[개발한 시스템을 이용하여 자유롭게 행동하는 6마리 생쥐의 뇌신호를 동시 측정하는 실험 장면 및 결과]

(왼쪽) 개발한 시스템을 이용하여, 자유롭게 행동하는 6마리 생쥐의 뇌 신호를 측정하는 실험 장면, (오른쪽) 각 생쥐로부터 측정된 뇌신호

연구진은 경쟁 시 행동과 뇌 활동의 연결고리를 찾고자 공복상태의 생쥐 두 마리에 개발한 시스템을 장착, 먹이 경쟁 실험을 진행했다. 직사각형 상자 내 시작 영역에 두 마리 생쥐가 동시에 들어가면, 맞은편에 먹이를 제공하여 경쟁을 유도했다.

[개발한 시스템을 이용한 음식 경쟁 테스트]

굶주린 두 마리 생쥐가 시작 영역에 들어간 후 작은 먹이 알갱이가 제공되면 음식 경쟁이 펼쳐진다.

[개발한 시스템을 이용한 음식 경쟁 테스트 모식도 및 측정 결과]

(왼쪽) 음식 경쟁 테스트 모식도. 두 마리 생쥐가 시작 영역에 들어가면 먹이가 제공된다. (오른쪽) 전체 10분 동안 측정된 뇌 신호를 시각화한 그래프.

내측 전전두엽 분석 결과, 먹이를 빼앗거나 지킬 때 뇌 활동이 활발해짐을 확인하였다. 내측 전전두엽이 경쟁 중 목표물 뺏기와 지키기 행동과 직접 연관됨을 알 수 있다.

[먹이를 지키는 행동과 빼앗는 행동에서 내측 전전두엽의 뇌신호 변화]

먹이를 지키는 행동과 빼앗는 행동에서 내측 전전두엽의 뇌 신호 발화율이 증가함을 보여준다

[먼저 도착한 생쥐와 뒤늦게 도착한 생쥐의 각 행동별 내측 전전두엽의 뇌신호 발화율 비교 그래프]

먼저 도착한 생쥐와 뒤늦게 도착한 생쥐에서 지키는 행동, 빼앗는 행동 그리고 후퇴하는 행동과 나머지 행동들 사이에 평균 발화율을 비교하는 그래프들이다. 두 생쥐 모두 먹이를 지키는 행동과 빼앗는 행동에서 평균 발화율이 증가하였다.

특히 뇌 활동은 상대의 먹이를 빼앗은 후 이를 지키는 행동으로 전환할 때 더욱 격렬해졌다. 경쟁 시 목표물을 쟁취하는 것보다 지키는 행동이 더 힘들고 중요하다는 의미다.

[뒤늦게 도착한 생쥐가 먹이를 빼앗는 행동에서 지키는 행동으로 전환할 때의 내측 전전두엽의 뇌신호 변화]

(왼쪽) 뒤늦게 도착한 생쥐가 앞선 생쥐의 먹이를 빼앗은 뒤 이를 지키는 행동으로 전환하는 과정을 나타낸 모식도, (오른쪽) 먹이를 빼앗는 행동에서 지키는 행동으로 전환할 때 내측 전전두엽의 뇌신호 발화율이 증가함을 보여주는 그래프이다.

조일주 단장은 “행동에 따른 뇌 신호 변화 관찰에 유용한 도구를 개발했다”며 “이에 약물 전달, 빛 자극 등 다양한 기능을 추가하여 뇌 작동 원리 규명 및 뇌 질환 정복에 기여하고자 한다”고 전했다.

신희섭 명예연구위원은 “자유롭게 행동하는 동물간 경쟁에서 중요한 행동 유형을 발견하고, 그에 따른 뇌 신호를 관찰한 것은 이번이 최초”라며, “경쟁을 비롯한 다양한 사회성 연구에 확대 적용할 계획”이라고 전했다.