뇌는 어떻게 상상을 할까. 아직까지 과학자들은 뇌가 어떻게 미래를 실시간으로 상상하며 다양하게 의사결정을 하는지 제대로 설명하지 못하고 있다.

그런데 미국 샌프란시스코캘리포니아대학(UCSF) 연구진이 쥐를 이용한 미로 연구로 이에 대한 실마리를 제시했다. 이 연구결과는 국제학술지 ‘셀’ 1월 30일(현지시간)에 게재됐다.

UCSF 통합신경과학센터 하워드휴즈의학연구소의 로렌 프랭크 생리학 교수 연구진은 쥐를 M자 모양의 미로를 탐사하도록 했다. 그리고 신경GPS시스템처럼 동물의 위치를 추적할 수 있는 것으로 알려진 ‘장소세포’라고 부르는 해마에서 뉴런의 움직임을 기록하도록 했다.

연구진은 쥐들이 미로에서 갈림길에 도달하자 장소세포가 초속 8회 속도로 매우 빠르게 왔다갔다 하는 것을 발견했다. 또 장소세포가 앞뒤로 움직이며 반대 방향으로 여행하려는 움직임을 보이기도 했다.

연구진은 이 같은 장소세포 움직임을 ‘여기 내가 있고, 왼쪽으로 갈까, 오른쪽으로 갈까’라는 상상과 ‘이쪽으로 가지만 돌아서 다른 방향으로도 갈 수 있어’라는 상상 두 가지로 볼 수 있다고 말했다.

이때 연구진은 장소세포의 움직임이 쥐가 선택을 하는데 어떻게 영향을 주는지는 확인하지 못했다. 하지만 결정해야 할 지점에 가까워질수록 움직임이 강해진다는 사실을 확인했다. 이를 통해 연구진은 해마가 상상 시나리오를 메뉴처럼 마련한 다음, 과거의 경험이나 가치를 토대로 결정을 내리는 것으로 보인다고 설명했다.

상상력은 생존에도 중요하다. 사람이 호랑이 같은 맹수에게 쫓길 때 갈림길에서 왼쪽으로 갔을 때와 오른쪽으로 갔을 때를 상상하며 한쪽을 선택한다. 이때 떠올린 상상력이 미래를 좌우하는 셈이다.

프랭크 교수 연구실에서 연구를 주도한 컬럼비아대학 박사후연구원 케네스 케이는 “실제와 상상이 서로 전환되는 현상은 많은 아이디어를 만들어내기 위한 강력한 시스템처럼 보인다”며 “해마가 우리의 상상 능력의 근원일지 모른다”고 말했다.

해마는 뇌에서 기억을 담당하는 핵심이다. 과학자들은 1970년대에 이 해마에서 장소세포를 처음 발견했다. 장소세포는 동물들이 탐사할 때 자연스럽게 새 환경 지도를 만든 다음 나중에 사용하려고 이를 저장한다. 이 발견은 2014년 노벨생리의학상으로 이어졌다.