A cascade of attentional and default mode network dynamics following the resolution of perceptual ambiguity
fMRI와 세밀한 구획화를 사용한 이 연구는 양안시적 가시성에서의 자발적인 지각 역전이 배측 주의 네트워크와 시각 네트워크의 급격한 4초간 보고 후 급증 및 디폴트 모드 네트워크의 억제라는 특징을 가진 독특한 시간적 활동 폭포를 유발하며, 이러한 내인성 전환을 물리적으로 유도된 전환과 구별한다는 것을 밝혀냈다.
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입체적인 정육면체가 두 가지 다른 각도로 번갈아 보이는 것과 같은 모호한 이미지를 볼 때, 당신의 지각은 가만히 머물러 있지 않습니다. 종이 위의 그림은 결코 변하지 않음에도 불구하고, 당신의 뇌는 두 가지 가능한 해석 사이를 자발적으로 왔다 갔다 합니다. '양안성 지각(bistable perception)'이라고 알려진 이 현상은 과학자들을 오랫동안 매료시켜 왔는데, 이는 우리가 보는 것이 단순히 세계를 직접 복사한 것이 아니라 우리 자신의 마음이 만들어낸 구성물임을 드러내기 때문입니다. 수십 년 동안 연구자들은 이 전환이 뇌의 어디에서 일어나는지에 대해 논쟁해 왔습니다. 어떤 이들은 이것이 가공되지 않은 시각 데이터를 처리하는 뇌의 초기 부분에서 시작된다고 믿는 반면, 다른 이들은 주의력과 의사결정을 관리하는 고차원적 제어 센터에 의해 주도된다고 주장합니다. 이러한 서로 다른 뇌 시스템들이 어떻게 협력하여 불확실성을 해결하는지 이해하는 것은 의식적 자각의 본질 자체를 파악하는 데 매우 중요합니다.
한 연구팀이 이러한 신경 활동의 정확한 타이밍을 지도화하기 위해 연구를 수행했습니다. 그들은 회전하는 점들의 패턴으로부터 3D 형상을 만들어내는 '운동 깊이 효과(kinetic depth effect)'라는 특정한 유형의 움직이는 시각 자극을 사용했습니다. 한 조건에서 점들은 뇌가 두 가지 회전 방향 사이를 자발적으로 전환할 수 있는 방식으로 회전했습니다. 두 번째 조건에서 연구진은 동일한 전환 과정을 녹음하여 재생함으로써, 마음에서 생성된 것이 아니라 컴퓨터에 의해 이미 결정된 변화에 뇌가 반응하도록 강제했습니다. 연구진은 이러한 자발적 전환 중의 뇌 활동을 강제된 전환 시의 활동과 비교함으로써, 내부적으로 생성된 지각 변화의 고유한 신경학적 특징을 분리해 낼 수 있었습니다. 그들은 기능적 자기공명영상(fMRI)을 사용하여 6명의 참가자의 뇌를 스캔했는데, 이 기술은 혈류량을 측정하여 특정 순간에 뇌의 어느 부분이 활성화되는지 추적합니다.
연구 결과, 사람이 지각을 전환하기로 자발적으로 결정할 때 특정한 일련의 뇌 활동 흐름이 매우 뚜렷한 타임라인을 따른다는 것이 밝혀졌습니다. 사람이 전환을 보고하기 위해 버튼을 누른 지 약 4초 후, 배측 주의 네트워크(dorsal attention network)와 시각 피질에서 활동의 파동이 정점에 도달합니다. 이 영역들은 주의를 집중시키고 우리가 보는 것을 처리하는 데 책임이 있는 부위들입니다. 바로 그 순간, 마음이 방황하거나 자신에 대해 생각할 때 주로 활성화되는 '디폴트 모드 네트워크(default mode network)'라고 알려진 다른 시스템은 활동이 급격히 감소합니다. 이는 시각적 장면의 모호함을 해결하기 위해 뇌가 내부적인 생각으로부터 빠르게 벗어나 주의 및 시각 시스템에 완전히 몰입해야 함을 시사합니다. 이 패턴은 매우 일관적이어서, 연구진이 단순한 버튼 누르기 동작의 영향을 제거하기 위해 설계된 통계적 방법을 사용했을 때조차 세 가지 서로 다른 분석 방식 모두에서 명확하게 나타났습니다.
타임라인의 후반부인 보고 후 약 10초가 지나면, 복측 주의 네트워크(ventral attention network)와 전두정엽 네트워크(frontoparietal network)를 포함하는 두 번째의 더 느린 활동 파동이 나타납니다. 이 영역들은 흔히 주의를 재지향하거나 복잡한 의사결정과 연결됩니다. 이 후기 신호는 초기 4초간의 폭발적인 신호보다 약하고 불확실했지만, 이는 명료함의 순간 이후에 이어지는 더 장기적인 인지적 조정 기간을 나타냅니다. 연구진은 또한 지각 전환 중에 활성화되는 것으로 알려진 기존의 영역들과 이 과정에 관여하는 뇌 영역들이 상당 부분 겹친다는 것을 발견했으며, 이는 해당 네트워크들이 실제로 경험의 중심임을 확인시켜 줍니다. 그러나 이 연구는 뇌의 자발적 전환에 대한 반응이 단순히 온-오프(on-off) 식의 반응이 아니라, 서로 다른 대규모 네트워크들이 정교한 순서에 따라 켜지고 꺼지는 고도로 조직화된 순차적 과정이라는 점을 강조했습니다.
결정적으로, 연구팀은 이 특정한 활동 패턴이 단순히 사람이 버튼을 누르기 위해 손을 움직이거나 화면을 보기 위해 눈을 움직이는 것의 반영이 아님을 보여줄 수 있었습니다. 모든 시행(trial)에서 공유되는 평균 신호를 제거하는 고급 통계 기법을 사용함으로써, 연구진은 주의 네트워크가 상승하고 디폴트 모드 네트워크가 하락하는 핵심 패턴이 그대로 남아 있음을 발견했습니다. 이는 뇌가 단순히 보고하는 물리적 행위에 반응하는 것이 아니라, 새로운 지각을 확립하기 위해 진정한 재구성을 거치고 있음을 나타냅니다. 이 연구 결과는 지각적 모호함의 해결이 뇌가 외부 세계에 대한 집중을 날카롭게 하기 위해 자신의 내부적인 백일몽 상태를 능동적으로 억제하는 역동적인 사건임을 시사합니다. 비록 이 연구가 소수의 참가자와 특정한 시각 자극으로 제한되었지만, 인간의 뇌가 불확실한 세상을 이해하기 위해 어떻게 방대한 네트워크를 조율하는지에 대한 명확한 초 단위의 지도를 제공합니다.
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