Drivers can use a 'navigator' to help them decide which direction to go when they meet a fork. This kind of navigation does not demand spatial cues or memory of environments. It does not use local land-mark, but depends on how the subject match their decision to the externally-guided route instruction. In this paper, we propose the route navigation system and demonstrate that mice are able to utilize this form of spa-tial navigation. When mice meet a fork in a triple Y-maze, the head-attached instructing device provides a binary directional information, left or right. Because the goal is changed in every trial, we count the rate of correctness by whether the mouse’s decision at each fork matches with the externally-guided route instruction or not. As the number of trials increases, the percentage of correctness is significantly increased more than that of random probability. In addition, this type of navigation has different learning process from ones that use local landmark. These results reveal that rodents are able to be navigated through externally-guided route instructions based on our proposed navigation system.
본 논문은 설치류 모델에 적용 가능한 명령 기반의 내비게이션 시스템과 이를 바탕으로 설치류 모델에서의 명령 기반의 공간 탐색을 검증하는 과정을 소개한다. 특정 공간을 탐색을 할 때 두 가지 다른 특성의 공간 탐색 정보를 활용할 수 있다. 첫 번째 정보는 공간 상에 고정되고 변화하지 않는 랜드마크(Landmark) 형태의 공간 탐색 정보로서, 도로 표지판, 이정표 그리고 멀리서도 식별 가능한 고층 건물 등이 이에 해당한다. 두 번째 정보는 공간 상에 존재하지 않고 변화하지 않는 명령(Instruction) 형태의 공간 탐색 정보로서, 차량용 내비게이션 또는 스마트폰을 통해 제공되는 보행자 길 안내 서비스 등이 해당된다. 명령 형태의 공간 탐색 정보는 정보를 활용하는 대상의 현재의 위치와 방향 등의 실시간 정보를 바탕으로 특정 목표 지점으로 안내한다. 따라서, 랜드마크 형태의 정보에 비해 명령 형태의 정보의 경우 현재의 상태에 따라 제공되는 정보가 지속적으로 변화하기 때문에, 해당 정보를 이해하기 위해서는 자신의 움직임과 방향 등 외부 공간의 정보와 자신의 상태를 연결하여 정보의 의미를 이해해야 하는 과정이 필요하다. 사람의 경우, 랜드마크와 명령 형태의 공간 탐색 정보를 모두 이용할 수 있지만, 지금까지 설치류에 대해서는 랜드마크 기반의 공간 탐색만이 검증되었으며, 랜드마크 기반의 공간 탐색에 국한하여 공간 학습 및 공간 탐색과 관련된 신경 메커니즘 연구가 진행되었다.
본 연구에서는 설치류 모델에 적용 가능한 명령 기반의 내비게이션 시스템을 개발하고 이를 바탕으로 설치류 모델에서의 명령 기반의 공간 탐색을 검증하였다. 실험은 쥐를 통해 진행되었으며, 쥐는 임의로 설정된 시작 지점에서 출발하여 내비게이션 시스템에 주어지는 명령 형태의 공간 탐색 정보를 활용하여 임의로 설정된 목표 지점에 도달하는 과정을 수행하며 명령 기반의 공간 탐색 과정을 학습한다. 또한, 똑같은 실험 조건하에 랜드마크 기반의 공간 탐색 과정을 학습한다. 실험 결과, 쥐는 랜드마크 기반의 공간 탐색뿐만 아니라 명령 기반의 공간 탐색이 가능하다는 사실을 검증해냈다. 이러한 결과는 쥐의 명령 기반의 공간 탐색 능력이 존재함을 설명할 수 있을 뿐만 아니라 본 연구에서 제안한 설치류 모델에 적용 가능한 명령 기반의 내비게이션 시스템의 잠재적인 유용성을 지지한다. 본 연구를 통해 밝혀낸 사실과 제안된 내비게이션 시스템을 바탕으로 공간 탐색과 연관된 신경 메커니즘에 대한 동물행동학적 연구와 더불어 공간 탐색 및 행동 예측을 위한 전산학적 계산 모델에 관한 연구가 활발하게 이루어질 것으로 기대된다.
