22세에 국제학술지 논문 게재할 수 있었던 이유는

[이데일리 강민구 기자] 22세 대학생이 연구한 논문이 국제학술지에 실리고, 표지 논문으로도 선정됐다. 화제의 주인공은 한국과학기술원(KAIST)에 재학중인 김진우 바이오·뇌공학과 학생이다.

김군은 백세범 바이오·뇌공학과 교수의 지도를 받아 학부생 개별연구 프로젝트를 통해 학부 3학년때부터 연구를 수행했다. 연구와 학업을 병행하며 두뇌 시각 피질에서 관측되는 주요 신경망 연결 구조 중 하나인 ‘장거리 수평 연결’이 두뇌 발생 초기에 형성되는 원리를 알아냈다. 연구 결과는 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘저널 오브 뉴로사이언스’에 실리며 가치를 인정받았다.

이번 연구는 망막의 신경절 세포에서 자발적으로 발생하는 망막 파동의 시공간적 패턴을 재현하고, 이 패턴이 시각 피질에 전달돼 신경세포들을 자극하는 과정을 컴퓨터로 시뮬레이션했다. 망막 파동에 의해 시각 피질 내의 장거리 연결이 형성되는 과정을 확인한 것이다.

연구 결과는 시각 피질의 주요 기능 회로가 외부 시각 자극이 주어지기 이전에 발달 초기의 감각기관 세포의 자발적인 신경 활동으로 발생한다는 사실을 시사해주고 있다. 그동안 시각신경시스템을 놓고 뇌가 스스로 발달해 생긴다는 주장과 망막에서 오는 지시적 신호로 발생한다는 주장이 엇갈리던 상황에서 뇌에서 발생한다는 주장에 힘을 실어 준 셈이다.

연구는 뇌 신경과학뿐만 아니라 진화생물학, 인공신경망 등 다양한 분야에서 이론적 기반을 제공한다는 점에서도 의미가 있다.

김군은 이러한 성과를 내기까지 과정을 ‘조각 모으기’에 비유했다. 선행 연구자의 논문을 읽고, 시뮬레이션 분석, 토론을 통해 성과가 나왔기 때문이다. 김군은 “수 백편의 논문을 읽고 이 중 100편 정도를 실험 데이터로 활용해 연구결과로 엮었다”며 “지도 교수의 연구기반을 토대로 수행한 활발한 토론, 실험보다 시뮬레이션을 통한 보다 빠른 연구로 이뤄져 성과를 낼 수 있었다”고 했다.

그는 “뇌가 외부 세계에 대한 감각 정보를 처음 경험하기 이전에 어떻게 비지도적 학습을 하는지 여부를 그동안 알려진 실험 데이터를 기반으로 이론적으로 풀어냈다”며 “이 같은 연구가 향후 데이터 학습에 의존하지 않는 새로운 형태의 인공신경망 연구에도 도움이 될 것”이라고 기대했다.

지도 교수인 백세범 교수도 제자의 연구성과에 의미를 부여했다. 백 교수는 “일반 실험과 달리 ‘계산뇌과학’의 일환으로 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 연구에 학생의 노력이 더해지며 1년여 연구만에 성과를 도출할 수 있었다”며 “기존 다른 연구팀이 발표했던 논문과 정반대 이론을 제시하면서 근거까지 수록했다는 점에서 뇌회로 발달에 중요한 연구 관점을 보여줬다”고 말했다.

김진우 학생이 연구한 논문은 ‘저널 오브 뉴로사이언스 표지’로 선정됐다.<자료=한국과학기술원>