놀라울 정도로 자세한 뇌 지도는 언어 인코딩 뉴런의 활동을 보여줍니다.

과학자들은 뇌 활동을 '엿듣기'를 통해 다양한 단어의 의미를 인코딩하는 뉴런에 대한 역대 최고 해상도의 지도를 만들었습니다. 연구 결과에 따르면, 개인 간에 뇌는 동일한 표준 범주를 사용하여 단어를 분류하고, 소리를 의미로 전환하는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다.

"이 연구는 영어 단어만을 대상으로 했습니다. 하지만 뇌가 언어 도서관에 단어를 저장하는 방식을 이해하는 데 큰 진전을 이룬 것입니다."라고 케임브리지 매사추세츠 공과대학(MIT)의 신경외과 의사 지브 윌리엄스는 말했습니다. "서로 다른 단어에 반응하는 뇌 세포의 중첩된 집합을 매핑함으로써, 우리는 단어가 뇌에 어떤 의미를 갖는지에 대한 동의어 사전을 구축할 수 있습니다."

의미 지도

인간의 귀에 단어의 소리가 들어오는 대로 그 소리를 처리하는 역할을 하는 청각 피질이라는 뇌 영역이 있습니다. 하지만 단어의 '의미적 의미', 즉 단어의 본질이나 요점을 처리하는 것은 고차원적 뇌 활동이 일어나는 영역인 전전두엽 피질입니다.

이전의 몇몇 실험에서는 뇌의 혈류 이미지를 분석하여 이 과정을 연구했는데, 이는 뇌 활동을 측정하는 방법입니다. 이러한 방법을 통해 연구자들은 단어의 의미를 뇌의 작은 영역에 매핑할 수 있습니다.

하지만 윌리엄스와 그의 동료들은 개별 뉴런이 실시간으로 언어를 인코딩하는 방식을 살펴볼 수 있는 독특한 기회를 발견했습니다. 그의 팀은 간질 수술을 앞둔 자원봉사자 10명을 모집했는데, 각 자원봉사자의 뇌에 전극을 이식하여 발작의 원인을 파악했습니다. 연구팀은 전극을 이용해 각 자원봉사자의 전전두엽 피질에 있는 약 300개의 뉴런 활동을 기록했습니다.

자원봉사자들이 총 450개의 단어로 구성된 짧은 문장을 듣는 동안 과학자들은 어떤 뉴런이 언제 활성화되었는지에 대한 자세한 정보를 기록했습니다. 윌리엄스는 각 단어마다 약 2~3개의 뉴런이 활성화되는 것을 발견했는데, 이는 연구팀이 전두엽 피질의 수십억 개 뉴런 중 극히 일부에서만 활동을 기록했음에도 불구하고입니다. 그런 다음 연구자들은 동일한 신경 활동을 촉발하는 단어들 사이의 유사점을 살펴보았습니다.

다능성 뉴런

비슷한 범주에 속하는 단어 중에서도 같은 뉴런 그룹이 반응하는 단어가 있습니다. 예를 들어, 행동이나 인간과 관련된 단어가 있습니다. 연구팀은 또한 '오리'와 '계란'처럼 뇌가 서로 연관시킬 수 있는 단어가 일부 동일한 뉴런을 활성화한다는 사실을 발견했습니다. '쥐'와 '쥐'처럼 비슷한 의미를 가진 단어는 '쥐'와 '당근'보다 더 유사한 신경 활동 패턴을 촉발합니다. 다른 뉴런 그룹은 '위'나 '뒤'와 같은 더 추상적인 개념을 포함하는 단어에 반응합니다.

따라서 뇌가 단어에 할당한 범주는 참가자 간에 유사했으며, 이는 인간의 뇌가 같은 방식으로 의미 그룹을 합성할 수 있음을 시사합니다. 전전두엽 피질 뉴런은 단어를 소리로 구분하지 않고, 오직 의미로만 구분합니다. 예를 들어, 어떤 사람이 문장 속에서 '아들'이라는 단어를 들으면, 가족과 관련된 단어들이 떠오를 것입니다. 하지만 그 뉴런들은 같은 문장에 '태양'이라는 단어가 들어있음에도 불구하고 반응하지 않았습니다. 두 단어의 발음이 거의 동일했음에도 불구하고요.

마음 읽기

어느 정도까지, 연구자들은 신경 세포의 활성화를 관찰하여 사람들이 무엇을 듣고 있는지 알아낼 수 있습니다. 예를 들어, 그들은 문장을 정확하게 표현할 수는 없지만 문장 안에 동물, 행동, 음식 종류가 순서대로 들어 있다는 것을 알 수 있습니다. 연구자들은 단어와 그 유형에 해당하는 뉴런을 식별할 수 있었을 뿐만 아니라, 단어를 말한 순서도 식별할 수 있었습니다. 자연스러운 속도의 언어는 장애인의 언어 능력을 회복할 수 있는 미래의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치 개발에 매우 ​​중요할 것입니다.