회충의 뉴런을 현미경으로 조사한 후. 회충 자신이 생각하는 바에 따라서 상황 마다 다르게 반응한다는 것을 새로운 연구가 확인하였다. 연구자들은 벌레들이 자신들이 생각하는 바에 따라 주변 냄새에 반응하도록 스스로 선택하는 것을 알아 냈다. 인간이 자유 의지를 가진 것처럼 말이다.
뉴욕의 록펠러 대학 과학자들은 현미경에서나 보이는 예쁜꼬마성충(Caenorhabditis elegans)의 두뇌를 연구했다. 회충의 302개의 뉴런과 7천 개의 시냅시스는 인간 두뇌의 860억의 뉴런과 100조의 시냅시스와 비교했을 때 상대적으로 매우 작다. 그러나 인간의 두뇌에 대해 하기 거의 불가능한 신경의 까다로운 질문들을 회충의 두뇌에 할 수 있다는 점에서 유용하다고 볼 수 있다.
벌레들은 먹을만한 분해된 물질을 찾아 돌아다니며 시간을 보낸다. 냄새를 맡으면 대개는 무작위 회전을 멈춘 후, 냄새가 나는 곳으로 직선으로 이동을 한다. 이러한 행동의 변화는 냄새를 인식하고 정보를 네트워크에게 전달하는 감각 뉴런으로부터 시작되었고, 과학자들은 이 네트워크를 관찰하였다.
벌레들이 이소아밀 알코올의 매혹적인 과일 향기를 인식하자, 네트워크 상의 뉴런들은 벌레들이 냄새로 접근할 수 있도록 낮은 활동 상태로 들어간다. 그러나 가끔은 감각 뉴런이 냄새를 지각했음에도 불구하고 매우 활동적인 상태를 유지하며 지속적으로 돌아다닌다. 보통 맛있는 냄새를 발견하면 회충은 냄새가 나는 곳을 알아보기 위해 움직임을 멈추지만, 때때로 그렇지 않을 수도 있다는 것을 과학자들이 발견한 것이다. 이는 인간이 같은 자극에 항상 같은 반응을 일으키지 않는 것과 같다.
“우리는 향기가 도착하는 바로 그 순간, 세 개의 뉴런의 집단적 상태가 벌레로 하여금 냄새를 향해 움직이게 할지 여부를 결정한다는 것을 발견했습니다.”라고 코리 바그먼 박사는 말한다. “본질적으로 기준이 되는 시점에 벌레가 무슨 생각을 하고 있는지가 앞으로 어떻게 반응할지를 결정한다는 것이죠.” “신경 시스템은 수동적으로 외부 신호를 기다리고 있지 않으며, 행동을 결정하는데 있어 외부 신호만큼 중요한 자신의 내부 활동 패턴을 가지고 있음을 의미합니다.”
연구자들은 또한 뉴런 각각의 활동을 변화시켜서 다양한 결과를 내놓게 하는 방식으로 각 뉴론의 역할을 찾아낼 수 있었다. 뉴런들의 활동을 녹화한 후, 연구팀은 세 개의 뉴런들에게서 세 개의 상태가 지속되는 것을 확인하였다. 모두가 꺼져있거나, 모두가 켜져 있거나, 또는 AIB로 불리는 뉴런만 켜져 있는 경우이다.
만약 모든 뉴런이 꺼져 있으면, 냄새 신호가 도착하더라도 냄새를 향해 움직이지 않는다. 모두가 켜져 있어도 항상 냄새 쪽으로 움직이지 않는 것은 아니였다. 세 번째로 AIB만 활성화 되어 있는 상태에서 냄새가 도달하면 모든 것이 아예 꺼져 버렸다. “이것이 의미하는 바는 AIB에게 상황이 중요하다는 것입니다.”라고 연구원인 앤드류 고더스씨는 말했다.
AIB는 네트워크에서 신호를 받아들이는 첫 번째 뉴런이다. 그러고 나서 다른 두 개의 네트워크 동료인 RIM과 AVA에게 신호를 전달한다. AVA는 마지막으로 지시사항을 근육에 보내는 역할을 한다. 연구자들이 RIM과 AVA를 하나씩, 그리고 모두 끄는 방식으로, 냄새 신호에 대한 AIB의 응답이 향상되는 것을 발견했다. 이 두 개의 뉴런에서 나온 데이타가 네트워크를 통과하면서 감각 신호와 경쟁한다는 것을 암시하는 것이다.
이 설명을 더 미묘한 인간에게 적용시킨다면, 우리 두뇌가 경쟁하는 동기들을 처리하는 방식에 대해 알려줄 수 있을지도 모른다. “허기가 사람을 길 건너편에 있는 맛있는 냄새가 가는 식당으로 발걸음을 옮기게 할지도 모릅니다. 그러나, 추위에 대한 반감이 사람을 실내에 머물게 할 수도 있죠.”라고 고르더스 박사는 설명한다.
