Object dimensions underlying food representations in visual cortex

인간의 뇌는 범주화의 명수이며, 끊임없이 들어오는 시각적 정보의 흐름을 유용한 집단으로 분류하기 위해 끊임없이 노력한다. 우리가 세상을 바라볼 때, 우리의 눈은 단순히 모양과 색깔만을 보는 것이 아니라 의자, 도구, 음식과 같은 물체를 즉각적으로 인식한다. 과학자들은 시각 피질의 주름 속에 숨겨진 뇌 뒷부분의 특정 영역들이 이러한 범주를 인식하는 데 전념하고 있다는 사실을 오랫동안 알고 있었다. 최근의 발견은 음식을 볼 때 특별히 반응하는 두 개의 뚜렷한 영역이 시각 처리 구역 내에 존재한다는 것을 밝혀냈다. 시각 처리 구역의 측면과 바닥 부분에 위치한 이 영역들은 너무나 전문화되어 있어서, 다른 그 무엇보다도 식사 이미지에 더 강하게 반응한다. 그러나 하나의 미스터리가 남아 있었다. 이 뇌 영역들이 정확히 무엇을 찾고 있는가 하는 점이었다. 이 영역들은 음식의 특정한 모양, 질감, 혹은 음식이 모여 있는 방식 때문에 음식을 인식하는 것일까? 아니로면 과일을 잡는 방식이나 익은 정도를 알리는 특정한 색상과 같이 우리가 더 깊이 있게 반응하는 무언가 때문일까? 이 차이를 이해하는 것은 매우 중요한데, 왜냐하면 이것이 뇌가 무엇이 먹을 수 있는 것인지 어떻게 결정하고, 몸이 그것과 상호작용할 준비를 어떻게 하는지를 보여주기 때문이다.

이 수수께끼를 풀기 위해 연구진은 뇌 활동을 지도하는 기계를 사용하여 자원봉사자 그룹에게 다양한 이미지를 보여주며 뇌를 스캔하는 두 가지 상세한 실험을 수행했다. 연구팀은 뇌의 음식 감지 영역이 색상이나 쌓여 있는 방식과 같은 물체 자체의 물리적 특성에 의해 구동되는지, 아니면 쥐거나 잡는 것과 같이 우리가 수행하는 행동에 의해 구동되는지를 알고 싶었다. 그들은 참가자들에게 잡을 수 있는 다른 물체들과 함께 음식을 사진으로 보여주고, 이미지를 조작하여 뇌가 단독으로 서 있는 물체에 더 관심을 갖는지 아니면 다채로운 집단의 일부로서의 물체에 더 관심을 갖는지 테스트했다. 결과는 두 음식 민감 영역이 작동하는 방식에서 명확한 분리를 보여주었다. 시각 피질의 측면에 위치한 영역은 행동에 집중하는 것으로 나타났다. 이 영역은 쥐 grasp 할 수 있는 음식에 강하게 반응했으며, 과일 한 조각이 다른 잡을 수 있는 물체들과 공유하는 속성을 가지고 있다고 취급했다. 이 영역은 이미지가 컬러인지 흑백인지에 대해 크게 신경 쓰지 않는 것처럼 보였으며, 배경에 의해 주의가 분산되지도 않았다. 그저 그 물체를 손이 닿을 수 있는 대상으로 인식했을 뿐이다.

대조적으로, 시각 피질의 바닥 부분에 위치한 영역은 다른 이야기를 들려주었다. 이 영역은 음식의 표면 세부 사항, 특히 색상과 항목들이 함께 배열된 방식에 매우 민감했다. 연구진이 뚜렷한 배경 없이 음식 이미지를 보여주거나 배경이 없는 앙상블 형태로 제시했을 때, 이 바닥 영역은 훨씬 더 활성화되었다. 또한 이 영역은 회색조 이미지보다 컬러 이미지에 대한 강한 선호도를 보였는데, 이는 이 영역이 무엇이 먹을 수 있는 것인지를 식별하기 위해 익은 정도와 다양성의 시각적 단서에 의존한다는 것을 시사한다. 이러한 기능적 분리가 인간 생물학의 단순한 특이점이 아니라 시각 정보가 조직되는 방식의 결과임을 확인하기 위해, 연구진은 뇌의 시각 영역의 배치를 모방하도록 설계된 컴퓨터 모델을 구축했다. 이 인공 네트워크가 이미지를 처리하도록 훈련되었을 때, 이 모델은 자연스럽게 뇌의 두 영역과 똑같이 행동하는 두 개의 별개 단위 그룹을 발달시켰다. 한 그룹은 물체를 잡는 능력에 집중했고, 다른 한 그룹은 색상과 배열의 시각적 통계에 집중했다.

이러한 발견은 뇌가 음식을 인식하는 단일하고 통합된 방법을 가지고 있지 않음을 시사한다. 대신, 뇌는 어떤 시각 체계가 관여하느냐에 따라 두 가지 다른 전략을 사용한다. 한 가지 전략은 실용적이고 행동 지향적이며, 손으로 조작할 수 있는 방식에 기초하여 음식을 식별한다. 다른 하나는 시각적이고 묘사적이며, 외형과 그것이 더 큰 장면 속에 어떻게 어우러지는지에 기초하여 음식을 식별한다. 이러한 기능을 분리함으로써, 뇌는 간식을 잡으려는 즉각적인 필요와 무엇이 안전하고 영양가가 있는지 식별하는 더 넓은 과업을 모두 효율적으로 처리할 수 있다. 이 연구는 뇌의 측면이 우리가 무엇을 잡을 수 있는지 이해하도록 돕는 반면, 바닥 부분은 우리가 무엇을 보는지 이해하도록 돕고 있으며, 두 가지 모두 식사를 인식하는 복잡한 행위에 필수적이라는 것을 보여준다.