴런은 10m마다 자신의 진행 상황을 기록하는 등 다양한 방식으로 발화한다. 공간의 모든 위치는 격자세포들의 고유한 발화 패턴을 유도하고, 이는 다시 고유한 장소세포의 발화로 이어진다. 이러한 세포들, 발화순서, 위치의 조합은 사람의 머릿속에 인지지도(cognitive map)를 형성하여, 방을 가로질러 이동하기 위해서 주변 환경을 해석할 수 있게 해준다. 격자세포와 장소세포의 통합은 사람이 주변 공간을 감지하는 기계의 핵심적인 부분인 것으로 보인다.

이제 과학자들은 뇌 기능의 표면 일부만을 들여다보았을 뿐이다. 하지만 인지지도의 복잡성과 이 글의 범위를 벗어난 다른 사례들을 고려할 때, 우리의 물리적 존재가 우연이나 진화의 결과라기보다는, 놀라운 설계의 결과라는 것은 쉽게 추론할 수 있다. 과학이 발전하고 뇌의 신비가 밝혀짐에 따라, 과학자들은 지구에 살아가는 물리적 생명체들이 얼마나 놀랍도록 복잡하면서도 맞춤형으로 설계되었는지 계속해서 발견하고 있다. 로마서 11:33절은 이렇게 말씀하고 있다 :

“깊도다 하나님의 지혜와 지식의 풍성함이여, 그의 판단은 헤아리지 못할 것이며 그의 길은 찾지 못할 것이로다!"

References

1. Tolman, E. C. 1948. Cognitive maps in rats and men. Psychological Review. 55 (4): 189-208.

2. O’Keefe, J. and J. Dostrovsky. 1971. The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Research. 34 (1): 171-175.

3. Thurley, K. 2021. Place cells create landmarks. Neuron. 109 (24): 3902-3904.

4. Hafting, T. et al. 2005. Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex. Nature. 436: 801-806.

5. Tsao, J. et al. 2018. Integrating time from experience in the lateral entorhinal cortex. Nature. 561: 57-62.

6. Corrado, J. K. The Hexagon: An Indication of Order and Design in Nature. Creation Science Update. Posted on ICR.org March 13, 2023.

*Stage image: The trajectory of a rat through a square environment is shown in black. Red dots indicate locations at which a particular entorhinal grid cell fired.

Stage image credit: Khardcastle, CC BY-SA 4.0

*Dr. Corrado earned a Ph.D. in Systems Engineering from Colorado State University and a Th.M. from Liberty University. He is a freelance contributor to ICR’s Creation Science Update, works in the nuclear industry, and is a senior officer in the U.S. Naval Reserve.

*참조 : 한 새로운 인간 진화 연구에서 치명적인 결함

https://creation.kr/Apes/?idx=162928096&bmode=view

미주신경의 비밀이 밝혀지다

https://creation.kr/Human/?idx=16745532&bmode=view

인간의 뉴런에서 새로운 기능의 발견

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신경세포 뉴런의 진화는 아직도 미스터리이다.

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인체에는 오감 외에 여러 감각들이 있음이 밝혀지고 있다.

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뇌에 대한 경외감을 불러일으키는 영상물

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