뇌파의 복잡한 형태가 뇌의 정보 처리 과정을 드러냅니다

AI 요약

뇌의 전기 활동은 흔히 알파파·베타파처럼 주파수에 따라 구분합니다. 하지만 여러 뉴런의 활동이 뇌 영역을 가로질러 이동하는 ‘여행파(traveling wave)’는 단순한 진동의 흔적이 아니라 정보 처리와 관련된 현상일 수 있습니다. 최근 연구에서는 파동이 한 방향으로만 움직이지 않고, 특정 지점에서 퍼져 나가거나 한곳으로 모이며 소용돌이처럼 회전하는 등 다양한 형태를 보였습니다.

전극 기록으로 포착한 파동

뇌파 검사(EEG)는 두피에 전극을 붙여 뇌의 전기 활동을 측정합니다. 다만 두개골 바깥에서 기록하면 공간적 세부 정보를 얻기 어렵습니다. 시카고대학교의 조슈아 제이컵스(Joshua Jacobs) 연구팀은 간질 치료 과정에서 뇌 안에 전극을 삽입한 환자의 동의를 받아, 특정 뇌 영역에 놓인 약 100개 전극으로 활동을 고해상도로 기록했습니다.

연구팀은 2024년 《Nature Human Behavior》 논문에서 기억 과제를 수행하는 동안 대뇌피질을 가로질러 앞뒤로 움직이는 파동을 보고했습니다. 시각 정보가 뇌 뒤쪽에서 처리된 뒤 앞쪽의 전전두피질로 이동하는 양상은 기억을 저장하는 과정과 연결될 수 있습니다. 제이컵스의 협력자 우마 모한(Uma Mohan)은 뇌가 빠른 시간 안에 기억 부호화와 회상 기능을 바꾸는 방식일 수 있다고 설명했습니다.

기억 과제에 따라 달라지는 파동

2026년 4월 《Nature Communications》에 발표된 연구에서는 참가자들이 두 가지 기억 과제를 수행했습니다. 하나는 화면에서 본 단어를 기억하는 언어 과제였고, 다른 하나는 가상 환경을 돌아다니며 물체의 위치를 기억하는 공간 과제였습니다. 제이컵스와 애닙 다스(Anup Das)는 기존에 사람의 깨어 있는 뇌에서 확인하지 못했던 두 종류의 파동을 관찰했습니다.

첫 번째는 잔잔한 호수에 돌을 던졌을 때처럼 한 지점에서 동심원 모양으로 퍼지는 파동입니다. 반대로 여러 파동이 한 지점으로 모이는 형태도 나타났습니다. 두 번째는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 도는 나선형 파동입니다. 연구팀은 공간 과제에서 이런 회전 파동을 언어 과제보다 조금 더 자주 관찰했습니다. 제이컵스는 공간 과제가 더 복잡한 기억 행동을 요구한다는 점과 파동 형태의 차이가 관련될 가능성을 제시했습니다.

연구팀은 전극 하나씩 또는 소수의 전극만 살펴보면 전체 패턴을 놓칠 수 있다고 설명합니다. 전극을 적절한 간격으로 묶어 분석해야 파동의 구조와 방향이 뚜렷해진다는 설명입니다. 공동 저자인 피츠버그대학교의 수리생물학자 바드 어먼트라우트(Bard Ermentrout)는 이전에 단순한 평면파로 보였던 것이 실제로는 더 큰 회전 패턴의 일부일 수 있다고 말했습니다. 태풍의 눈 근처에 가지 않으면 한 방향으로 부는 바람만 느끼듯, 측정 위치와 간격이 전체 파동을 포착하지 못했을 수 있다는 비유입니다.

파동은 정보 처리에 관여할까요

여행파가 뇌의 여러 영역 활동을 조정하는 역할을 한다는 견해가 있습니다. MIT의 얼 밀러(Earl K. Miller)는 뉴런 사이의 안정적인 연결 구조와 달리 파동은 행동에 맞춰 빠르게 변할 수 있다고 봅니다. 뉴런의 연결이 장기 기억에 필요한 구조를 제공한다면, 파동은 그 정보가 생각과 신경 처리로 표현되는 방식일 수 있다는 설명입니다. 감각 처리와 예측, 뉴런의 발화 가능성 조절에 파동이 관여한다는 연구도 소개됩니다.

쥐의 뇌를 살핀 2026년 6월 《Science》 논문에서도 회전 파동이 관찰됐습니다. 선전 의학연구전환아카데미의 예 즈원(Zhiwen Ye)과 워싱턴대학교의 니콜러스 스타인메츠(Nicholas Steinmetz)는 좌우 반구에서 서로 대응하며 동기화되는 파동을 보고했습니다. 체성감각피질에서는 축삭 뉴런이 원형으로 연결된 구조도 관찰됐습니다. 예는 이런 회로가 파동을 만들고 매개할 수 있다고 설명했습니다.

반면 뉴욕대학교의 죄르지 부자키(György Buzsáki)는 파동을 신경세포 아래에서 일어나는 활동의 반영으로 봅니다. 뉴런이 많고 서로 동기화될수록 전기장과 진동도 강해질 수 있지만, 뉴런의 계산은 시냅스에서 일어나므로 세포 바깥 공간의 파동이 별도로 기능할 필요는 없다는 주장입니다. 현재 자료만으로 파동이 뇌 정보 처리의 원인인지, 그 과정에서 나타나는 부산물인지 결론 내리기는 어렵습니다. 환자의 간질 치료를 위해 전극을 삽입한 위치에서만 측정했다는 한계도 있어, 이런 패턴이 뇌 전체에 얼마나 흔한지는 알 수 없습니다.

Hacker News 반응

• @paimapi — 제목은 다소 선정적입니다. 뇌파 측정은 유용한 임상 결과를 낳기도 했지만 엉터리 유사과학에도 이용되므로, ‘뇌파’와 큰 주장이 함께 나오면 신중해야 합니다. 더 정확하지만 덜 눈길을 끄는 제목은 ‘두개강 내 기록으로 기억 과제 중 나선형·동심원형 뇌파를 발견하다’ 정도입니다. 간질 환자 소수에게 제한된 기억 과제를 수행하게 한 연구입니다. 뇌의 작동 원리를 밝혀낸 게 아니라, 피질 전기생리학에서 측정값이 신경 발화의 부산물인지 의미 있는 신호인지 따지는 논쟁에 증거 하나를 보탠 것입니다.
  • @Animats — 그래도 모두 4~12Hz의 느린 활동입니다. 뇌에는 더 빠르게 시간을 재는 무언가가 있을 텐데, 아직 아무도 찾지 못한 듯합니다.
  • @LoganDark — 뇌가 반드시 그보다 빠르게 작동해야 하는지는 확신하기 어렵습니다. 빠른 사고의 연쇄는 주파수보다 파동의 흐름으로 정해질 가능성이 더 높다고 봅니다.
  • @ACCount39 — 더 빠른 파동도 있지만 뇌는 완전히 동기화되지 않은 듯합니다. 느린 시간 규모의 활동이 상당 부분 비동기적이라면 빠른 전역 클럭이 필요하지 않습니다. 인간은 기가헤르츠 속도로 디지털 신호를 처리하지만, 자연은 그렇게 설계하지 않았습니다. 뉴런은 느리고 회복도 늦으며 피로해지지만, 분산된 집단 부호화가 이런 단점을 보완할 수 있다고 봅니다.
• @randomImmigrant — 분야 안의 논쟁은 이런 파동이 실제 신경 활동의 부산물인지, 이후 활동을 유도하는 의미 있는 신호인지에 관한 것입니다. 이 연구가 논쟁을 끝내지는 못합니다. 세포 바깥의 파동을 뉴런이 감지해 다음 활동에 영향을 주는지 확인할 증거가 필요합니다. 기사에서 다루지 않은 별도 관심사는 성상세포입니다. 성상세포는 시냅스를 감싸고 세포 바깥 공간의 접근을 조절하며, 많은 시냅스에 닿고 간극연접으로 연결망을 이룹니다. 성상세포가 바깥 공간의 파동에 반응해 연결망과 뉴런 활동에 영향을 주는지는 아직 열린 질문입니다.
• @pedalpete — 신경기술, 특히 EEG 분야에서 일하지만 이 의견에 전적으로 동의합니다. 혈액이 몸에 산소와 미네랄을 전달하는 방식을 알게 된 뒤에도 몸의 작동을 다 이해했다고 생각했지만, 나중에 전기를 발견하고서도 여전히 다 알지 못한다는 점을 깨달았습니다. 가능한 지식을 얻어 도움이 되는 데 쓰되, 상관관계를 찾았다는 이유만으로 작동 원리까지 이해했다고 단정하지 말아야 합니다.
  • @randomImmigrant — 잘 짚었습니다. 뇌는 유체역학 시스템이자 전자기 시스템이며 기계적 시스템이라는 점도 알아가고 있습니다. 이해가 깊어질 때마다 무엇이 더 추가될지 궁금합니다.
• @bbor — 이 제목이 정확하다고 봅니다. 뇌의 내부 작동을 밝혀낸다는 것이 신이 남긴 설계도를 발견하는 일일 필요는 없습니다. 나선형·동심원형 뇌파는 잡음 정의를 조금 바꾼 정도가 아니라 구체적인 관찰입니다. 다만 소비자용 EEG나 바이오피드백 같은 응용은 오랫동안 엉터리가 많았으니, 실제 기술이 무엇을 보여주는지는 따져봐야 합니다.
• @2001zhaozhao — 고해상도 측정을 확장해 특정 과제를 수행할 때 뇌파가 어떻게 이동하는지 지도로 만들면 배울 점이 많을 듯합니다. 명상 경험이 많은 참가자의 정확한 자기 보고를 측정값과 비교하면 뇌의 생리와 심리 사이를 더 확신 있게 연결할 수 있습니다. 예를 들어 문제를 풀 때 특정 단계가 특정 영역의 특정 패턴에 대응하는지 살펴볼 수 있습니다.

원문: Quanta Magazine / 번역·요약: Trawling