뇌 연구, 집중 및 청각 뒤에 있는 예측 메커니즘 밝혀내

페삭 벤슨 • 2025년 10월 19일

예루살렘, 2025년 10월 19일 (TPS-IL) — 사람들이 어떤 과제에 집중할 때, 뇌는 단순히 다르게 듣는 것이 아니라 더 똑똑하게 듣는다. 히브리 대학의 새로운 연구에 따르면, 뇌의 주요 소리 처리 센터 중 하나인 청각 피질은 능동적으로 참여하는 동안 작동 방식을 변경하여, 단순히 소리에 반응하는 것이 아니라 과제의 리듬에 맞춰 활동을 동기화한다.

Science Advances에 발표된 이 연구는 에드먼드 앤 릴리 사프라 뇌 과학 센터 및 생명 과학 연구소의 이스라엘 넬켄 교수가 이끌었다.

이러한 발견은 뇌가 소리를 어떻게 걸러내고 우선순위를 정하는지를 밝혀냄으로써 보청기, 주의력 훈련, 뇌-컴퓨터 인터페이스 개선에 도움이 될 수 있다. 이러한 타이밍 기반 메커니즘을 모방하는 장치와 치료법은 사람이 언제 집중하고 있는지 더 잘 감지하고, 배경 소음을 억제하며, 실시간으로 중요한 소리의 명료도를 향상시킬 수 있다.

과학자들은 사람들이 과제를 수행할 때 청각 피질의 뉴런이 소리에 직접적으로 유발되지 않는 폭발적인 활동을 보인다는 것을 발견했다. 각 뉴런은 단순히 들리는 것을 반영하는 것이 아니라, 과제의 경과를 표시하며 다른 순간에 “틱”한다.

넬켄 교수는 “우리 결과는 뇌가 단순히 소리에 반응하는 것이 아니라, 우리가 무엇을 하고 있는지에 따라 소리가 어떻게 표현되는지를 형성한다는 것을 보여준다”고 말했다. “우리가 과제에 몰두할 때, 청각 피질은 그 과제에서 발생하는 소리를 더 효율적으로 듣는다.”

지금까지 과학자들은 주의력이 사람들이 소리를 인식하는 방식을 날카롭게 한다는 것을 알고 있었지만, 뇌가 어떻게 이를 달성하는지는 알지 못했다. 새로운 연구는 주의력이 중요한 소리를 증폭시키는 것이 아니라, 주의력의 타이밍을 재구성하여 현재 과제의 구조와 일치시킴으로써 작동한다는 것을 밝혀냈다. 이는 청각 피질이 단순히 반응을 증폭시키는 것이 아니라, 예상되는 소리를 예측하고 준비한다는 것을 의미한다.

연구원들의 컴퓨터 모델링은 이러한 타이밍 기반 활동이 일시적으로 일부 신경 연결을 약화시켜, 과제에 중요한 소리에 대해 더 명확하고 정확한 반응을 가능하게 한다는 것을 보여주었다. 주의력은 단순히 소리 강도를 높이는 볼륨 조절기처럼 작동하는 것이 아니라, 뉴런이 어떻게 소통하는지를 재구성하는 적응형 필터처럼 행동한다.

이 메커니즘을 밝혀냄으로써, 이 연구는 뇌가 복잡한 감각 세계를 어떻게 이해하는지에 대한 새로운 관점을 제공한다. 이는 인식이 수동적인 것이 아니라 예측적이라는 것을 보여준다. 즉, 우리의 청각 시스템은 다음에 들릴 것으로 예상되는 것을 끊임없이 준비하고 있다.

넬켄은 “이 연구는 우리가 시끄러운 환경에서도 어떻게 집중력을 유지할 수 있는지 설명하는 데 도움이 된다”고 말했다. “뇌는 우리가 하고 있는 일에 의미 있는 소리를 강조하고 나머지는 무시하도록 학습한다.”

이 연구는 아나 폴테로비치의 박사 연구를 기반으로 하며, 알렉스 카자코프, 마시예이 M. 얀코프스키, 요하네스 니디에크가 기여했다.