뇌 속에서 발견된 ‘소용돌이’ 뇌파…감각과 운동 연결하는 시계 역할

워싱턴대학교 의대(University of Washington School of Medicine)의 지원 예(Zhiwen Ye) 박사, 닉 슈타인메츠(Nick Steinmetz) 교수 연구팀이 2026년 6월 18일 권위지 『Science』에 발표한 연구 결과를 바탕으로 한 상세 설명입니다 .

발견: 공간과 시간을 가로지르며 회전하는 새로운 뇌파

연구팀은 기존에 알려진 평면파(planar waves)와는 완전히 다른, **공간과 시간에 따라 물리적으로 회전하는 새로운 유형의 진행파(traveling waves)**를 식별했습니다. 이 소용돌이 형태의 뇌파는 주로 체성감각 피질(somatosensory cortex)—즉, 촉각, 몸의 위치, 근육 감각을 처리하는 영역—에서 발생합니다 .

원형 신경 회로가 회전 활동을 만드는 방법

이 회전 운동은 고정된 해부학적 구조에 의해 구동됩니다. 감각 피질의 뉴런(신경 세포) 축삭(axon)이 물리적으로 원형을 이루며 배열되어, 말 그대로 '회전목마'와 같은 배치를 형성하고 있습니다 . 이 원형 배선은 전기적 신호가 전파되면서 회전하는 나선 패턴을 만들도록 안내하는 트랙 역할을 합니다. 연구팀은 쥐를 대상으로 피질 전체 영상(cortex-wide imaging)과 대규모 전기생리학(large-scale electrophysiology) 기법을 사용해 이 현상을 관찰했습니다.

반구와 깊은 뇌 구조를 넘나드는 전역적 동기화

이 회전파는 한 곳에 머무르지 않습니다. 주요 발견 사항은 다음과 같습니다:

• 양쪽 반구에서 대칭적으로 나타납니다. 쥐의 왼쪽 수염에 공기를 살짝 불어넣으면 오른쪽 감각 피질에서 시계 방향으로 회전하는 파동이 발생했고, 이에 상응하는 파동이 운동 피질에서도 관찰됐습니다 .
• 감각 영역과 운동 영역 사이를 연결하며, 감각과 움직임을 연결합니다.
• 시상(thalamus), 선조체(striatum), 중뇌(midbrain) 등 더 깊은 피질하 구조(subcortical structures)의 신경 신호와도 동기화되어, 기능적으로 다른 뇌 영역 간에 정보를 전달하는 것으로 보입니다 .

감각과 행동을 연결하는 내부 시계: 증거

연구팀은 이 회전파가 감각에 이어 행동이 일어나도록 순서를 정해주는 시공간 시계(spatiotemporal clock) 역할을 할 것이라고 가설을 세웠습니다 . 구체적인 증거는 다음과 같습니다:

• 쥐의 수염에 아주 약한 공기를 불어넣자 즉시 시계 방향으로 회전하는 파동의 연속이 발생, 자극에 의해 파동 생성이 유발됨을 보여줬습니다 .
• 발과 눈의 협응이 필요한 보상 기반 물체 감지 과제에서, 회전파 패턴은 쥐의 각성 상태와 과제 성공 여부에 따라 변화했습니다 .
• 연구팀은 이 파동이 뇌가 감각 순서를 예측하고 연습을 통해 운동 기술을 내재화하는 데 도움을 줄 수 있다고 제안합니다. 즉, '감각한 후 행동한다'는 사슬을 조정하기 위해 여러 영역을 가로질러 흐른다는 것입니다 .

열린 질문: 인간에게도 존재하는가?

연구팀은 아직 회전 진행파가 쥐에서처럼 다른 종, 특히 인간에게까지 전역적으로 조정되는지 확인하지 못했습니다 . 그러나 독립적인 선행 연구들에서 fMRI(2023년, Nature Human Behaviour)와 인간 기억 과제(2026년, Nature Communications)를 통해 인간 피질에서도 나선형 파동 패턴이 감지된 바 있어, 이 현상이 설치류에만 국한된 것은 아닐 가능성이 높습니다. 하지만, 인간의 체성감각 피질에서도 동일한 원형 해부학적 회로가 이런 현상을 구동하는지는 아직 알려지지 않았습니다 .

결론: 이번 워싱턴대 연구는 나선형 뇌파가 원형 신경 구조에서 어떻게 발생하는지, 뇌 전체를 어떻게 동기화하는지, 그리고 감각과 행동을 연결하는 타이밍 메커니즘으로 어떻게 작용할 수 있는지에 대한 최초의 기전적 설명을 제공합니다. 이러한 특정 회로 구조가 인간에게도 존재하는지가 핵심적인 미해결 과제입니다.