The post-hoc montage of perception: deep layers of primary visual cortex encode postdictive percepts

우리의 눈은 끊임없이 빛의 공격을 받고 있으며, 우리가 보는 것이 지금 이 순간 일어나고 있는 세상의 생중계라고 가정하는 것은 자연스러워 보입니다. 우리는 장면을 바라보고, 우리의 뇌는 망막에 부딪히는 빛을 즉각적으로 명확한 현실의 이미지로 번역합니다. 하지만 우리의 시스템에는 '사후 판정(postdiction)'이라 불리는 기묘한 결함이 존재합니다. 이것은 시각적 사건이 일어난 이후에 도착한 정보가 실제로 그 사건에 대한 기억이나 지각을 변화시키는 현상입니다. 마치 뇌가 0.몇 초 동안 기다렸다가, 미래로부터 더 많은 단서를 수집한 뒤, 전체적인 맥락을 이해하기 위해 과거를 편집하는 것과 같습니다. 수십 년 동안 과학자들은 뇌가 이 편집 과정을 어떻게 관리하는지에 대해 논쟁해 왔습니다. 한 가지 아이디어는 뇌가 더 높고 복잡한 영역에서 초기 신호를 붙잡고 있다가 나중에 도착한 정보가 따라잡을 때까지 기다린다는 것입니다. 또 다른 아이디어는 뇌가 시각 처리의 아주 첫 번째 단계로 메시지를 보내 초기 기록을 다시 쓴다는 것입니다.

유니버시티 칼리지 런던(UCL)과 마스트리히트 대학교의 연구진은 이 두 가지 아이디어 중 어느 것이 맞는지 확인하기 위해 인간의 뇌 내부를 들여다보았습니다. 그들은 모든 것을 보는 첫 번째 관문 역할을 하는 뇌 뒷부분의 얇은 조직인 일차 시각 피질에 집중했습니다. 구체적으로, 그들은 이 영역이 한때 수동적인 카메라로 여겨졌던 곳임에도 불구하고, 실제로 사후에 우리의 지각을 재작성하는 데 관여하는지 알고 싶었습니다. 이를 알아내기 위해, 그들은 23명의 자원봉사자가 두 가지 특정한 시각적 트릭을 경험하는 동안 강력한 자기장 스캐너를 사용하여 뇌를 관찰했습니다. 이 트릭들에서, 소리의 존재 여부는 뇌가 존재하지 않았던 빛의 번쩍임을 만들어내거나, 실제로 있었던 빛의 번쩍임을 지워버리게 만듭니다. 이러한 순간들을 관찰함으로써, 연구진은 일차 시각 피질이 단순히 눈에 들어오는 빛을 기록하고 있는지, 아니면 그 사람이 마음속으로 실제로 보고 있는 것을 반영하고 있는지를 확인할 수 있었습니다.

실험은 빛의 번쩍임과 삐 소리가 결합된 영리한 설정에 의존했습니다. 한 가지 버전의 테스트에서는 참가자들이 두 번의 빛의 번쩍임을 보고 그 사이에 소리를 들었습니다. 중간에 빛이 없었음에도 불구하고, 소리는 그들의 뇌를 속여 소리가 발생한 지점에 세 번째 번쩍임이 있는 것처럼 보이게 했습니다. 다른 버전에서는 세 번의 빛의 번쩍임을 보았지만, 중간 소리가 들리지 않으면 그들의 뇌는 중간의 번쩍임을 억제하여 그것이 사라진 것처럼 느끼게 했습니다. 연구진은 극도로 민감한 기계인 7 테슬라 MRI 스캐너를 사용하여 68밀리초마다 뇌의 사진을 찍었습니다. 그들은 단순히 뇌 전체를 본 것이 아니라, 일차 시각 피질의 서로 다른 층들을 살펴보았습니다. 이 층들을 건물의 층수라고 생각하면 쉽습니다. 아래쪽 층들은 눈으로부터 직접 신호를 받는 반면, 위쪽 층들은 뇌의 다른 부분들로부터 신호를 다시 보냅니다.

연구진이 데이터를 분석했을 때, 그들은 눈이 본 것과 뇌가 인지한 것 사이의 명확한 차이를 발견했습니다. 눈으로부터 직접 입력을 받는 시각 피질의 층에서는, 뇌의 활동이 실제 망막에 부딪히는 빛과 일치했습니다. 빛이 물리적으로 존재했다면 신호도 있었고, 빛이 없다면 신호도 없었습니다. 그러나 동일한 영역의 깊은 층에서는 이야기가 달랐습니다. 참가자가 물리적으로 존재하지 않는 환상적인 번쩍임을 보았을 때, 깊은 층의 시각 피질은 마치 실제 번쩍임을 보고 있는 것처럼 똑같은 패턴으로 빛이 났습니다. 반대로, 물리적으로 실제 번쩍임이 존재했음에도 불구하고 소리가 들리지 않아 뇌가 그 번쩍임을 무시하기로 결정했을 때, 깊은 층은 번쩍임이 사라진 것 같은 패턴을 보여주었습니다. 이는 시각 피질의 깊은 층이 단순히 눈으로부터 오는 원시 데이터를 기록하는 것이 아니라, 그 사람이 경험한 최종적으로 편집된 현실을 기록하고 있다는 것을 의미합니다.

이 편집 메시지가 어디에서 오는지 이해하기 위해, 연구진은 시각 피질과 소리와 시각을 결합하는 것으로 알려진 뇌의 더 높은 영역인 상측두피질 사이의 연결성을 조사했습니다. 그들은 이 높은 영역의 활동 패턴이 중간 층이 아닌, 시각 피질의 깊은 층과 밀접하게 연관되어 있다는 것을 발견했습니다. 이는 높은 영역이 깊은 층으로 메시지를 다시 보내, 새로운 정보에 기반하여 그림을 업데이트하도록 지시하고 있음을 시사합니다. 연구진은 중간 층에 대해서는 이러한 연결을 발견하지 못했는데, 이는 중간 층이 주로 새로운 입력을 받는 용도인 반면, 깊은 층은 업데이트를 받는 용도라는 아이디어를 뒷받침합니다.

이 결과는 일차 시각 피질이 단순히 정보를 받는 수동적인 수신기에 불과하다는 기존의 관점에 도전합니다. 대신, 이 영역은 사건이 지나간 후에도 우리가 세상을 경험하는 것을 구성하는 데 능동적인 참여자로 보입니다. 뇌는 단순히 현재를 스트리밍하는 것이 아니라, 일관된 이야기를 만들기 위해 끊임없이 과거를 수정합니다. 이 실험에서 수정 과정은 소리와 시각을 통합한 높은 뇌 영역으로부터의 피드백에 의해, 일차 시각 피질의 깊은 층에서 일어났습니다. 비록 연구진이 이 사건들의 정확한 타이밍을 파악할 만큼 정밀하게 볼 수는 없어서 뇌가 과거를 편집하고 있는 것인지 아니면 미래를 예측하고 있는 것인지는 알 수 없었지만, 증거는 분명히 일차 시각 피질이 이러한 사후 재구성에 관여하고 있음을 보여줍니다. 이 연구는 우리의 지각이 뇌에 의해 하나로 꿰어진 순간들의 모음, 즉 몽타주이며, 시각 고속도로의 바로 첫 번째 정거장이 바로 최종 편집이 이루어지는 곳임을 시사합니다.