간단한 신경회로도 복잡한 행동을 만든다

핵심 요약

• 뉴런이 어떻게 복잡한 행동을 만드는지는 신경과학의 핵심 질문이며, 과학자들은 지난 수십 년간 이를 규명해왔다.
• 빛을 따라가는 가상 생물 '스파크'를 만들어 신경회로의 영향을 보여준다.
• 한 개의 감각 뉴런(눈)과 한 개의 운동 뉴런(지느러미)을 연결하면 스파크는 빛의 밝기에 비례해 움직이지만, 대부분 빛을 놓친다.
• 눈 두 개와 지느러미 두 개를 추가해도 처음에는 빛을 피하는 역방향 행동이 나타나는데, 이는 신경 연결을 교차로 연결하면 해결된다.
• 흥분성 연결만으로는 스파크가 빛에 충돌하므로, 억제성 연결(더 많은 입력이 더 적은 출력을 만드는 연결)로 바꾸면 천천히 멈춘다.
• 두 종류의 연결을 함께 사용하면 스파크는 빛을 향해 우아하게 방향을 틀고 정지한다.
• 겨우 4개의 뉴런과 2개의 연결로도 복잡해 보이는 지능적 행동이 나타나며, 뇌의 기본 구조에서 행동이 비상향식으로 나타난다는 것을 보여준다.
• 신경 연결의 강도를 변화시키면 각 스파크가 빛에 대해 다른 반응을 보이며, 마치 온도계가 선호 온도를 정하듯 뇌의 배선이 선호도를 결정한다.
• 실제 생물의 뇌는 훨씬 복잡하고 학습을 통해 신경 연결을 재구성하지만, 이 모델은 신경회로의 기본 원리를 이해하기 위해 의도적으로 단순화했다.
• 다음 글에서는 스파크가 빛을 찾기 위해 신경회로를 재배선하는 학습 과정을 다룰 예정이다.
• 이 실험은 신경과학자 발렌티노 브라이텐베르그의 1984년 저서 『Vehicles: Experiments in Synthetic Psychology』의 사고 실험을 바탕으로 한다.