상상과 실제 시각의 통합 신경 메커니즘 발견
시더스-시나이 연구진이 물체를 상상하는 것과 실제로 보는 것이 뇌에서 동일한 뉴런을 활성화시킨다는 사실을 입증했습니다. 약 40%의 세포가 두 경우 모두 동일한 강도로 활성화되며, 이는 심상의 메커니즘을 설명합니다.
마음의 눈: 시각과 상상의 통합 신경 코드 발견이 신경과학을 어떻게 바꾸고 있는가
서론
사랑하는 사람의 얼굴이나 익숙한 풍경을 떠올릴 때 왜 실제로 보는 것처럼 생생하게 느껴질까? 이 질문은 수세기 동안 철학자들을 사로잡았지만, 이제 신경생물학적 답이 나왔습니다. 2026년 4월, 시더스-시나이 메디컬 센터와 캘리포니아 공과대학(Caltech) 연구진이 저널 Science에 발표한 연구는 개별 뉴런 수준에서 처음으로 상상과 시각적 지각이 동일한 신경 메커니즘을 사용한다는 것을 입증했습니다. 배측두엽 피질의 약 40% 뉴런이 동일한 강도로 활성화되며, 사람이 물체를 보거나 단순히 상상하는지에 관계없이 단일 '코드'를 따릅니다. 이 발견은 심상의 본질을 설명할 뿐만 아니라 정신 질환 치료, 창의성 이해, 인공지능 개발을 위한 새로운 접근법의 토대를 마련합니다.
사건 개요 및 타임라인
2026년 4월 9일에 발표된 이 연구는 여러 연구 기관의 협력 결과입니다. 주요 역할은 Ueli Rutishauser 연구실의 박사후 연구원이자 이전 Caltech 대학원생이었던 Varun Wadia(그의 논문이 출판의 기초가 됨)와 캘리포니아 대학교 버클리의 Doris Tsao(영장류에 대한 장기 연구가 이론적 기초를 제공)가 담당했습니다.
이 연구의 주요 방법론적 특징은 독특한 임상 기회를 활용한 점입니다. 간질 발작 부위를 찾기 위해 일시적으로 뇌에 전극을 이식한 16명의 환자가 실험에 참여하기로 동의했습니다. 이를 통해 과학자들은 시각 인식과 기억에 중요한 영역인 배측두엽 피질에서 수백 개의 개별 뉴런 활동을 기록할 수 있었습니다. 이러한 해상도는 표준 기능적 MRI로는 얻을 수 없습니다.
절차는 두 단계로 구성되었습니다. 먼저 참가자들에게 얼굴과 물체 이미지 시리즈를 보여주면서 뉴런의 전기적 활동을 기록했습니다. 시각 반응 뉴런의 80%에 대해 연구진은 해당 뉴런이 이미지의 어떤 특정 특징에 반응하는지 결정하는 '코드'를 해독할 수 있었습니다. 여기서 인공지능 도구가 핵심 역할을 했습니다. 심층 시각 신경망이 물체의 수치적 설명을 생성하고, 생성형 AI가 새로운 이미지를 만들어 뇌의 반응을 테스트함으로써 예측을 검증하는 데 도움을 주었습니다. 그런 다음 참가자들에게 기억에서 동일한 물체를 상상하도록 요청했고, 연구진은 약 40%의 동일한 뉴런이 동일한 활동 패턴으로 재활성화되는 것을 관찰했습니다.
기본 이론적 기초는 Doris Tsao가 영장류에서 이전에 발견한 '분산 축 코드' 개념이었습니다. 이 모델에서 각 뉴런은 전체 물체가 아니라 추상적 특징 공간의 특정 차원(예: 눈 사이의 거리나 얼굴 윤곽 모양)을 인코딩합니다. 많은 뉴런의 신호 조합을 통해 뇌는 즉시 상세한 이미지를 조립할 수 있습니다. 이 모델이 인간에게 완벽하게 적용된다는 사실은 신경 메커니즘의 진화적 연속성을 중요한 방식으로 확인해 주었습니다.
이 연구는 미국 국립보건원의 BRAIN 이니셔티브, 하워드 휴즈 의학 연구소, 사이먼스 재단 글로벌 브레인 협력, Caltech의 첸 시스템 신경과학 센터의 지원을 받았습니다.
영향과 의의
기초 신경과학. 이 발견은 세포 수준에서 심상의 직접적인 인과 메커니즘을 최초로 확립했습니다. 이전의 신경영상 연구는 지각과 상상 중에 유사한 뇌 영역이 활성화된다는 것을 보여주었지만, 동일한 뉴런이 관여하는지 여부는 여전히 미해결 과제였습니다. 이제 이들이 실제로 동일한 세포이며 동일한 신경 코드를 사용한다는 것이 밝혀졌습니다. Varun Wadia의 발언 — "우리 머릿속에 생성 모델이 있다" — 은 뇌가 초기 지각 순간과 동일한 상태를 재현할 수 있음을 의미합니다.
임상 정신의학. 연구진은 결과가 정신 질환에 잠재적으로 적용될 수 있음을 직접 지적합니다. 시더스-시나이의 기능 신경외과 프로그램 책임자인 Adam Mamelak은 신경 과정을 이해하면 외상 후 스트레스 장애(PTSD), 강박 장애 및 통제할 수 없는 생생한 심상과 관련된 기타 상태에 대한 치료법이 열릴 것이라고 강조했습니다. 현실과 상상의 경계가 병리적으로 흐려지는 조현병은 향후 중재의 가장 명백한 대상 중 하나로 언급됩니다. NIH 대표 Hermon Gebrehiwet은 이 결과가 "상상과 지각에 대한 공통 신경 코드의 개념을 지지하며, 심상과 현실 변별에 장애가 있는 정신 질환을 이해하는 데 중요한 시사점을 가질 수 있다"고 언급했습니다.
신경퇴행성 질환 퇴치. Wadia는 기억 메커니즘을 이해하는 것이 알츠하이머병의 파괴적 영향으로부터 기억을 보호하는 방법을 개발하기 위한 첫 걸음이 될 수 있다고 지적했습니다. 기억이 동일한 뉴런의 재활성화라면, 기억 상실을 예방하는 것은 이 재활성화 과정의 안정성을 유지하는 데 초점을 맞출 수 있습니다.
인공지능. 발견된 메커니즘은 기계 학습의 생성 모델(데이터의 패턴을 학습하여 새로운 콘텐츠를 생성하는 시스템)의 생물학적 유사체입니다. 신경계가 자연스럽게 창의적 작업을 수행하는 방식을 이해하면 더 효율적인 AI 아키텍처 개발에 정보를 제공할 수 있습니다.
창의성 이해. 이것은 아마도 가장 근본적인 측면일 것입니다. 뇌가 지각 순간과 동일한 상태로 돌아갈 수 있다면, 창의성(음악 작곡, 그림 그리기, 추상적 문제 해결 등)은 구체적인 신경생물학적 기질을 얻게 됩니다.
사회적 측면 — 경험의 다양성. Rutishauser는 모든 사람이 생생한 심상을 형성할 수 있는 능력을 가지고 있는 것은 아니라고 강조했습니다. 그는 발표 후 "무슨 말인지 모르겠어요. 눈을 감으면 아무것도 보이지 않아요"라고 말한 과학자를 언급했습니다. 인간 경험의 다양성과 심상 능력 부재(aphantasia)에 대한 이러한 인식은 연구에 귀중한 포용성 차원을 추가합니다.
주요 관계자 반응
Science에 게재된 것은 최고 수준의 지위를 의미하며, 자동으로 과학계의 관심을 끌었습니다. 이 연구는 NPR에서 보도되어 대중의 폭넓은 관심을 나타냈습니다.
기관 차원에서 시더스-시나이와 Caltech의 협력은 생산적인 학제 간 상호작용 모델을 보여주었습니다. Rutishauser는 "이 작업은 Caltech만으로도, 시더스-시나이만으로도 수행될 수 없었을 것"이라고 말했습니다. 이식된 전극을 가진 환자에 대한 접근(시더스-시나이의 임상 자원)과 Caltech의 계산 및 이론 전문성이 결합되어 독특한 시너지를 창출했습니다.
Wadia의 멘토인 Doris Tsao는 영장류에 대한 이전 연구가 인간에서 이 코드의 존재를 예측했으며, 그녀의 이론에 대한 실험적 확인을 얻었습니다. 그녀에게 이것은 장기 연구 프로그램을 검증하고, 그녀가 발견한 신경 코딩 원리가 인간을 포함한 전체 영장류 목에 걸쳐 보편적임을 증명했습니다.
연구 그룹의 계획에는 재활성화를 위한 트리거 신호의 근원을 찾고, 다양한 뇌 영역이 상상을 구현하기 위해 어떻게 상호작용하는지 연구하는 것이 포함됩니다. 이는 후속 작업의 방향을 설정합니다.
전망과 결론
지각과 상상의 통합 신경 코드 발견은 한 단계의 완성과 다른 단계의 시작으로 볼 수 있습니다. 증명 단계는 완료되었습니다. 동일한 뉴런이 두 기능을 모두 수행한다는 가설은 가정에서 실험적으로 확립된 사실로 이동했습니다. 실용적 적용 및 메커니즘 추가 조사 단계가 시작됩니다.
향후 몇 년 동안 여러 방향에서 진전이 예상됩니다. 첫째, 뉴런 재활성화 과정을 촉발하는 뇌 구조가 식별될 것입니다. 팀은 이미 이 문제를 연구 중입니다. 이는 '기억' 시스템에 대한 표적 개입 가능성(원치 않는 심상을 강화하거나 억제)을 열 수 있습니다.
둘째, 정신의학으로의 임상 전환이 가장 유망해 보입니다. PTSD가 통제할 수 없는 생생한 외상 사건 심상을 특징으로 하고, 이러한 심상의 메커니즘이 실제 경험 중 활성화된 동일한 뉴런의 재활성화라면, 치료는 이 과정을 차단하거나 조절하는 데 초점을 맞출 수 있습니다. 마찬가지로, 조현병의 환각을 시각 뉴런의 병리적 자발적 활성화로 이해하면 더 표적화된 신경조절 중재의 길이 열립니다.
셋째, 인공지능의 경우 뇌의 생성 모델 생물학적 메커니즘은 더 효율적인 컴퓨팅 시스템을 만들기 위한 청사진(아키텍처 템플릿)을 제공합니다. Wadia가 언급했듯이 "오늘은 과학 프로젝트, 내일은 임상 실습"입니다.
중요하게도, 이 연구는 한계와 새로운 질문도 드러냈습니다. 동일한 뉴런이 관여한다면 왜 상상이 실제 시각보다 시각적으로 '약할까'? 가능한 답은 상상 중에는 40%의 뉴런만 활성화되고, 실제 시각 중 활동을 조절하고 강화하는 상승 감각 흐름이 없다는 것입니다. 재활성화 신호는 어디에서 오는가? 아직 답이 없습니다.
따라서 2026년 4월의 작업은 종착점이 아니라 한 세대의 연구를 위한 토대입니다. 인류는 처음으로 철학적 추측이 아니라 뇌가 눈을 감고 어떻게 '보는지'에 대한 구체적인 생물학적 모델을 갖게 되었습니다. 그리고 이 모델은 정신과 치료에서 새로운 AI 아키텍처 세대에 이르기까지 실용적인 결실을 약속합니다.
— Editorial Team
