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정보량 최대화와 발화율 제어로부터 유도되는 신경세포 접합부의 가소성

전문가 제언: ○ 우리나라에서는 Synapse로부터 전달되는 신경세포에 대한 전달효율 및 신경활동 변화에 대한 연구가 1990년대 중반부터 실시되었으나, 정보량 최대화와 발화율 제어에 의한 신경세포 연접부의 가소성이나 뇌의 정보처리에 관계되는 분야에 대해서는 아직 초보단계에 머물고 있다.

○ Synapse 가소성은 신경세포 발화율에 의존되어 개개의 발화시각에 따라 변화하고 있다는 것을 최근 알게 되었으며 Spike 부호화에서는 발화율을 중심으로 한 종전의 해석 방법에서 발화시각을 중요시 하는 쪽으로 되고 있다. 따라서 Spike 배열 사이의 상호 정보량이 최대화가 될 수 있도록 Synapse 학습수칙을 도출할 필요가 있다.

○ 신경세포는 막 전위에 따라 특정 이온을 선택적으로 투과하는 채널을 만들어 Spike를 생성시키고 있으므로, Spike 생성에서 신경막 에너지 분자인 ATP를 소비하여 세포막 내외의 이온 농도 구배를 잘 유지하는 것이 필요하다. 그리고 정보전달 효율측면에서는 높은 발화율을 갖는 것이 바람직 하지만 이는 농도 구배를 유지하는데 에너지가 소요됨으로 적당한 빈도를 항시적으로 유지하는 것이 중요하다.

○ 본 해설에서는 개개의 Synapse가 출력 발화율을 제어하면서 신경세포를 통한 전달량이 최대화 되도록 학습수칙을 만들었으며 또한 Hebb형 가소성 성질은 실제 신경세포가 갖는 발화율 의존성과 잘 합치되면서 발달단계의 신경세포는 선택성 형성에 있어 중요한 역할을 한다는 것을 알게 되었다. 앞으로의 과제는 신경회로가 갖는 기능적 역할과 그의 분자기구 관계를 밝히는 것이라 할 수 있다.

저자: Taro TOYOIZUMI, Kazuyuki AIHARA
자료유형: 학술정보