대뇌의 좌반구와 우반구 심리적 기능 분화-생활의심리학

[두뇌학습]

몇 년 전만 해도 대학생들에게, 우리의 “마음”에 해당하는 신체 부위가 어디겠는가 지적하도록 물으면, 십중팔구 자신의 심장을 가리키곤 했다. 아마도 슬프거나, 화가 나거나 하는 마음의 변화가 스스로 심장 박동의 변화로 느낄 수 있기 때문이었는지 모르겠다. 하지만 최근 들어서는 대부분의 대학생들이 마음의 기관으로 자신의 머리를 지적한다. 우리의 대뇌, 포괄적으로 표현하면 신경계가 환경을 이해하고 받아들이며 심리적인 경험을 만들어내는 주체라는 사실을 알고 있는 것이다. 아마도 요사이 사회적으로 치매 등과 같은 뇌 관련 질환이 널리 알려지고 있고, 특히 뇌의 중요성과 중추신경계와 관련한 신경과학 지식이 여러 매체를 통해 알려지게 되었기 때문일 것이다. 그런데도 유독 여러 사람들이 잘못 이해하거나 과대 해석하는 신경심리학적인 주제가 있으며, 바로 이번 글의 주제, 즉 좌우반구의 심리적 기능 분화에 관한 것이다. “좌뇌 보다는 상상력과 창의력의 우뇌를 발달시켜라”라는 식의 장사 속 주장이 돌아다니고 있으며, 대뇌 반구의 분화가 마치 서로 다른 마음이 존재하는 것처럼 잘못 이해되고 있다.

대뇌 피질은 뇌량으로 연결되어 통합적으로 작용한다 

중고등학교에서 배웠던 생물학 지식을 동원해 보자. 우리 인간의 정보처리 체계는, 머릿속에 있는 대뇌와 여기에 연결된 등뼈 속에 있는 척수로 구성되는 중추신경계와 여기서 신체의 각 말단에 연결되는 말초신경계로 이루어졌다는 것을 배웠을 것이다. 그리고 대뇌도 피질, 시상, 소뇌, 편도체, 변연계 등과 같은 여러 하위 구조로 이루어져 있다는 것도 알고 있을 것이다. 사실 생리심리학자들은 기억하고 학습하고 사고하는 것과 같은 우리의 정신 작용과 심리적 경험이 중추신경계의 어느 부분에서 어떻게 일어나는지를 구분해내려고 노력해 왔다. 최근에는 fMRI(functional Magnetic Resonance Imaging)와 같은 장치를 통해 우리의 심리적 작용이 일어나는 대뇌의 국소 위치를 찾아가고 있다. 특히 흥미를 끄는 것은, 우리 인간의 고등 정신 기능을 담당하는 것으로 알려진 대뇌 피질이 두 부분으로 나뉘어져 있다는 사실이다. 즉 두 피질이 거의 대칭적인 구조로 나뉘어져 있고, 이 부분이 하부의 뇌량이라는 신경섬유 다발로 연결되어 있다. 이런 구조적인 특징에 여러 의문이 제기된다. 많은 양의 피질을 좁은 두뇌 공간에 넣다 보니 생긴 부산물일까? 왜 두 반구로 나뉘었을까? 서로 담당하는 기능을 구분할 필요가 있어서일까?

대뇌의 좌우반구: 대뇌 피질은 대칭적인 구조의 두 반구로 분리되어 있지만 뇌량이라는 신경섬유 다발로 연결되어 있다. <출처 : wikipedia>

대뇌 피질이 두 개의 반구로 분리되어 있지만, 뇌량으로 서로 연결되어 있기에 서로의 정보가 전달되며 통합적으로 작용한다는 것을 염두에 두기 바란다. 즉 우리의 일상생활에서 두 반구는 대부분 함께 기능하기에, 한 반구만 쓰는 것은 거의 있을 수 없는 일이라고 해도 지나친 표현은 아닐 것이다. 단지 두 반구의 기능을 분리해 낼 수 있는 특별한 사례가 있다. 뇌에 종양이 있어 정상적으로 기능하지 못하면, 어쩔 수 없이 외과적 수술을 해야 하는 경우가 있을 수 있으며, 대표적인 예가 심각한 난치성 간질을 앓는 환자라고 한다. 한 대뇌 반구에서 시작한 비정상적인 신경 흥분 혹은 발작이 뇌량을 건너 다른 반구로 전달되고, 다시 이 발작이 원래 반구로 전달되는 피드백 고리를 이루며, 마치 전체 뇌에 대폭발이 일어나는 것과 같은 결과를 초래하여 환자를 기절시키고, 심지어는 생명이 위험할 수도 있다고 한다. 이렇게 간질 발작이 심각할 경우, 이를 치료하기 위해 외과 의사들은 뇌량을 절단하여 두 반구가 분리되게 할 수 있다. 그러면 한 반구에서 시작한 발작이 그 반구에 한정되기에 발작 증상을 완화할 수 있게 된다는 것이다. 그리고 이러한 수술을 받은 환자는 소위 말하는 “분리된 뇌(split-brain)”를 갖게 되는 것이고, 이 환자를 통해 좌우 반구가 서로 다른 심리적 기능을 하는가를 탐구할 수 있게 된다.

분리된 뇌 환자의 실험

노벨상 수상자인 로저 스페리(Roger Wolcott Sperry)와 동료들은 분리된 뇌 환자의 행동을 조사하기 위해 여러 실험을 하였고 그 결과 좌반구와 우반구가 서로 다른 심리적 기능을 수행한다는 많은 정보가 밝혀졌다. 여러분에게 다시 강조하지만, 정상적인 뇌를 가진 사람에게는 좌반구로 들어간 정보는 우반구에 전달되고 우반구에 들어간 어떤 정보라도 좌반구에 전달된다. 단지 분리된 뇌 환자의 경우에만, 한 반구에 들어간 정보가 뇌량이 절단되었기에 다른 반구로 전달될 길이 없는 것이다. 실험 결과가 시사하는 바를 잘 파악하기 위해서는, 우선 실험 상황자체와, 우리의 시각 정보 처리를 담당하는 신경 회로의 해부학적인 구조를 이해해야 한다.

우리가 앞에 놓인 화면 스크린의 가운데 있는 점 하나를 눈동자를 움직이지 않고 응시하고 있다고 하자. 이 경우 이 응시점의 왼쪽에 그림이나 글씨를 제시하면, 이는 좌반구에만 전달되고, 반대로 화면의 오른쪽에 제시한 것은 우반구에만 전달된다. 응시점이 눈의 망막의 초점(혹은 중심와, fovea)에 고정될 때, 안쪽 즉 코 있는 쪽의 망막 부분에 도달하는 정보는 반대쪽으로 교차해서 전달되고, 코 바깥쪽 망막 부분에 떨어지는 정보는 같은 방향 그대로 대뇌에 전달되는 신경해부학적 구조로 이루어져 있기 때문이다. 이러한 특성을 이용하고 분리된 뇌 환자를 실험 참여자로 사용하여, 한 반구에 특정한 정보를 전달하고, 어떤 결과가 일어나는지를 확인할 수 있는 것이다. 즉 환자에게 스크린의 중앙에 있는 점을 바라보게 한 후 스크린의 좌측 혹은 우측에 단어 혹은 그림을 제시하여 그 정보를 한 반구로만 전달할 수 있고, 환자에게 여러 반응을 하도록 요구하여 좌우 반구의 특성을 살펴 볼 수 있다.

 

열쇠 그림은 분리된 뇌 환자의 좌반구에만 전달되어 환자는 어려움 없이 열쇠에 대한 설명을 할 수 있지만
우반구에 의해 통제되는 왼손으로 자신이 방금 본 것을 집는 행동에는 어려움을 겪게 된다.

분리된 뇌 환자의 왼쪽 시야에 열쇠 그림을 보여주었다고 하면 이 정보는 좌반구에 전달 될 것이다. 이 환자에게 제시된 것이 무엇인지 말로 설명하게 하면 어려움 없이 열쇠에 대한 설명을 한다. 정보가 전달된 좌반구가 언어를 담당하는 반구이기 때문에 환자는 방금 자신이 본 것을 말로 설명하는 데 어떤 어려움도 없는 것이다. 그런데 환자에게 스크린 뒤로 왼손을 뻗어 방금 자신이 본 것을 여러 물건들 중에서 찾아 집어 보라고 지시했다고 하자. 어떤 일이 벌어졌을까? 이 환자가 이 과제를 수행할 수 있었을까? 한 가지 여러분이 알아야 하는 것은, 우리의 왼손은 우반구에 의해 통제되며 오른손은 그 반대라는 점이다. 열쇠 그림은 좌반구에만 전달되었고, 뇌량은 절단되었으며, 왼손 통제는 정보를 받아들이지 않은 우반구에 의해 일어나야 한다. 독자들도 충분히 결과를 추측이 할 수 있을 것이다. 실제로 분리된 뇌 환자는 그림을 보고 말로 설명할 수 있었음에도 불구하고, 그 그림에 해당하는 물건을 왼손으로 찾아 낼 수가 없었던 것이다. 좌반구의 왼쪽 마음이 우반구의 오른쪽 마음과 따로 노는 셈이다.

물론 우반구에 전달된 정보도 비슷한 반대의 결과를 일으킨다. 환자의 오른쪽 시야에 친숙한 물건, 예를 들어 반지 그림을 보여주며 왼손으로 여러 물건들 중에서 골라 찾을 수도 있다. 그리고 그 물건이 무엇이라는 것을 아는 동작을 보여 줄 수 있지만(즉 반지를 손가락에 끼는 것과 같은), 아이러니컬하게도 자신이 쥐고 있는 것이 물건에 관해서는 말로 설명하지 못한다. 우반구에 들어간 반지 정보가 언어 산출을 통제하는 좌반구로 전달되지 못하기 때문이다. 이런 반구의 분화를 극적으로 보여주는 실험 결과도 있다. 한 사람의 얼굴의 왼쪽과 다른 사람의 얼굴 오른쪽을 합성하여 만든 얼굴 사진을 가운데 응시점 좌우에 제시되도록 그림을 보여 주면, 분리된 뇌 환자는 자신이 두 얼굴 모두를 보았다고 답하게 된다고 한다. 어느 얼굴을 보았는가를 말하게 하면 왼쪽 시야에 제시되었던, 즉 좌반구에 전달된 사람을 보았다고 말하고, 어느 사람을 보았는지 왼손으로 가리키게 하면 오른쪽 시야에서 본 즉 우반구에 전달 사람을 선택한다고 한다. 왼쪽 얼굴에 관한 정보는 좌반구로 전달되고, 우측의 얼굴에 관한 정보가 우반구에 전달되기 때문에 두 사람 얼굴을 모두 본 것 같은 경험을 하게 되는 것이다.

반구의 분화를 극적으로 보여주는 실험

좌반구와 우반구의 분화가 두 가지 다른 마음을 의미하는 것은 아니다

이러한 연구 결과들은 두 반구들이 서로 다른 심리적 기능들을 가지고 있다는 것을 잘 보여준다. 즉 정보가 한 반구에서 다른 반구로 전달될 수 없는 분리된 뇌 환자를 대상으로 한 실험을 통해 두 반구가 서로 다른 기능을 가지고 있다는 것을 알게 되었다. 하지만 비록 분리된 뇌 환자라고 하더라도 자신의 눈이나 얼굴을 움직이며 시야의 정보가 두 반구에 전달되도록 한다면 실험 결과에서 보인 것 같은 결함은 보이지 않을 것이다. 더구나 두 반구가 뇌량으로 연결된 우리 정상인들에게는 두 반구가 신속하게 서로 정보를 주고받으며 통합적으로 작용할 것이라는 것은 명확하게 이해했을 것이다. 우리가 경험하는 세상은 언어적 정보, 그림 정보 그리고 그 대상에 어떻게 우리가 상호작용 할 것인가의 모든 정보들로 구성 되어 있으며, 두 반구가 서로 상호작용하며 통합적인 기능을 수행하는 것이다. “논리적 기능을 넘어서는 우뇌의 상상력을 키우는 우뇌 학습법”이라는 식의 주장은 사실 아무 의미가 없다고 할 수 있다. 우리는 두 반구 즉 뇌 전체를 사용하여 책을 읽고 함께 있는 삽화를 보며, 영화를 볼 때 배경 음악을 들으며 가사를 따라 흥얼거리며 공상적인 장면을 머릿속에 그릴 수도 있다. 좌반구와 우반구의 분화가 두 가지 다른 마음이 있는 것처럼 해석하는 오류는 범하지 말아야 한다. 오히려 두 반구의 기능적인 분화가 어떻게 통합적으로 작용하는가를 더 자세히 밝히는 작업이 앞으로의 생리심리학 연구에서 필요할 것이다.

글 김영진 / 아주대학교 심리학과 교수

서울대학교 대학원에서 심리학 석사학위를 받고 미국 켄트주립대학교에서 박사학위를 받았다. 현재 아주대학교 심리학과 교수로 있으며 [인지공학심리학:인간-시스템 상호작용의 이해], [언어심리학], [인지심리학], [현대심리학개론] 등의 저작이 있다.