베일 벗는 두뇌의 신비

[최중열]

베일 벗는 두뇌의 신비

  1. 언어

 언어능력은 IQ와 무관

우리가 말을 할 때 머리 속에서는 어떤 일이 벌어질까. 기억과 판단을 할 때, 희로애락을 느낄 때, 착각을 하고 꿈을 꿀 때는 또 어떨까. 과학의 힘으로 서서히 베일을 벗고 있는 두뇌의 신비를 시리즈로 알아본다.

미국의 소프라노 가수 글로리아 렌호프(46)는 25개 국어로 된 노래 2천5백여 곡을 자유자재로 부른다. 발음 또한 정확하기로 정평이 있다.

이 얘기만 들으면 모두 렌호프가 엄청난 천재라고 생각할 것이다. 그러나 그의 IQ는 55다. 뇌에 이상이 생기는 '윌리엄스 증후군' 환자인 렌호프는 간단한 덧셈.뺄셈도 못한다. 그래도 언어 능력만큼은 탁월하다.

윌리엄스 증후군에 걸리면 두뇌의 다른 기능은 떨어지지만 말은 여전히 유창하게 한다. 이는 기억이나 판단.추리를 할 때와 말을 할 때의 두뇌 활동이 뭔가 크게 다르다는 것을 나타내는 증거다.

기억이나 판단을 하는 부분은 두뇌 이곳 저곳에 퍼져 있는 반면 언어와 관련된 일은 왼쪽 두뇌가 담당하는 것이 보통이다. 그 중에서도 대략 관자놀이 부근에 있는 '브로카'라는 부분과 그보다 약간 뒤쪽 귀 근처의 '베르니케'영역이 언어와 깊은 관계가 있다. 이 부분들을 이른바 '언어중추'라 한다.

사고를 당해 베르니케 부분이 망가지면 단어 하나하나는 무슨 뜻인 지 알지만 문장의 뜻은 이해하지 못한다. 예를 들어 "나는 네가 어머니와 시장에 가는 것을 보았다"고 하면, 시장에 간 것이 누구인 지 이해하지 못한다.

브로카 영역을 다치면 말을 더듬거리기도 하며, 특히 단어들을 제대로 연결 못해 "나…너…어머니…시장…가…"처럼 얘기한다.

지금까지의 연구에 따르면 보통 사람은 모국어를 구사하는 기능이 태어나서 4~5년 안에 갖춰진다. 두뇌는 태어난 뒤 신경세포(뉴런)들이 이리저리 연결되면서 기능을 할 수 있게 되는데, 언어와 관련된 기본 연결망은 생후 4~5년 안에 형성되는 것이다.

그 후에도 브로카.베르니케 영역의 뉴런 연결망이 조금씩 확장되며 언어 중추가 발달하지만, 사춘기에 이르면 완성돼 그 뒤에는 언어중추의 구조가 거의 바뀌지 않고, 언어도 배울 수 없다는 것이 일반적인 학설이다.

몇몇 증거도 있다. 1797년 프랑스에서 이른바'늑대소년'이 발견됐다. 문명과 동떨어진 야생의 이 소년은 발견 당시 열살이 훨씬 넘었을 것으로 추정됐다. 사람들은 그에게 말을 가르치려 노력했다. 그러나 소년은 그림을 들이대면 이름을 대는 정도에 그쳤을 뿐 끝내 제대로 말을 하지는 못했다.

70년대 미국에는 제니라는 어린이가 있었다. 13세가 될 때까지 부모는 제니를 침대에 묶어 놓고 먹이기나 할 뿐 전혀 돌보지 않았다. 당연히 말도 익히지 못했다. 결국 제니도 평생 언어를 구사할 수 없었다.

모두 두뇌의 언어 중추가 더 이상 발달할 수 없는 나이에 이르기까지 언어를 배우지 못해 영영 말을 할 수 없게 된 경우다.

그렇다면 나이가 들어서도 외국어를 익힐 수 있는 것은 어떤 까닭일까. 여러 나라의 수도 이름을 외우듯 모국어를 바탕으로 '학습'을 하는 것이다. 때문에 보통 사람이 외국어를 할 때는 두뇌의 언어중추뿐 아니라 학습과 관련된 부분도 많이 활동하게 된다.

실제 한국어와 영어를 유창하게 하는 두 사람을 놓고 실험을 했다. 한 사람은 어려서 영어를 사용하는 나라에서 자라며 마치 모국어를 배우듯 영어를 익혔고, 다른 사람은 한국에서 자란 뒤 영어를 배웠다.

이 두 사람이 각각 한국어와 영어를 할 때 두뇌의 어떤 부분이 활성화되는지, 기능성 자기공명영상(fMRI)을 찍어 봤다. 그랬더니 외국에서 자란 사람은 한국어든 영어든 활성화 부위가 거의 같았는데,한국에서 큰 사람은 영어를 할 때 활성화되는 부위들이 훨씬 더 많았다.

특히 한국어를 할 때 별로 안 쓰는 오른쪽 뇌가 활발히 활동했다. 이는 학습 등을 할 때 많이 쓰이는 부분이다.

그러나 어릴 때부터 외국어를 사용하는 환경에 자연스럽게 노출되느냐, 아니냐만이 대뇌의 언어 활동을 결정하는 것은 아니다.

외국어를 뒤늦게 배웠더라도 아주 능숙하게 되면, 대뇌의 활동이 어릴 때 익힌 사람과 거의 비슷하게 된다는 보고도 있다. 하지만 이런 결과가 이론으로 정립된 것은 아니다. 아직 외국어 능력과 두뇌에 대한 연구는 전 세계적으로 초보 수준에 머물러 있는 상황이다.

 2. 기억

아기는 태교음악 기억한다
4살前이라도 반복 경험땐 기억 되살리는 구조 작동

우리가 기억을 한다는 것은, 서랍 속의 사진을 다시 꺼내보듯 두뇌 속에 뭔가를 저장해 놓았다가 그대로 다시 떠올리는 것이 아니다.

어떤 경험을 하면 두뇌는 그것을 잘 분리 정돈했다가 기억할 때 다시 조립하는 과정을 거친다고 뇌과학자와 심리학자들은 생각한다.

생각이 날 듯하면서도 안 나는 것이 바로 이런 조립 과정이 제대로 일어나지 않는 것이다.

어떤 식으로든 기억의 대상을 분석.이해하는 과정이 곁들여지면 기억을 잘 하는 것도, 조립설을 뒷받침한다. 분석 과정이 두뇌가 나중에 조립하는 메커니즘을 잘 닦아놓아 기억이 잘 되는 것이다.

네살보다 어린 아기들이 한번 경험한 사건을 잘 기억하지 못하는 이유도 두뇌의 기억 재조립과 관계가 있다.

재조립을 하려면 좌뇌와 우뇌가 원활하게 정보를 교환해야 하는데, 좌뇌와 우뇌를 이어주는 통로인 '뇌량'이란 것이 네살 이후에야 충분히 발달한다.

때문에 아기는 재조립을 잘 못해 기억도 잘 못한다. 우리가 어릴 때 일을 거의 기억하지 못하는 것도 오래돼서 지워졌다기보다, 이렇게 아예 기억을 하기 어렵게 돼 있기 때문이다.

아주 어려서라도 큰 충격을 받은 사건이 생생하게 남아있는 경우가 있기는 하다. 이런 것은 '섬광 기억'이라고 해서 두뇌의 분석 작용뿐 아니라 놀람.고통 등 정서와 관련된, 또 다른 기억작용으로 받아들여지고 있다.

아기가 한번 경험한 사건은 잘 기억하지 못하지만, 반복에 따른 기억은 할 수 있다. 말을 배우는 것이 그 예다.

태아도 이런 식의 반복에 의한 기억은 할 수 있다는 연구가 있다.

영국 라이체스터대 연구진은 출산을 석달 앞둔 산모 11명을 택해 아기가 태어날 때까지 일부는 특정한 클래식 음악을, 나머지는 요란한 팝송을 계속 틀어줬다.

아기가 태어난 지 1년 뒤, 다시 음악을 들려줬다. 그랬더니 태아 때 들은 음악, 또는 그 비슷한 음악이 나오면 아이들이 스피커로 눈을 돌려 한참 바라보는데, 다른 음악에는 아예 관심을 갖지 않았다. 이는 BBC를 통해 전세계에 알려졌다.

작은 세계에서 보면, 기억을 하게 만드는 것은 두뇌의 신경세포들이다. 어떤 경험을 하면 신경세포들끼리 신호를 잘 전달할 수 있도록 신경세포 사이의 연결망이 발달하게 된다. 이 회로망이 잘 유지되면 기억을 할 수 있는 것이고, 끊어지면 혼란이 생기거나 기억을 할 수 없게 되는 것이다.

회로망도 근육과 비슷해 자꾸 쓰면(자꾸 반복해 회상하면) 근육이 굵어지듯 튼튼히 연결되고(기억이 잘 되고), 오래 안 쓰면 쇠퇴해 기억이 사라진다.

더 작은 세계로 들어가 보자. 처음 어떤 경험을 하면, 이 때문에 자극을 받은 신경세포 내에서는 특수한 단백질이 순간적으로 변형되며 신호가 아주 잘 전해지게 된다.

기억을 할 수 있게 되는 것이다. 그런데 신경세포에는 변형된 단백질을 원래 모습으로 되돌려주는 효소가 있다. 그래서 변형된 단백질은 금세 복원되고, 그 결과 우리는 기억했던 것을 잊게 된다.

전화번호를 한 번 듣고 잠깐 기억했다가 다시 잊게 되는 동안, 신경세포안에서는 이렇게 기억과 관련된 단백질이 변형됐다가 원래 상태로 돌아오는 과정이 일어난다.

반면 경험이 반복되거나, 아주 충격적인 경험을 하면 신경세포에도 강한 자극이 가게 된다.

그러면 신경세포의 유전자까지 자극을 받아 새로운 단백질이 만들어지면서 다른 신경세포와 연결하는 가지를 만든다. 기억 신호 전달 통로로 쓰이는 이 가지는 웬만해선 없어지지 않는데, 이것이 오랫동안 어떤 일을 기억하게 만든다.

이렇게 우리가 다양한 지식을 습득하고, 경험함에 따라 두뇌 안에서는 작은 변화들이 일어난다. 이런 것이 쌓이고 쌓여 사람은 각기 다른 두뇌 구조를 갖게 되는데, 성격과 사고방식 등이 사람마다 다른 이유를 바로 여기에서 찾아볼 수 있다.

교수 서울대.생명과학부

 3. 창의성

 

창의적인 사람 집중력도 높다

남들이 생각하지 못하는 것을 생각하고 이뤄내는 창의성은 천재들만이 가진 신비한 능력이 아니다.

창의성은 두뇌 훈련을 통해 개발할 수도 있다.

창의성이 천재들의 전유물이란 것은 천재로 추앙받던 사람들 자신과, 그들의 전기 작가들이 꾸며낸 측면이 있다.

미국의 시인인 포나 프랑스의 수학자 포앙카레와 같이 천재로 추앙 받던 사람들은 창작이나 새로운 발견.발명의 순간을 신비하고 극적으로 묘사했다.

하지만 이들의 유품을 조사해 보면 시 한편을 위해 수많은 습작을 만들었고, 새로운 수학 정리 하나를 증명해 내는 데 실패를 거듭했던 것을 알 수 있다. 그들이 창의적인 작품과 이론을 만들 수 있었던 것은 그만큼 노력을 기울인 결과였다.

창의적인 활동에 머리를 많이 쓰면 두뇌 구조도 달라지는 것으로 알려졌다.

아인슈타인의 뇌는 머리 꼭대기의 바로 아래쪽 '브로드만의 39번 영역'이라는 곳이 보통 사람보다 크다. 이 부분은 상상력.기억력.집중력 등과 관계 있는 것으로 파악되고 있다.

아인슈타인의 39번 영역에 있는 신경세포의 수는 보통사람과 차이가 없지만,'신경교 세포'라는 것이 보통 사람보다 훨씬 많았다.

신경교 세포는 신경세포가 원활하게 물질 대사를 하도록 도와주는 것. 이 세포가 많다는 것은 그만큼 39번 영역의 뇌세포가 많이 활동했음을 뜻한다.

창의적인 활동을 할 때 이 부분이 커지는 것은 생쥐 실험에서도 확인됐다.

미국 버클리대학의 매리언 다이아몬드 교수는 생쥐를 두 집단으로 나눠 하나는 놀이기구를 잔뜩 주고 다양한 행동을 할 수 있는 '풍요로운 환경'에서 살게 했고, 다른 쪽은 놀이기구 없이 단순한 행동만 할 수 있는 '열악한 환경'에서 자라게 했다.

그랬더니 풍요로운 환경에서 자란 생쥐들의 39번 영역이 열악한 환경에서 자란 생쥐보다 16%나 더 커졌는데, 그 이유도 바로 신경교 세포가 더 많아졌기 때문이었다.

창의적인 사람들에게서 발견되는 것은 집중력이다. 그것도 순간적이기보다는 장기간에 걸친 집중력이다. 모차르트가 작곡을 시작한 것은 4살 때부터였지만, 그 때의 작곡은 종전 음악들을 재구성한 수준이고, 독창성이 담긴 작품은 16세 이후에야 나타나기 시작했다고 한다.

10년 넘게 음악에 몰두하고서야 독창성을 발휘할 수 있게 된 것이다.

창의적 성취를 이룬 사람은 자신의 일 속에 몰두하여 살기 때문에, 직접 일과 관련되지 않은, 삶의 다른 부분도 자신이 하는 일과 연관을 짓는다. 따라서 이들은 다른 사람이 무심코 지나치는 사건에서도 자신의 일과 관련된 새로운 것을 발견해 낸다.

이처럼 창의적인 결과물을 내놓기 위해서는 집중력을 높이는 게 필수다. 이를 위해 우리가 할 수 있는 가장 간단한 일은 창의적 성취를 이룬 사람처럼 각자가 좋아하는 일에 몰두하며 사는 것이다.

이 때 중요한 것은 '주동적'이어야 한다는 점이다. 피동적이어서는 창의력이 높아질 수 없다는 게 심리학자와 뇌과학자들의 견해다.

미국 볼드윈-월리스 대학 데일 그럽 교수의 연구에 따르면, 아이들이 장난감을 갖고 놀면 일반적으로 창의력이 높아지지만, 노는 법을 부모가 가르쳐주면 아이들은 그것을 맹목적으로 따라하게 돼 창의성이 높아지지 않았다고 한다.

TV를 보는 일처럼 수동적인 방관자가 되어서는 창의력과 집중력이 향상되지 않는 것이다.

능동적인 참여자로서 좋아하는 일을 할 때 무엇을 성취할 수 있고, 자신감도 생기며, 또 다른 성취감을 맛보기 위해 새로운 문젯거리를 찾아나서게 될 것이다.

이런 삶이 반복될 때, 그 사람의 두뇌 구조는 물론 그 활동 방식도 아인슈타인과 같은 창의적인 천재들과 비슷하게 닮아갈지 모른다.

박주용 교수 <세종대.교육학과>

 4. 불안정한 기억

 

너희가 기억을 믿느냐
유도심문·암시로 엉뚱하게 왜곡 가능
사건 목격자 100% 믿었다 큰코 다칠 수도

 

기억은 얼마나 정확할까? 우리는 기억해 낸 내용이 경험한 사실 그대로일 것이라고 흔히 믿지만,실은 직접 경험하지 않고 단지 추론한 내용에 의해 기억이 왜곡되는 경우가 매우 흔하다.

이를 확인하는 실험으로 사람들에게 여러 장의 그림을 잠깐씩 보여주고 "이것은 ○○을 닮았다"고 말해주는 것이 있다. 그리고 나서 그림을 기억해 그리도록 하면, 먼저 무엇과 닮았다고 했는지에 따라 기억이 달라지는 것을 볼 수 있다.



예를 들어 <그림1>을 보여주고 '안경'이라고 하면, 나중에 왼쪽 같은 그림을 많이 그리고, '아령'이라고 하면 오른쪽의 것을 그려내는 경우가 많다. 그림을 보며 함께 들은 설명에 따라 기억이 왜곡된 것이다. 이처럼 기억이 다른 정보와 추론의 영향을 받는 것을 '기억의 구성적 특성'이라고 한다.

기억의 구성적 특성은 현실에서 대단히 중요하다. 목격자의 증언이 법정의 판결에 결정적인 영향을 미치는경우가 있는데, 목격자가 거짓말하려는 의도가 없는 경우에도 기억의 왜곡 때문에 틀린 증언을 할 가능성이 항상 존재한다.

미국의 인지심리학자 로프터스는,목격한 사건에 관한 기억이 사건 후에 제공된 정보에 따라 쉽게 왜곡될 수 있음을 밝혔다.

예를 들어,자동차 충돌 사고를 담은 비디오 필름을 보여준 후 자동차 속도를 추정하는 질문을 하였는데, 어떤 참가자들에게는 "자동차가 서로 부딪쳐 박살났을 (smash) 때 속도는?"이라고 물었고, 다른 참가자들에게는 "자동차가 서로 부딪쳤을(hit) 때 속도는?"이라고 질문하였다.

일주일 후 같은 참가자들에게 필름에서 유리창이 깨졌었는지를 물었는데, 깨졌다고 대답한 참가자들이 'smash'했을 때의 속도를 물어본 그룹에서 더 많았다.

하지만 실제 필름에서는 유리창이 깨지지 않았다. 목격한(필름을 본) 뒤 들은 단어(smash) 때문에 기억이 왜곡된 것이다. 즉, 이런 연구는 유도 심문에 따라 기억이 왜곡될 수 있음을 보여준다.

'수전 네이슨 사건'은 더 유명한 경우다.1968년 캘리포니아에서 수전 네이슨이라는 8세짜리 여자 아이가 살해됐는데, 진범을 찾지 못했다.

20년이 넘은 1989년 수전의 친구였던 아이린이 심리 치료를 받는 과정에서 자신의 아버지가 수전을 죽이는 것을 봤다고 증언했다. 아이린의 아버지는 1급 살인죄로 기소돼 1심에서 종신형을 받았지만 재심에서 증언에 의혹이 생겨 무죄 방면됐다.

아이린의 경우도 TV에서 아동 살해 등을 자주 접한 데다가 심리치료 도중 치료자의 유도심문과 암시로 인해 엉뚱한 기억을 갖게 됐을 가능성이 있다.

최면 역시 기억의 왜곡으로부터 자유롭지 않다. 최면 상태에서는 암시에 걸릴 확률이 커서, 최면시술자가 제공하는 사소한 단서도 기억의 왜곡을 일으킬 가능성이 매우 크다. 따라서 범죄수사에 최면을 이용할 때는 심리학적 이해를 바탕으로 한 조심스러운 접근이 요구된다.

정확한 기억을 할 때와 왜곡된 기억을 할 때 나오는 뇌파가 다르다는 연구도 있다.

그림들을 보여주고 나중에 본 것인지 아닌지 대답하는 연구에서, 본 것을 봤다고 판단한 경우에는, 보지 않은 것을 봤다고 잘못 판단한 경우에 비해 이른바 'P300'이라는 뇌파 성분이 약간 늦게 발생한다.

<그림2 참조>

그러나 두뇌의 어느 부분이 기억 왜곡과 관련있는지는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 뇌의 구조와 기능이 워낙 복잡하기 때문이다. 하지만 머지않아 기억의 본질이 규명되고 아울러 기억이 왜곡될 때 두뇌 속에서 일어나는 과정도 낱낱이 밝혀질 날이 올 것이다.

박태진 교수 <전남대.심리학>

 5. 특수 기억

0.001초만의 일도 뇌는 안다
무의식 중의 경험 한쪽에 고스란히 저장
기억상실증 환자도 특수한 인식 가능

 

가끔씩 사람들은 "워낙 순식간에 일어난 일이라서…"라고 할 때가 있다.잠깐 사이에 뭔가 생겼다가 사라져 제대로 파악할 겨를이 없었다는 얘기다.

'순식간'이라는 것이 0.01초 정도로 짧아지면, 사람은 아예 아무 일도 없었던 것으로 생각한다.예컨대 총알이 소리나 바람을 전혀 일으키지 않고서 1m 떨어진 곳을 날아간다면,아마 총알이 지나쳐갔다는 것을 모를 것이다.

그러나 뇌는 어떤 일이 일어났는지 알고 있다. 우리가 기억하는 것과는 다른,어떤 특수한 기억을 우리 두뇌는 하는 것이다. '단순노출 효과'실험을 통해서도 모종의 특수 기억이 있다는 게 알려졌다. 단순노출 효과란,어떤 것을 여러 번 반복해서 보면 더 좋아하게 되는 것이다.

예를 들어 사각형.오각형 등 여러 가지 도형을 몇 번씩 보여주고, 나중에 어떤 도형이 마음에 드는지 점수를 매기라고 하면, 사람들은 여러 번 본 도형에 높은 점수를 주는데, 이런 게 단순노출 효과다.



심리학자들은 도형을 사람이 제대로 인식하지 못할 만큼 짧은 순간(0.001초) 동안만 보여줘도 똑같은 단순노출 효과가 일어나는 것을 발견했다. 봤는 지 본인은 모르는데 두뇌는 영향을 받은 것이다. 어떤 특수한 기억이 없고서는 불가능한 일이다. 1초에 24컷이 돌아가는 영화필름 중에 간간이 1컷씩 광고를 끼워넣는 것 역시 짧은 순간에 일어나 확실하게 인식은 못하지만 두뇌는 영향을 받는 효과를 노린 것일 게다.

기억상실증 환자에서도 특수한 기억의 사례들이 나타난다. 미국에서 간질 때문에 뇌의 일부를 들어 낸 환자가 있었다.H.M.이라는 이 환자는 수술 뒤 예상치 못한 기억상실증을 보였다. 뇌 부분부분의 기능을 잘 몰라 생긴 일이었다.

H.M.은 수술로 인한 기억상실증 때문에 의사를 소개받아도 조금만 지나면 누구인 지 몰라봤고, 이사를 갔는데도 늘 전의 집만 찾아 갔다.

하지만 어떤 특수한 기억 현상은 H.M.이 정상인과 크게 차이나지 않는다는 것이 실험을 통해 밝혀졌다.

실험은 거울 앞에 별이 그려진 종이를 놓고, 거울만 보면서 별모양의 선을 그대로 따라 그리는 것이었다<그림 참조>. 거울은 좌우가 반대여서 누구나 처음에는 별을 삐뚤빼뚤하게 그린다. 하지만 이를 몇 번 반복하면,마치 자전거 타는 것을 익히듯 그 요령을 학습해 잘 그리게 된다. 이런 학습에는 기억이 꼭 필요한데, H.M.도 정상인과 마찬가지로 점점 잘 그리게 됐다. 보통의 기억은 못하지만, 특수 기억은 가능하다는 반증이다.

기억상실증 환자를 대상으로 한 단어 연상 실험에서도 특수한 기억이 존재한다는 것을 확인할 수 있다. 우선 환자들에게 고리.나무.토끼.집.자동차 등의 단어를 보여 준다.

이들은 무엇을 봤는지 전혀 기억하지 못한다. 하지만 '(모음 'ㅗ')리'라 쓰인 것을 주고 떠오르는 단어를 쓰라고 하면,'소리''오리''고리''보리' 등 여러가지 단어 가운데 앞서 봤던 '고리'를 쓰는 경우가 훨씬 많아진다.

환자들이 기억을 못한다고 하면서도,'고리'라는 단어를 본 흔적이 두뇌 어딘가에 남아 있어 영향을 주는 것이다. 이런 기억을 특히 '암묵 기억'이라고 한다.

암묵 기억이 이뤄질 때의 두뇌 활동은 보통의 기억을 구성할 때와는 다르다. 사람의 두뇌가 특수 기억을 일으키도록 하는 실험을 하면서 두뇌를 기능성자기공명(fMRI) 영상장치 등으로 촬영해 보면, 보통 기억을 할 때와는 다른 점이 나타난다.

보통의 기억은 주로 뇌의 앞부분, 즉 해마나 전두엽이라 부르는 부분들이 많이 관련된 반면,암묵 기억은 뇌의 뒷부분과 관련됐다는 것이 전남대의 연구에서도 확인됐다.

박태진 교수 <전남대 심리학과>

 6. 시각 능력 (上)

 

'눈'이 아니라 '뇌'가 본다

 

그냥 종이 위에 그려 놓은 원이 빙빙 돌아가는 것처럼 보일 수 있을까? 아마 불가능하다고들 생각할 것이다.

그렇다면 옆 그림 중 방사형 줄무늬 위에 파란색 동심원들이 있는 것의 한 가운데를 가만히 응시해 보라. 어떤 일이 일어나는가. 파란 원들이 갑자기 방향을 바꿔 가며 제각기 여러 방향으로 빠르게 회전하는 것이 보일 것이다. 눈을 깜빡이거나 비비고 봐도 마찬가지다.

이 그림을 볼 때 눈의 망막에는 돌아가는 것이 아니라 그냥 가만히 있는 원의 영상이 맺힌다. 그런데도 돌아간다고 느끼는 것은 감각기관과 뇌의 작용 때문이다.

실제로 이 그림을 볼 때 두뇌가 어떤 활동을 하는지 양성자단층촬영(PET)을 해보면, 뇌의 신경세포들이 진짜 움직이는 것을 봤을 때처럼 반응하는 것이 나타난다.

그 이유는 아직 밝혀지지 않았지만, 어쨌든 이 그림 때문에 '뭔가 움직인다'는 것을 지각하는 뇌의 신경세포가 활성화되고, 그 결과로 가만히 있는 원이 돌아가는 것처럼 보이는 것이다.

이처럼 우리는 '눈'이 아니라 '뇌'로 세상을 본다. 눈은 단지 뇌가 세상을 보는 창과 같은 간단한 역할만을 하는 것뿐이다.

시각의 가장 두드러진 특징 중 하나는 색.형태.위치.깊이.운동을 뇌의 여러 부위가 따로 나눠 맡고 있다는 것이다.

따라서 만일 사고나 병으로 특정 부위가 손상되면 그 부위가 맡고 있는 시각기능을 잃게 된다. 색이나 형태는 알아도 움직이는 것은 전혀 깨닫지 못하거나, 빨간색이기는 한데 어떤 모양으로 생긴 것인지는 모르는 등 정상인으로서는 이해하기 힘든 증세가 나타난다.

특히 얼굴을 지각하는 뇌 부위가 따로 있는데, 그 곳이 망가져서 다른 것은 다 알아 봐도 얼굴만은 못 알아보는 사람도 있다.

색.형태.깊이 등을 맡는 두뇌의 부분이 각각 이렇게 다르다는 것을 알아볼 수 있는 간단한 실험이 있다(왼쪽 아래).

탑 그림을 보자. 하나는 짙고 옅은, 그러니까 명도가 다른 파란색만을 이용해 그린 것이다. 다른 하나는 이와 반대로, 명도는 같은데 색은 다른 물감으로 그렸다. 똑같은 그림인데도 우리는 이 한 쌍의 그림 중에 명도가 다른 그림에서만 깊이를 느낄 수 있다.

이것이 나타내 주는 것은 색과 깊이를 맡는 뇌 부위가 서로 다르다는 것이다. 그래서 색상 정보만으로는 깊이를 느낄 수 없다. 대신 깊이를 아는 것은 명암에 따른 것이어서, 명도가 다른 색으로 그리면 깊이를 확연히 느끼게 된다.

그러나 보통 생활 속에서는 예에서 든 그림과 같이 색과 명암이 분리된 경우가 드물기 때문에 뇌 기능의 분화에 따른 이러한 차이를 거의 경험하지 못한다. 지금까지 알려진 바로는 뇌의 50% 가량이 직.간접적으로 시각에 관여한다. 이는 시각과 두뇌의 연구를 통해 뇌의 절반 가량의 구조와 기능을 이해할 수 있다는 것을 의미한다.

뇌가 부위별로 분리된 전담기능을 맡고 있다는 것이 언어나 기억 등 다른 두뇌 활동에서도 발견되기 때문에, 뇌과학자와 심리학자들은 시각연구에서 얻은 발견들이 뇌의 다른 기능을 파악하는 데 많은 도움을 줄 수 있을 것으로 기대하고 있다.

정찬섭 <연세대 교수.심리학과>

 6. 시각 능력 (下)

'뇌'는 타고난 상대주의자

상대성 원리로 유명한 아인슈타인의 뇌 조각이 국립 서울과학관에 전시되고 있다. 그런데 아인슈타인은 사람의 뇌야말로 상대성이 철저히 지켜지는 곳이라는 것을 알았을까.

검정바탕에 흰 팔괘, 초록과 노란색의 태극으로 된 이상한 태극기 그림이 있다. 그림 가운데 있는 십자표시를 10초 가량 응시하라. 그 다음 바로 옆 회색 사각형의 중앙으로 눈을 돌려보라. 놀랍게도 흰 바탕에 빨강.파랑의 태극과 검은 팔괘가 그려진 제대로 된 태극기가 보일 것이다.



이 현상은 눈의 망막에 있는 신경세포의 작용에서 비롯되는 것이다. 망막은 뇌의 일부라고 불릴 만큼 뇌와 밀접히 연결돼 있으며, 뇌와 매우 유사하게 상대적인 방법으로 신경정보를 처리한다.

예를 들어 우리의 망막과 뇌는 초록색을 맡는 세포와 빨간색을 맡는 세포 중 어느 것의 반응이 우세하느냐에 따라 빨강 또는 초록 하나 만을 지각하도록 돼 있다. 따라서 초록색을 오래 바라보면 빨강을 맡는 세포는 괜찮지만 초록을 맡는 세포는 지속된 반응으로 피로해져 회색이 빨간색으로 보이게 된다.

노랑과 파랑,검정과 하양도 마찬가지 방식으로 각기 짝을 이루어 비교돼 처리하기 때문에 예의 이상한 태극기를 보고 난 뒤 아무 것도 없는 회색 판을 보면 정상적인 태극기가 나타나는 것이다.

이처럼 상대적으로 색을 처리하는 방식은 뇌에 이르면 더 정교해진다.한번 노랑에서 파랑으로 색이 점차 변하는 띠 위에 연녹색 직사각형들이 늘어선 그림을 보라.

이 띠들은 모두 같은 색인데도 노랑 바탕 부근에서는 파란 색조를 띠는 것처럼, 또 파란색 바탕 부근에서는 노란색을 띠는 것처럼 보일 것이다. 뇌의 시각을 맡는 부위에는 이처럼 주변과 비교해 색을 상대적으로 처리하는 신경세포들이 있다.

한 곳의 색과 명암이 주변과 비교돼 결정된다는 것은 관찰력이 뛰어난 사람이면 일상 생활에서도 얼마든지 발견할 수 있다.

TV가 꺼져 있을 때 화면은 회색이다. TV를 켜면 화면이 빛을 발하므로 어찌 생각하면 꺼져있을 때의 회색보다 더 어두운 검은 색은 낼 수 없을 것이라 결론지을 수도 있다. 하지만 샴푸 선전에는 흑단같이 검은 머리가 나온다.

실제 화면의 검은 머리 부분에서 나오는 빛은 TV를 꺼놓았을 때보다 밝지만, 검은 머리 주변에서 더 밝은 빛이 나오기에 우리는 '상대적으로'검다고 느끼는 것이다.

이런 실험도 있다. 둥근 모양의 검은 천을 어두운 방에 매달아 놓고 그 위에만 빛을 비추면 벨벳천이 달처럼 하얗게 빛나 보인다. 여기에 손가락을 들이밀면 빛나던 천이 갑자기 새까맣게 보이고, 손가락을 치우면 다시 하얗게 빛나 보인다. 밝기가 우리의 지식과 상관없이 주변과의 상대적인 비교에 의해 결정된다는 것을 보여주는 실험이다.

시각의 상대성은 밝기와 색뿐 아니라 형태.운동 등에서도 보편적으로 발견된다. 운동의 방향도 서로 반대되는 방향을 맡는 뇌신경 세포들의 반응을 비교해 결정된다.

독자를 위해 직접 동영상 체험을 해 볼 수 있는 파일을 인터넷
(psylab.yonsei.ac.kr/~vision/spiral.ppt)에 올려 놓았다. 여기서 나선 그림이 있는 원판을 돌리다 갑자기 세우면 그 방향을 맡는 세포가 피로해져 원판이 반대 방향으로 도는 것처럼 보인다.

 7. 뇌파로 마음 읽기

생각한 것 보게 되면 뇌파 '출렁'
범행현장 보여주고 용의자 관찰
반응 여부로 범인잡기에 이용도

 

마음을 들여다볼 수는 없을까. 현재 뇌과학.심리학의 힘을 빌리면, 마음을 읽는다는 게 적어도 1백% 불가능한 일은 아니다.

마음 또는 정신은 두뇌 활동의 소산이다. 따라서 두뇌의 활동을 지켜볼 수 있다면 마음을 읽을 가능성도 있다는 결론이 나온다.

이렇게 두뇌활동을 관측하는 방법 중 하나가 뇌파 측정이다. 뇌파란 뇌에서 나오는 약한 전기 신호인데, 뇌가 어떤 작용을 하고 있는가에 따라 형태가 달라진다. 즉 뇌파의 모양을 잘 분석하면 두뇌의 활동에 대한 정보를 얻을 수 있는 것이다.

고려대 심리학과 연구팀은 최근 뇌파를 측정해 마음을 읽어내는 간단한 실험에 성공했다. 성인 남녀 13명에게 삼각형.사각형.원을 보여주고 그중 하나를 택하게 한 뒤, 도형들을 다시 여러번 보여줬을 때 나타난 뇌파를 보고 무엇을 생각했었는지 알아맞혔다.

사람들은 하나같이 자신이 선택한 도형이 화면에 떠올랐을 때 뇌파가 확연히 달라졌다. 염두에 두고 있던 것이 나타나면 약 0.3초 후에 커다란 뇌파 신호가 나왔다.

자신의 생각이 뇌파에 담겨 다른 사람에게 읽힌 것이다. '열길 물 속은 알아도 한길 사람 속은 모른다'는 게 그야말로 옛말이 돼버린 셈이다.



뇌파를 범죄 수사에 이용하려는 연구도 있다. 범행 현장의 모습, 피해자의 물건 등 범인의 뇌리에 남아 있는 것들을 용의자들에게 보여주고 뇌파를 관찰하는 식이다.

이 경우에 무관한 사람이라면 특이한 뇌파 반응이 없지만, 범인은 범죄 관련 사진과 맞닥뜨리고 나서 약 0.3초 후에 커다란 신호가 나올 것으로 기대된다.

미국에서는 로런스 파웰이라는 뇌과학자가 이 방법으로 FBI 요원을 1백% 정확하게 가려내는 데 성공했다. FBI 요원과 일반인을 섞어놓고 테스트했는데, FBI 요원만 알아볼 수 있는 단어나 사진이 나오면 요원의 뇌파만 변했던 것이다.

범죄 수사에도 일부 이용하기 시작했다. 몬태나주 메이컨 시에서 1980년대 중반 일어난 살인 사건의 범인을 찾는 데 뇌파 검사가 쓰였다.

검사 결과 그라인더라는 남자가 사건 현장의 기억을 갖고 있는 것으로 나타났다.그는 범행을 자백해 현재 무기징역형을 살고 있다.

뇌파는 성격도 반영한다. 예컨대 내향적인 사람과 외향적인 사람은 외부에서 똑같은 자극을 받았을 때도 뇌파 신호의 크기가 상당히 차이가 난다.

아마 외향적인 사람의 뇌파 신호가 훨씬 활발할 것이라고 짐작하겠지만, 고려대의 연구에서 내향적인 사람의 뇌파 신호가 더 크게 나오는 것이 확인됐다.

전체 70명을 놓고 심리 테스트를 해 가장 내향적인 사람 9명, 가장 외향적인 사람 8명을 뽑아 실험했는데, 차이가 아주 뚜렸했다.

내향적인 사람의 뇌가 외부 자극에 더 활발히 반응한다는 것은, 행동을 억제하기 위해 뇌가 많이 활동하는 것으로 해석할 수 있다.

외향적인 사람은 외부 자극에 자연스럽게 반응하므로 억제가 필요없어 뇌가 별로 쓰이지 않지만, 내향적인 사람은 행동하려는 욕구를 억누르므로 이 과정에서 강한 뇌파가 나오는 것이다.

뇌파 측정 말고도 기능성자기공명영상장치(fMRI).양전자단층촬영(PET) 등 뇌 속을 들여다보는 여러가지 장비가 있지만, 아직까지는 현실적으로 뇌파가 가장 간단한 관측 방법이다.

최근에는 치매기를 보이는 사람의 뇌파 반응이 일반인과 어떻게 다른지를 살펴 치매를 조기에 확인하려는 연구도 이뤄지고 있다.


김현택 고려대 심리학과 교수

  8. 기쁨의 정체

기분 좋으면 '도파민' 퐁퐁
알코올 니코틴 등 흡수때 많이 나와
비정상적 분비 반복되면 중독

 

사람마다 즐겨하는 일이 다른 것은,뇌가 큰 기쁨을 느끼는 일이 서로 다르기 때문이다. 어떤 사람은 인내로 마라톤 전구간을 완주해냈을 때에, 다른 이는 오랫동안 머릿속을 맴돌던 작품을 마침내 완성했을 때, 또 다른 사람은 어려운 이웃을 위해 팔을 걷어붙일 때 기쁨을 느낀다. 이런 것이 사람마다 각기 다른 행동의 동기를 이룬다.

사람의 뇌에서 기쁨을 자각해 행동의 동기를 유발하는 부위를 '대뇌보상계'라고 하며, 전기나 약물로 이곳을 자극해도 쾌감을 느끼게 된다.

캐나다의 신경과학자 올즈와 밀너는 쥐를 상자 안에 넣어두고 쥐가 스스로 레버를 누를 때마다 뇌에 전기 자극을 받게 함으로써 동물의 뇌에 쾌감을 매개하는 부위가 있음을 알아냈다. 특정 부위에 전기 자극이 가게 했을 때 쥐가 쾌감을 얻고자 자꾸 레버를 눌렀던 것이다. 그 후 사람에게도 같은 역할을 하는 부위, 즉 대뇌보상계가 있음이 밝혀져 인간의 다양한 행동을 이해하는데 중요한 단서를 제공하게 됐다.

사람과 동물이 살아가는데 필수적인, 먹는 것이나 성(性)과 관련한 자연적인 행동에 있어서도 대뇌보상계의 역할이 중요하다. 음식이나 성을 통해 일어나는 뇌의 기쁨을 보상으로 얻고자 그와 같은 행동을 계속하게 되는 것이다.

뿐만 아니라, 사람의 경우는 사회적 행동, 물질을 얻기 위한 행위 등도 대뇌보상계를 통해 유지된다.

직장에서 일을 하고 월급을 받는 경우를 생각해 보자. 이때 일의 어렵고 힘든 정도와 성취감, 그리고 그에 따른 보수의 만족도 등을 전체적으로 종합해 대뇌보상계가 '기쁨'의 정도를 결정한다. 이 기쁨이 약하면 일의 흥미를 잃게 되고, (때려 치우고 싶다!) 강할수록 일을 열심히 하게 되는 것은 물론이다.

큰 기쁨을 느낄 때 대뇌보상계에서는 어떤 일이 일어나는 것일까.

대뇌보상계는 전전두엽피질과 중격측좌핵, 복측피개영역이라 불리는 부분들이 연결되는 신경회로로 구성돼 있다.<그림 참조>

그 중에서도 특히 중격측좌핵에서 분비되는 '도파민'이라는 물질이 보상 체계가 작동해 기쁨을 느끼게 하는 데 매우 중요한 역할을 한다.

쥐나 원숭이를 상자 속에 넣어 놓고,레버를 스스로 누를 때마다 혈관 속으로 약물이 들어가도록 장치하면, 보상 효과가 높아서 쾌감을 많이 주는 약물일수록 레버를 누르는 횟수가 늘어난다. 약물을 혈관 대신 뇌의 중격측좌핵에 직접 투입되도록 해도 마찬가지다.그러나 중격측좌핵에서 분비되는 도파민을 감소시키거나 차단하면 효과가 사라진다. 도파민이 바로 '기쁨'의 원인인 것이다.

사람은 약물이나 도박,혹은 인터넷 등에 이르기까지 여러가지에 대해 집착하고 의존하는 경향을 보일 수 있는데, 이런 행동이 깊어져 병적으로 나타나게 된 것을 보통 '중독'이라고 부른다.

알코올.니코틴.도박 등 중독의 대상은 다양하지만 중독이 일어나는 뇌의 과정을 보면 예외 없이 중격측좌핵에서의 도파민이 중요한 역할을 한다. 예를 들어 중독성 약물인 암페타민은 도파민을 과다 분비시키고 분비된 도파민이 신경 말단에서 흡수돼 없어지는 것도 방해한다.

담배 속의 니코틴도 도파민 분비를 증가시키는데, 이와 같이 서로 다른 종류의 약물이지만 모두 중격측좌핵 내에서의 도파민에 직.간접으로 영향을 주어 결과적으로 도파민의 증가를 가져오게 한다.

이같은 효과가 반복되면 대뇌보상계가 점차 약물 중독물질의 영향을 크게 받고 도파민의 양이 정상적으로 조절되지 못하는 병적 상태로 바뀔 수 있다.이렇게 보상계의 정상 상태가 무너진 뇌가 결과적으로 중독이라는 이상 상태를 낳는다고 과학자들은 생각하고 있다.


김정훈 연세대 의대교수 생리학 교실

  9. 중독의 원인

 

스트레스가 '약물 유혹' 부채질
과도한 중압감에서 벗어나려 쾌락 추구
손 뗀 뒤에도 자기조절능력 회복 어려워

 

"자라 보고 놀란 가슴 솥뚜껑 보고 놀란다"는 말이 있다. 목을 내민 자라에게 놀랐던 기억이 그 자체로는 놀랄 이유가 없는 솥뚜껑에 새로이 놀라게 하는 힘을 주게 됐다는 얘기다. 과학자들은 이를 '조건화됐다'고 하고, 이때 나타나는 반응을 조건반응이라고 부른다.

조건반응을 처음 확인한 것은 러시아의 생리학자 파블로프다. 그는 개에게 먹이를 주기 전에 늘 종을 울렸다.그러자 나중에는 종소리만 들어도 개가 침을 흘린다는 사실을 관찰했다. 개가 학습을 통해 종소리와 먹이를 연관시키므로 종소리만 들어도 먹이에 대한 반응을 보이는 것이다.

약물 중독에서도 비슷한 현상이 나타난다. 칸막이가 있는 상자 안에 쥐를 넣고 한쪽 장소에서는 중독성 약물을, 다른 한쪽 장소에서는 생리 식염수를 반복하여 주는 실험이 있다. 이를 어느 정도 반복한 뒤 약물을 없애고 칸막이를 열어 두 장소 가운데 하나를 자유롭게 선택하도록 하면, 전에 약물을 먹었던 장소에서 더 많은 시간을 보낸다.

뿐만 아니라 그 장소에서 마치 약물을 먹었을 때처럼 이리 저리 움직이며 무언가를 찾으려는 행동을 많이 보인다. 사람도 마찬가지다. 일정 기간 코카인을 끊은 중독자에게 코카인과 관련된 장소나 물건의 영상을 보여주면 자연 풍경을 보여줬을 때와는 달리 '편도핵'이라는 뇌 부위의 활동이 크게 늘어난다.

편도핵은 감정과 관련된 기억을 저장하며, 우리 뇌에서 행동 결정에 관여하는 '대뇌보상계'라는 부분에 영향을 준다.

코카인 비디오만 보고도 편도핵의 활동이 늘어나는 것은 코카인에 대한 기대감이 매우 높아졌다는 것으로 해석된다. 이렇게 사람도 무엇에 중독될 때 주변 환경에 대한 조건화가 같이 일어날 수 있으며, 이것이 나중에 중독을 재발시키기도 한다.

일단 중독이 되면 뇌의 여러 부위에서 구조와 기능의 변화가 나타난다. 예를 들어 뇌의 '선조체'란 곳에서 발현되는 도파민 수용체의 한 종류를 보면, 중독자가 코카인을 끊고 여러 달이 지난 뒤에도 정상보다 적은 양이 발현된다.

아마도 그 결과 중독자는 자기 조절 능력을 잃고 코카인에 대한 강박 증상을 보일지도 모른다고 과학자들은 생각한다. 이렇게 정상이 아닐 정도로 중독에 의해 변화된 뇌를 원상태로 되돌려 놓기란 매우 어려운 일이다.

스트레스도 중독과 밀접한 관련이 있다. 실험실에서 동물에게 반복해서 스트레스를 주면, 그렇지 않은 동물에 비해 약물 중독이 쉽게 일어난다. 스트레스 대신 스트레스 호르몬을 투여해도 같은 효과가 나타난다. 이 때 이 호르몬의 작용을 차단하면 효과가 사라진다.

사람이 받는 스트레스는 매우 복잡 다양하다. 직업에 대한 불안감, 인간 관계, 일의 중압감 등. 이같은 육체적.정신적 스트레스는 사람들이 중독의 위험에 빠지는 것을 돕는다.

어릴 때 과도한 스트레스를 받은 경우 성인이 되어서 약물 등에 중독될 가능성이 더 크다는 보고도 있다. 또 약물을 끊은 중독자라도 스트레스가 높아지면 다시금 약물을 찾는 경향이 증가한다는 사실은 스트레스와 중독과의 관계를 잘 보여준다.

다양하고 진정한 뇌의 기쁨보다는 단순히 쾌락만을 추구하려는 욕구와 여러 가지 형태의 과중한 스트레스가 같이 맞물렸을 때 나타나는 필연적인 결과들이 어쩌면 오늘날 우리 사회가 직면하고 있는 중독이라는 이름의 병이 아닐까 싶다.

김정훈 연세대 교수.의대 생리학교실

출처 : Tong - sajudosa님의 인체 해부생리학 통

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