너무나 다르지만, 너무나 닮았습니다. 수분을 통해 벌은 생태계에서 중요한 역할을 하며 식물의 생명 주기, 생물 다양성, 그리고 농업 생산에 영향을 미칩니다. 벌의 존재는 인간의 활동과 밀접한 관련이 있습니다. 그런데 트렌토 대학교의 한 연구는 훨씬 더 깊은 연관성을 시사합니다. 이 곤충들의 수면 중 뇌에서 일어나는 일은 인간의 수면 중 뇌에서 일어나는 일과 크게 다르지 않은 것으로 밝혀졌습니다. 다시 말해, 수면은 신경 수준에서 동일한 "특징"을 지닌 것으로 보입니다.

이러한 연구 결과는 현재 Neural Networks 저널에 게재된 "꿀벌의 수면과 관련된 신경 세포"라는 논문에 자세히 나와 있습니다  .

알브레히트 하세(Albrecht Haase)는 트렌토 대학교의 전략적 사업인 Brain Network Dynamics(BRANDY)의 자금 지원을 받아 진행된 본 연구의 책임 연구원입니다. 연구팀은 세바스찬 모길네르(Sebastian Moguilner), 에토레 티라보스키(Ettore Tiraboschi), 자코모 판토니(Giacomo Fantoni), 헤더 스트렐레비츠(Heather Strelevitz), 하미드 솔레이마니(Hamid Soleimani), 루카 델 토레(Luca Del Torre), 그리고 우리 하손(Uri Hasson)으로 구성되었습니다. 이들은 모두 트렌토 대학교 정신/뇌 과학 센터(CIMeC) 소속으로, 하세는 물리학과와 협력하여 신경물리학 연구실을 이끌고 있으며, 하손은 통합 및 정보 연구 그룹을 이끌고 있습니다. 본 연구는 신경과학자, 신경생물학자, 계산신경과학자, 생물정보학자, 그리고 물리학자로 구성된 학제간 연구팀의 다양한 전문 지식을 바탕으로 진행되었습니다.

하세 박사는 "우리는 처음으로 잠자는 꿀벌의 뇌에서 무슨 일이 일어나는지 관찰했고, 수면의 특징인 신경망 상태를 확인했습니다."라고 말했습니다.

"수면 과학은 지난 수년간 상당히 발전해 왔으며, 전 세계 연구팀들이 수면의 진화적 기원과 인지 기능을 밝히기 위해 노력해 왔습니다. 그러나 지금까지 무척추동물의 신경 수준에서 수면 메커니즘은 거의 알려지지 않았습니다. 우리 연구는 이 새로운 영역을 탐구하고, 신경망 수준에서 곤충의 수면을 분석하는 최초의 영상 연구를 제공합니다."라고 그는 말합니다.

연구진은 광학 뇌 영상, 머신러닝 분석, 그리고 계산 신경 모델링을 결합하여 수면이 감각 인지를 담당하는 신경망, 특히 벌의 주요 후각 중추인 더듬이엽에 어떤 영향을 미치는지 연구했습니다. 데이터는 벌이 자연스럽게 수면 단계에 들어가는 밤 동안 자동으로 수집되었습니다.

벌들의 몸 움직임은 전면 카메라로 모니터링되었고, 뇌 활동은 이광자 현미경으로 동시에 기록되었습니다. 신경 세포의 칼슘 농도를 분석함으로써 과학자들은 수면과 각성 상태 모두에서 신경 활동을 감지할 수 있었습니다.

"우리는 휴식 상태에서 벌의 뇌 네트워크가 포유류와 유사하게 동기화되고 정보 처리가 감소된 모드로 전환된다는 것을 보여주었습니다. 뇌의 전산 시뮬레이션을 사용하여 수면 중에 신경망과 그 연결이 어떻게 변화하는지 확인했습니다. 이 모델은 뉴런 간의 시냅스 결합이라는 단일 매개변수를 변화시켰을 때 뇌가 더 이상 후각 신호 해독을 최적화하지 못하게 됨을 보여줍니다. 이러한 후각 인지 감소는 인간에게서도 수면 중에 일반적으로 발생하는 현상과 일치합니다."

귀하의 연구 결과가 이 분야의 미래 연구에 영향을 미칠까요?

이 연구는 기초 신경과학 분야에서 중요할 뿐만 아니라, 수분 매개자 건강에 대한 전 세계적인 관심 연구에도 기여합니다. 꿀벌은 수분 매개자 역할로 인해 생태계 안정성, 생물 다양성, 그리고 농업 생산성에 지대한 영향을 미치는 핵심 종입니다. 수면이 꿀벌의 감각 정보 처리를 어떻게 조절하는지 밝혀냄으로써, 이러한 방법들은 환경 스트레스, 살충제, 그리고 기후 변화가 꿀벌의 수면과 그에 따른 행동, 인지, 그리고 생존에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

따라서 트렌토 대학교에서 진행된 이번 연구 결과는 벌의 수면 기능에 대한 추가 연구에 영감을 줄 수 있습니다. "예를 들어, 벌은 수면 중에 기억을 강화하여 먹이를 찾는 데 사용하는 인지 지도를 작성합니다."

앞으로 이 연구는 인간 신경과학에 새로운 접근법을 제시할 수도 있습니다. "꿀벌은 인간에게는 불가능한 개별 뉴런 수준에서 수면을 연구할 수 있는 기회를 제공합니다. 우리가 발견한 벌 수면과 인간 수면의 유사점은 인간의 기억 공고화와 수면 장애 연구에 새로운 방향을 제시할 수 있습니다."