Sensory coding
Sensory coding에는 크게 3가지 종류가 있다.
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Specificity Coding
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Population Coding
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Sparse Coding
하나 씩 예를 들어 생각해 보자.
Specificity Coding
: 특정 개체에 대응되는 뉴런들로 외부의 정보를 처리하는 방법이다.
예를들어, 철수를 봤을때 반응하는 뉴런 2가 있고, 영희를 봤을때 반응하는 뉴런 4가 있다는 것이다.
하지만 이러한 방식은 실제로 우리의 뇌에서 잘 사용되지 않는다.
specificity coding으로 모든 외부의 자극을 대응시키기위해서는 엄청나게 많은 수의 뉴런이 필요할 것이다.
Population coding
: 많은 수의 뉴런의 패턴으로 정보를 처리한다.
예를들어, 고양이와 강아지의 사진을 각각 봤을때, 많은 수의 뉴런들이 반응을 하지만 정도의 차이를 보인다.
그러한 뉴런의 firing 정도에 따른 패턴의 차이로 우리는 개체를 구별할 수 있다고 주장한다.
Population coding은 specificity coding과 달리 적은 수의 뉴런으로도 아주 다양한 개체를 표현해낼 수 있다.
하지만 어떤 자극에 대해서는 많은 수의 뉴런이 동시에 반응할 필요가 없다. 왜냐하면 아주 비효율 적이기 때문이다.
Sparse Coding
: 적은 수의 뉴런으로 패턴을 만들어 정보를 처리한다.
Population coding과 유사하지만 Sparse coding 은 적은 수의 뉴런들의 패턴으로 많은 개체를 표현해 낼 수 있기 때문에 훨씬 더 효율적인 방식 이라고 할 수 있다.
여러 연구들 (Olshausen & Field, 2004)(Quiroga and coworkers, 2008) 에 따르면 우리의 뇌에서 많은 부분 sparse coding을 적용함을 알 수 있다.
Localized Represention
: 뇌의 특정한 부분이 특정한 기능을 수행한다는 것이다.
상식으로도 알 수 있을 것이다.
좌뇌 우뇌.. 전두엽 측두엽.. 등등 우리의 뇌는 여러 부위로 나뉘어져 있고 각 부분이 다른 기능을 수행한다는 것을 알고 있다.
하지만 처음에 이러한 사실을 어떻게 밝혀낼 수 있었을까?
특정 뇌 부위를 다친 사람들을 연구했기 때문에 가능했다.
대표적인 것이 위의 사진에서 보이는 Broca' area 와 Wernicke's area 이다.
두 부위를 다친 사람은 서로 다른 언어적인 기능을 상실 했다.
1. Broca's area
- Broca's area를 다친 사람은 언어 생성(language production)에 있어서 손상을 받았다.
- Broca's aphasia 라고 진단한다.
예를 들어, "어....ㅈ...ㅈ가... 노ㅣ....ㄹ...다쳐....마..ㄹ을...." 이런식으로 비문법적으로 말하며 말이 느리고, 단어로 만들어 표현해내지 못한다.
2. Wernicke's area
- Wernicke's area를 다친 사람은 언어 이해(language comprehension)에 있어서 손상을 받았다.
- Wernicke's aphasia 라고 진단한다.
예를 들어, "밥을 들이받고, 강에 강아지를 끓였다. 손가락이 걸려 날아간다." 이러한 식으로 의미없는 말들을 하며 다른 사람의 말을 이해하지 못한다. 가장 주요한 문제는 단어를 그 뜻과 연결시켜서 생각하지 못한다는 것이다.
여기서 Double dissociation 을 생각해 볼 수 있다.
Double dissociation 이란 어떤 부분을 다쳐서 기능 A를 잃은 환자가 기능 B는 수행가능하고, 기능 B를 수행하는 뇌 부위를 다친 환자가 기능 A는 수행가능 하다면, 각 부위는 각 기능을 담당한다고 볼 수 있다는 것이다.
위의 예를 통해 설명하자면, Broca's area를 다친 사람과 Wernicke's area를 다친 사람과 비교하여 각 부위가 어떤 기능을 담당하는지 알 수 있게 된 것이다.
Broca's & Wernicke's 19세기 관찰들은 후에 뇌의 부위별 기능에 대한 기초 아이디어가 되었다.
또다른 예를 살펴보자.
감각 정보를 받아들이는 주요 부위는 아래와 같다.
- Occipital lobe (후두엽) : vision
- Parietal lobe (두정엽) : touch, temparature, pain
- Temporal lobe (측두엽) : hearing, taste, smell
- Frontal lobe (전두엽) : 위의 모든 감각정보들을 조정하고 처리한다.
- Fusiform Face Area (FFA) : 사람의 얼굴을 담당하는 부위이다. 이 부위를 다칠 경우 얼굴인식이 불가능하다(Prosopagnosia)
- Parahippocampal Place Area (PPA) : 공간적인 구조 또는 영역을 담당한다. 빈 방이나 가구로 가득 찬 방 또는 풍경 사진을 봤을 때 활성화 된다.
- Extrastriate Body Area (EBA) : 사람의 몸이나 신체 부위를 담당한다. 얼굴을 제외하고 나머지 신체부위를 봤을때 활성화 된다.
결론
우리의 뇌는 각 부위들이 뉴런으로 연결 되어 있으며, 뉴런들의 연결은 각각 특정한 기능을 수행한다. 그리고 일상생활에서 우리가 겪는 경험들은 다차원 적이며, 그 과정에서 우리는 다양한 수많은 뇌의 부분을 사용한다.
그저 경험의 종류에 따라 사용되는 뇌의 부위가 다를 뿐이다.
아무런 경험을 하지 않는다고 우리의 뇌가 죽어 있는 것은 아니다. 우리의 뇌는 항상 Default Mode Network(DMN) 라는 상태를 유지 하고 있다. 경험에 의해 특정한 패턴의 뉴런이 발생하기 전까지 말이다.
우리가 죽을때 까지 우리의 뇌는 쉬지 않고 무엇인가를 계속 하고 있을 것이다.
사진 출처
http://www.seehint.com/word.asp?no=13607
https://www.quora.com/Is-the-occipital-lobe-in-the-front-or-back-of-the-head
https://digest.bps.org.uk/2009/07/19/speaking-without-brocas-area/
