손이 사포와 실크 구별하는 비결은 ‘뉴런 패턴’

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연구팀은 히말라야원숭이에게 다양한 질감으로 이뤄진 회전통을 만지게 한 다음 뇌 반응을 관찰했다. Matt Wood, University of Chicago 제공

사람을 비롯한 영장류의 손은 다른 동물의 앞발이나 지느러미에 비해 훨씬 감각이 뛰어나다. 특히 손은 사포와 유리처럼 거칠기가 전혀 다른 소재뿐 아니라, 벨벳과 실크처럼 질감이 비슷한 소재의 미세한 차이도 구별할 수 있다.

최근 미국 시카고대 과학자들은 손이 촉각을 느낄 때 활성화하는 뉴런 무리가 다양한 패턴을 나타내는 덕분에 수많은 질감을 미세하게 구별할 수 있다는 사실을 알아내 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 2월 4일자에 발표했다.

촉각정보는 피부와 신경계를 거쳐 대뇌에서 인지된다. 시카고대 유기체생물학및해부학과 슬리맨 벤스마이아 교수팀은 서로 다른 질감을 느낄 때 뇌에서 각각 어떤 뉴런들이 활성화하는지 관찰했다.

연구팀은 사람과 촉각 능력이 가장 비슷한 동물인 히말라야원숭이에게 다양한 질감을 내는 회전통을 만지게 하고 감각 피질에 이식된 전극을 통해 뇌 반응을 실시간으로 관찰했다. 이 회전통은 영역마다 사포처럼 까끌까끌하거나 직물처럼 부드러우면서도 거칠거나, 플라스틱처럼 매끄럽다.

그 결과 원숭이가 거친 표면을 만질 때와 매끄러운 표면을 만질 때 각각 활성화하는 뉴런들이 달랐다. 또한 질감에 따라 활성화하는 뉴런들에 일정한 패턴이 있었다. 연구팀은 히말라야원숭이가 약 55가지의 질감을 미세하게 구별할 수 있음을 확인했다.

벤스마이아 교수는 “우리는 질감을 표현할 때 ‘거칠다’, ‘부드럽다’, ‘단단하다’ 외에도 복잡한 형용사를 사용한다”면서 “뇌가 그만큼 다양한 질감을 느낀다는 증거”라고 말했다. 그는 “옷감처럼 질감이 달라지는 부분이 반복하는 패턴이나, 표면에 난 작은 돌기의 크기나 높이 등을 미세하게 감지해 다양한 질감을 느낄 수 있는 것”이라고 설명했다.

한편 벤스마이아 교수는 뇌파로 움직이는 로봇팔을 개발한 니콜라스 하소포러스 유기체생물학및해부학과 교수와 함께 실제 손과 발처럼 움직이고 감각을 느낄 수 있는 의수와 의족을 개발하고 있다. 생각만으로 자유롭게 움직일 수 있는 손에 달린 센서로 얻은 촉각정보를 뇌에 전송하는 원리다.