수십 년 동안 대중문화는 우리의 의사 결정을 냉철하고 합리적인 '논리적 뇌'와 충동적이고 원시적인 '파충류 뇌' 사이의 케이지 매치로 규정해 왔다. 그러나 새로운 연구에 따르면, 이는 점괘의 주식 조언만큼이나 정확하지 않다.

조지아 공과대학 계산과학공학부 조교수이자 신경과학, 신경기술, 사회 연구소(INNS)의 교수인 나빌 이맘은 50년대의 층상 뇌 이론을 받아들이지 않는다. "이것은 진화 생물학자가 문제를 생각하는 방식이 아닙니다,"라고 그는 사랑받는 은유에 불을 지르며 말했다.

Science Advances에 게재된 이 연구는 뇌 진화가 새로운 영역을 기존 영역 위에 쌓는 신경계 젠가 탑과 같은 것이 아니라고 제안한다. 대신, 그것은 배선과 제한된 뇌 공간을 둘러싼 치열한 경쟁에 관한 것이다.

이맘과 그의 동료들은 생물학적 뇌와 인공 신경망을 비교하여, 진화가 두 가지 경쟁하는 배선 전략 사이에서 뇌 공간을 할당할 수 있음을 발견했다: 공간 지도(시각, 청각, 촉각을 처리하는 신피질과 같은)와 분산된 '바코드 스타일' 네트워크(냄새, 기억, 감정을 담당하는 변연계와 같은). 두 전략 모두 출생 전에 확립되어, 뇌는 백지 상태라기보다는 이미 가구가 비치된 아파트에 가깝다.

종종 '파충류 뇌'로 게으르게 묶이는 변연계는 감정을 통제하지만, 기억, 냄새, 탐색, 감정 조절을 위한 영역도 포함한다. "왜 사람들은 이 모든 다른 영역을 하나의 큰 시스템으로 묶는 것일까?" 이맘은 의문을 제기했다. 70년대 이론이 정확히 물을 붓지 않는다는 점을 고려할 때 좋은 질문이다.

연구자들은 182종에 걸쳐 변연계와 신피질이 어떻게 함께 변하는지 조사했다. 그들은 명확한 패턴을 발견했다: 변연계의 한 부분이 상대적으로 크면 다른 변연계 영역도 컸고, 신피질은 작아졌다. 이는 독립적인 진화가 아닌 조정된 확장을 시사한다.

이를 추동하는 요인을 테스트하기 위해 그들은 AI 모델을 사용했다. 국소적이고 공간적인 연결을 가진 네트워크는 시각, 청각, 촉각에 뛰어났고, 분산된 '바코드' 네트워크는 냄새와 기억에 더 좋았다. 그런 다음 두 시스템이 '부동산'을 놓고 경쟁하는 다중 모드 네트워크를 만들었다. 시뮬레이션 환경이 냄새를 보상할 때 분산 시스템이 확장되고 신피질이 줄어들었으며, 시각이 선호될 때는 반대가 일어났다.

이러한 균형은 현실의 이상한 점을 설명한다: 냄새에 의존하는 아홉띠아르마딜로는 큰 변연계를 자랑하는 반면, 시각에 의존하는 다람쥐원숭이는 신피질이 무거운 뇌를 가지고 있다.

이 함의는 생물학을 넘어선다. 엔지니어가 AI에서 이 사전 배선된 아키텍처를 모방할 수 있다면, 생물학적 뇌처럼 학습하여 더 적은 데이터와 에너지를 필요로 하는 시스템을 구축할 수 있을지도 모른다. "오늘날의 인공 신경망은 방대한 양의 데이터로 훈련됩니다 - 그것은 양육에 관한 것입니다,"라고 이맘은 말했다. "하지만 뇌는 백지 상태가 아닙니다... 그것은 자연과 양육의 혼합이며, 자연은 그 사전 배선된 아키텍처입니다."

코넬 대학과의 협력으로 이루어졌고 국립과학재단의 지원을 받은 이 연구는 뇌 진화가 논리의 사다리를 오르는 것보다 신경 줄다리기에서 자원을 옮기는 것에 더 가깝다고 제안한다. 그리고 그것은 우리가 지지할 수 있는 은유입니다.