금붕어를 운전석에 앉히기

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/putting-goldfish-in-the-driver-s-seat

물고기에게 운전을 가르치는 것은 우리가 세상에서 어떻게 움직이는지 “그냥 아는” 방법을 가르쳐 주는 중요한 교훈입니다. 물고기에게 운전 방법을 가르치는 것은 불가능할 뿐만 아니라 기이한 일처럼 들립니다. 그러나 이스라엘 대학의 연구자들이 바로 그 일을 해냈습니다.

Researchers at an Israeli university taught fish to drive in order to better understand how they—and by extension, all animals—navigate through their surroundings. ©Sachar Givon/Ben Gurion University of the Negev

새로운 장소에서 음식, 피난처, 안전을 찾으려면, 즉 생존을 위해 동물은 탐색 기술을 사용해야 합니다. 이전 연구에서는 포유류가 선천적으로 자신의 환경을 학습하고 분석하는 것으로 나타났습니다. 하지만 물고기는 어떻습니까? 물고기가 단순히 수영하는 것이 아니라 운전하는 법을 배울 수 있는지 연구함으로써 연구자들은 뇌의 신경 행동, 즉 동물이 직관적으로 움직이고, 주의를 기울이고, 인지하고 추론하는 의식 및 무의식의 선천적 과정에 대해 더 많이 배울 수 있습니다.

물고기에게 물속을 돌아다닐 것을 요구하는 것은 이상해 보입니다. 그러나 연구자들은 물고기가 새 수조에서 수영하는 법을 배우는 방식이 근육 기억(반복을 통해 특정 운동 작업을 기억하는 것)에서 나오는지, 아니면 물고기가 다른 동물처럼 자신의 환경에 대해 의식적으로 분석하고 학습하는지 알아내고 싶었습니다. 이스라엘 네게브 벤 구리온 대학의 생명 과학 교수인 로넨 세게브(Ronen Segev)는 이를 통해 안전하게 이동할 수 있다고 말합니다. 그는 연구를 수행한 Ben-Gurion 팀의 일원이었습니다.

그 대답은 의식적인 분석과 학습이 다양하고 먼 종들이 세상을 이동하는 방식에 책임이 있다는 것을 의미할 수 있다고 그는 말합니다. 즉, 금붕어와 같은 작은 동물이라도 포유류와 유사한 방식으로 환경 속에서 움직이는 법을 배울 수 있습니다.

"내비게이션을 이해하는 것은 학습 및 기억에 대한 이해와 밀접하게 연결되어 있습니다."라고 Segev는 말합니다. "동물이 길을 찾을 때 환경의 구조를 학습하고 이를 기억에 담아야 합니다."

동물이 길을 찾는 법을 배우는 방법을 결정하는 가장 좋은 방법은 일반적으로 움직이지 않는 방식으로 움직이게 하고 익숙하지 않은 장소에서 그렇게 하도록 하는 것이라고 Segev는 믿습니다.

연구자들은 수중에서 물고기가 땅 위로 움직이는 방식과 유사한 환경에 물고기를 배치하려고 했습니다. 그들이 이 새로운 곳을 통과할 수 있을까요? 그렇다면 그들은 그 방법을 어떻게 배웠습니까?

이를 알아내기 위해 한 연구팀은 물고기에게 익숙하지 않은 탱크 주위를 운전하는 방법을 가르쳤습니다. 금붕어가 항해하는 동영상을 시청하세요(네게브 벤 구리온 대학교 제공).

물고기로 운영되는 차량

쥐는 상대적으로 쉽게 길을 찾는 법을 배우며, 쥐가 운전할 수 있게 하려는 이전의 시도는 인상적이었습니다. 개들은 연구에서도 성공적으로 운전했습니다.

Dogs and rats navigate well in studies. ©Enrique Zavaleta/Pixabay

물고기가 운전하는 법을 배울 수 있다면 많은 동물들이 환경을 분석하고 세상을 탐색하는 법을 배울 수 있다는 의미일 수 있습니다. 그리고 그들이 육지 위로 이동하는 법을 배울 수 있다면, 그 능력은 연구원들이 표현한 것처럼 "종 독립적"이 아니라 더 일반적이라는 것을 의미할 수 있습니다.

연구자들은 다음과 같이 말합니다. "동물계에서 동물의 근본적인 역할과 보편적인 기능을 고려할 때, 공간 표현과 탐색 메커니즘이 종, 생태계, 뇌 구조에 의존하는지, 아니면 일반적이고 보편적인 특성을 공유하는지 탐구하는 것이 합리적입니다. .”

"공간 표현과 탐색 메커니즘은 종, 생태계, 뇌 구조에 따라 달라지나요? 아니면 일반적이고 보편적인 속성인가요?"

그들은 물고기가 다른 종과 같은 방식으로 움직이도록 요청하는 것이 "도메인 이전 방법론"이기 때문에 물고기가 어떻게 운전하는지 연구하기로 결정했습니다. 이는 한 종이 다른 종과 마찬가지로 익숙한 작업(이 경우 항해)에 대처해야 함을 의미합니다. 도메인 이전은 동물 탐색을 연구하고 이해하는 가장 좋은 방법 중 하나라고 Segev는 말합니다.

연구원들은 연구에서 "자동차" 역할을 하는 물고기로 운영되는 차량(FOV)을 개발했습니다. FOV를 통해 그들은 "물 밖의 물고기"가 실제로 물 속에 있을 때에도 어떻게 행동하고 움직이는지 연구할 수 있었습니다.

땅을 넘어 물을 거쳐

연구를 위해 연구자들은 물고기를 익숙하지 않은 장소에 놓고 FOV를 통해 탱크 표면을 따라 이동하게 했습니다. 즉 연구자들이 표현한 대로 "지상 환경"에서 이동하게 했습니다.

그들은 또한 물고기에게 새로운 수영 장소를 제공해야 했습니다. Segev는 “우리는 실험실에 있는 작은 물 탱크에서 그것들을 멀리할 수 있는 방법이 필요했습니다.”라고 말했습니다.

그들은 연구를 위해 설치한 FOV 탱크에 금붕어 여섯 마리를 한 번에 한 마리씩 넣었습니다. FOV 자체는 실제로 짧은 변을 가진 투명한 스케이트보드처럼 보이는 작은 로봇이었습니다. 금붕어는 운전석(실제로는 보드에 더 가깝음)에 안전하게 고정되어 자유롭게 통치할 수 있었습니다.

탱크에는 움직임을 측정하는 LIDAR 레이저가 장착되어 있었습니다. 카메라는 위에서 이미지를 포착했고, 컴퓨터는 레이저와 카메라로 포착한 정보를 처리했습니다. 탱크 아래 플랫폼에 장착된 로봇도 FOV의 움직임을 추적하는 데 도움이 되었습니다. 또한, 또 다른 변수를 추가하기 위해 연구원들은 물고기가 이전에 경험하지 못했던 방식으로 빛이 탱크에 들어가서 플렉시 유리와 물에 반사되도록 배열했다고 Segev는 말합니다.

“먼저, 물고기는 차량을 운전하기 위해 새로운 운동 기술을 배워야 합니다. 왜냐하면 이것은 수영을 가능하게 하기 위해 지느러미에 적용되는 근력과는 매우 다르기 때문입니다.”라고 그는 말합니다. "둘째, 시각이 크게 왜곡되어 있음에도 불구하고 외계 환경에서 차량을 탐색하는 방법을 배워야 했습니다."

물고기를 격려하기 위해 "우리는 물고기가 탱크 벽에 있는 목표물을 향해 차량을 운전할 수 있을 때 보상을 받았습니다"라고 Segev는 말합니다.

처음에는 물고기가 무작위로 움직였습니다. 그러나 30분 세션의 약 10~15일 후에 물고기는 FOV를 목표물(이 경우에는 가장 좋아하는 물고기 먹이)로 직접 이동했습니다.

연구자들은 물고기를 다른 시작 위치에 놓고 목표물을 움직여서 환경을 바꾸기까지 했습니다. 그들은 물고기가 학습한 후 매번 같은 길을 운전하는 것이 아닌지 확인하고 싶었습니다.

"금붕어는 위치에 상관없이 목표를 향해 꾸준히 달려왔습니다. 모습이 바뀌어도 물고기는 목표를 향해 움직였습니다."

금붕어는 위치에 관계없이 목표물을 향해 꾸준히 달려갔습니다. 모양이 바뀌어도 물고기는 그 쪽으로 움직였습니다.

즉, 연구원들이 표현한 것처럼 물고기는 "자신의 목표를 내면화"한 것입니다. 그들은 그것을 인식하고, 그것을 뇌에 받아들인 다음, 뇌에서 뉴런의 활성화를 통해 보상을 받으려면 그곳으로 향해야 한다는 것을 이해했습니다.

FOV를 운전함으로써 물고기는 근육 기억뿐만 아니라 실시간 공간 분석 및 탐색을 통해 행동한다는 것을 보여주었습니다. 연구자들은 쥐나 개 같은 육지 동물이 운전하는 법을 배운 것과 같은 방식으로 물고기도 길을 찾는 법을 배웠을 수 있다는 이론을 세웠습니다.

Segev가 말했듯이, "물고기 뇌에서 공간이 표현되는 방식과 물고기가 사용하는 전략은 수생 환경에서와 마찬가지로 육상 환경에서도 성공적일 수 있습니다."

“이번 발견은 공간과 환경을 통한 이동이 모든 종류의 동물에게 동일하다는 것을 암시합니다.”라고 그는 말합니다. 이번 연구는 첫 번째 단계에 불과했다. 다음으로, 연구원들은 더 큰 환경을 탐색할 때 물고기가 사용하는 전략을 연구할 것입니다.

이러한 연구를 통해 동물이 어떻게 직관적으로 세계를 돌아다니고, 먹이와 피난처를 찾고, 위험을 피하는지에 대한 더 큰 이해를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 동물의 뇌가 어떻게 작동하는지에 대한 지식도 확장할 수 있습니다.

물고기가 목표물을 향해 표면을 가로질러 차량을 운전할 수 있다는 것을 입증함으로써 연구자들은 인간과 물고기의 뇌가 이전에 생각했던 것보다 아마도 더 많은 공통점을 가지고 있음을 발견할 수 있었습니다.

*Jean Thilmany is a freelance writer living in St. Paul, MN, who writes frequently about science and engineering topics.