한국에서 학창 시절을 보내고 있거나 보냈던 사람에게 가장 싫어하는 과목이 무엇이냐고 물었을 때 답변은 대부분 한 과목에 수렴한다. 바로 ‘수학’이다. 우리뿐만 아니라 다른 나라에서도 수학에 대해 골머리를 앓기는 마찬가지다. 그래서 뇌과학, 심리학, 교육학적 측면에서 다양한 연구가 이뤄졌다. 기능적 자기공명영상(fMRI)을 활용한 뇌신경과학 연구들에 따르면 수학에 불안을 느끼는 학생들은 수학 문제에 직면했을 때 뇌에서 공포와 통증을 담당하는 편도체는 강하게 활성화되고 논리적 사고와 문제 해결을 관장하는 전전두엽의 활동은 급격히 감소한다. 뇌가 수학을 인지적 과제가 아닌 위협으로 인지해 정보 처리 능력이 마비된다는 것이다. 수학은 규칙, 공식, 중간 계산값을 머리에 동시에 유지하고 조직해야 하는 학문인데 인지심리학 측면에서 보면 인간의 작업기억 용량에는 각자 한계가 있기 때문에 복잡한 연산 과정에서 인지 부하가 이 한계를 초과하면 병목 현상이 발생해 수학을 포기하게 된다고 설명한다. 또 심리 환경적 요인으로 보자면 ‘수학은 재능이 필요해’라는 고정관념이나 편견은 학생들에게 무의식적 고정관념 위협으로 작용해 실제 수행 능력을 저하시키고 학습 과정에서 겪는 한두 번의 실패가 부정적 피드백 루프를 형성해 자아 효능감을 손상시키기 때문이라는 것이다. 이런 상황에서 미국 스탠퍼드대 연구팀은 8~10세 아동 68명을 대상으로 수학 문제를 푸는 동안 뇌의 활동을 살펴본 결과 수학을 못하는 아이들의 뇌는 숫자 자체를 어려워하거나 싫어한다기보다는 수학 문제 풀이 전략을 효과적으로 구사하지 못한다고 24일 밝혔다. 이번 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘신경과학 저널’ 9월 22일 자에 실렸다. 일부 아이들은 수학 학습에서 유독 어려움을 겪는다. 발달성 계산장애라고 부르는 이 증상은 지능이나 교육 기회, 감각 기능에 특별한 문제가 없는데도 수 개념과 계산 능력 습득에 지속적으로 심각한 어려움을 겪는 신경발달장애의 일종이다. 미국정신의학회의 DSM-5에 따르면 특정 학습 장애 중 수학 동반 손상으로 분류하고 세계보건기구(WHO)의 ICD-11에서는 발달성 학습 장애 수학 손상 동반으로 구분한다. 그러니 이런 상태가 구체적으로 어떻게 나타나는지 그 이면의 메커니즘은 무엇인지 정확히 알려져 있지 않다. 이에 발달성 계산장애를 겪는 아동을 포함한 8~10세 남녀 아동 68명을 대상으로 수학 문제를 풀 때 어떤 전략을 쓰는지, 뇌가 어떻게 움직이는지를 관찰했다. 그 결과 발달성 계산장애가 있는 아동은 다른 아이들에 비해 여러 가지 수학 문제 풀이 전략을 효율적으로 구사하지 못하는 것으로 나타났다. 여러 가지 특이적 행동이 관찰됐는데 하나의 풀이 방법에서 다른 방법으로 갈아타는 속도가 느렸고 문제 난이도의 변화에 덜 민감한 것으로 확인됐다. 문제가 쉬워지거나 어려워져도 그에 맞춰 접근 방식을 조정하지 못했고 수학 문제 풀이의 경험이 쌓이면 더 나은 방법을 택하게 되는 데 발달성 계산장애 아동들은 그런 일반적 학습 곡선을 보이지 않았다. 특정 뇌 시스템 활동 양상은 발달성 계산장애가 있는 아동과 수학 전략을 더 능숙하게 구사하는 일반 아동을 서로 구분할 수 있게 해준다고 연구팀은 설명했다. 연구팀 관계자는 “이번 연구 결과는 아동기에 수학의 문제 풀이 전략을 사용하는 일과 주의력, 사고, 기억을 조절하는 일에서 지속적으로 겪는 어려움이 발달성 계산장애로 이어질 수 있다”며 “나아가 이번 연구를 바탕으로 아이들의 수학 능력 발달을 예측할 수도 있을 것”이라고 설명했다.

20~30년 전까지만 해도 ‘독서’가 취미라고 이야기하면 “학생한테 책 읽기가 어떻게 취미가 될 수 있냐”며 타박을 받곤 했다. 스마트폰과 소셜 미디어(SNS)로 인해 책 읽는 사람이 줄어들면서 좋아하는 분야, 흥미를 느끼며 읽을 수 있는 책으로 재미를 붙여 보라는 조언도 나오고 있지만 독서율을 높이기에는 역부족이다. 학부모들은 자녀가 책 읽는다고 하면 입시에 도움이 되는 고전 같은 책 읽기를 권하다 보니 아이들이 책 읽기에 의무감을 느껴 오히려 책을 더 멀리하게 된다는 지적도 나오고 있다. 실제로 그래픽 노블이든 만화든 웹소설이든 간에 재미로 읽는 독서가 뇌 구조를 바꿔 치매 위험까지 낮춰준다는 조사 결과가 나와 눈길을 끈다. 영국 케임브리지대 정신의학과, 행동 및 임상 신경과학 연구소와 카밀라 왕비가 설립한 독서 자선단체 ‘퀸스 리딩 룸’ 공동 연구팀은 독서가 뇌를 건강하게 유지해 인지 기능과 정신 건강에 긍정적 영향을 미친다고 17일 밝혔다. 단, 의무감에 하는 독서가 아닌 재미를 느끼는 자발적 독서일 때만 나타나는 현상이다. 이 연구 결과는 정신의학 분야 국제 학술지 ‘정신보건 의학’ 9월 16일 자에 실렸다. 연구팀은 설문조사, 종단 연구, 뇌영상 촬영, 행동 실험 등 다양한 방식으로 수행된 기존 연구들을 한데 모아 비교했다. 방법론이 다른 연구들이 같은 방향을 가리키는지 확인하기 위해서였다. 즐기는 독서의 강력한 힘을 보여주는 가장 확실한 근거는 연구팀이 중국 푸단대와 함께 수행한 연구로 미국 청소년 뇌인지발달(ABCD) 연구에 참여한 9~11세 청소년 1만 243명을 2년 이상 추적한 분석 결과였다. 실험 대상자 중 절반이 넘는 51.8%가 3~10세 사이에 재미로 책을 읽기 시작했는데 이들은 책을 읽지 않은 아이들보다 주의력, 억제 조절 능력, 작업 기억, 일화 기억에서 더 나은 성적을 보였고 학업 성취도도 높은 것으로 나타났다. 또 정신 건강 문제와 주의 산만 증상은 적었고 수면 시간은 길고 스크린 사용 시간은 짧았다. 독서의 효과 모든 연령대에서 나타나뇌 자기공명영상(MRI) 촬영에서는 구조적 차이가 확인됐다. 조기 독서 집단은 언어와 인지, 정서 조절을 담당하는 상측두이랑, 좌측 각이랑, 안와전두피질, 시상 등의 피질 면적과 부피가 더 컸다. 이런 차이는 나이와 성별, 사춘기 진행 정도, 인종, 가족 구조는 물론 부모의 학력과 가구 소득까지 모두 통제한 뒤에도 그대로 유지됐다. 독서 효과가 가정의 경제적 지위나 부모의 교육 수준과는 상관없다는 의미다. 노년기 독서 효과는 더 뚜렷하게 나타났다. 55세 이상 5437명을 5년간 추적한 연구에서 독서를 자주 한 사람은 인지 장애가 생길 확률이 유의하게 낮았다. 65세 이상 801명을 평균 4.5년간 추적한 연구에서도 신문, 잡지, 책을 읽는 습관이 알츠하이머병 발병 위험을 33% 낮췄고 75세 이상 469명을 평균 5.1년간 추적한 연구에서도 독서가 치매 위험을 35% 낮추는 것으로 확인됐다. 64세 이상 1962명을 14년간 관찰한 연구에서는 주 1회 이상 책을 읽는 습관이 학력 수준과 관계없이 인지 기능 저하를 늦췄다. 독서가 뇌를 바꾼다는 직접적인 단서도 있다. 7~11세 난독증 아동 11명에게 8주간 글자와 단어를 떠올리고 소리 내 읽고 따라 쓰게 하는 훈련을 시켰더니 읽기 능력이 향상됐고 좌측 방추이랑과 해마, 쐐기앞소엽의 회백질 부피가 함께 늘었으며 이 변화는 훈련 이후에도 계속 유지됐다. 특히 소설 읽기는 타인을 이해하는 능력에 영향을 미쳤다. 19~26세 26명이 문학 작품을 읽는 동안 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 뇌를 관찰한 결과 사회적 내용이 풍부한 대목에서 배내측 전전두피질이 활발해졌다. 실제로 소설을 자주 읽는 사람일수록 사회 인지 능력이 뛰어난 것으로 조사됐다. 성인에겐 스트레스 완화아이들에겐 학업성적 향상“만화책을 읽는 것도 좋아”성인에게 즐기는 독서는 스트레스 완화 효과가 컸다. 한 조사에서 성인 5명 중 2명꼴로 책이 긴장을 푸는 최고의 방법으로 나타났다. 책으로 위안을 찾는다는 응답(35%)이 와인(31%), 목욕(10%)보다 훨씬 컸다. 퀸스 리딩 룸이 2024년 의뢰한 신경과학 조사에서는 소설을 단 5분만 읽어도 스트레스가 최대 20% 줄고 집중력과 문제 해결 능력이 향상되는 것으로 나타났다. 연구를 이끈 바버라 사하키안 영국 케임브리지대 교수는 “독서는 뇌 건강을 지키고 중요한 인지 능력을 키우며 웰빙을 높이는 훌륭한 방법으로 어린 시절부터 권장하는 것이 좋지만 시작하기에 너무 늦은 나이란 없고 노년까지 평생에 걸쳐 이득을 준다”고 설명했다. 사하키안 교수는 “무엇을 읽는지는 중요하지 않다”며 “아이들이 정말 재미있어할 소재를 찾는 것이 중요한 만큼 TV 프로그램이나 게임이 통로가 될 수 있고 만화책과 그래픽 노블은 소설보다 덜 부담스러워 훌륭한 입문서가 된다”고 덧붙였다.

‘잘 되면 내 탓, 못 되면 조상 탓’이라는 속담이 있다. 일이 잘 풀리면 내 실력 덕으로 생각하고 일이 잘 안 풀리면 남이나 조상 등 외부 탓으로 돌리는 태도를 꼬집는 내용으로 책임을 회피하고 합리화하려는 심리를 의미하기도 한다. 영국 옥스퍼드대 실험심리학과, 옥스퍼드대 부속 존 래드클리프 병원 공동 연구팀은 속담에서 말하는 것처럼 우리가 경험하는 결과가 우리 자신의 행동 때문인지 아니면 통제할 수 없는 외부 상황 때문인지 파악하는 데 영향을 미치는 뇌 메커니즘을 규명했다고 23일 밝혔다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴런’ 8월 21일 자에 실렸다. 연구팀은 성인 남녀 22명을 대상으로 화면에 파란색 점과 주황색 점 중 어느 것이 더 많은지 판단하고 각 선택에 대해 얼마나 확신하는지 답하도록 했다. 여기서 중요한 점은 연구팀이 세상일이 내 노력대로 되는 상황과 완전히 운에 좌우되는 상황을 인위적으로 만들어 뇌가 어떻게 반응하는지를 살피기 위해서 참가자들의 게임 채점 방식을 몰래 조작했다는 것이다. 실력이 통하는 정직한 게임인 ‘통제 가능한 상황’은 참가자들이 정답을 고르면 90%의 확률로 정답으로 제대로 채점해주고 운에 좌우되는 ‘통제 불가능한 상황’에서는 90% 이상 참가자가 정답을 맞히든 틀리든 상관없이 무작위로 정답이나 오답 판정을 내리는 것이다. 연구팀은 참가자에게 실력 게임인지 운 게임인지 미리 알려주지 않고 문제를 풀고 채점 결과를 받으면서 스스로 판단하도록 했다. 즉 “내 실력대로 점수가 나오네”라고 안심하거나 “정답으로 확신했는데 왜 틀렸다고 나오는 것이지” 하며 상황의 패턴을 스스로 눈치채고 학습하도록 했다. 그 결과, 연구팀은 결과의 원인을 파악할 때 자기 확신을 사용한다는 사실을 확인했다. 참가자들은 강한 확신을 갖고 있었음에도 예상치 못한 부정적 결과를 통보받으면 그것이 무작위로 생성됐다고 생각할 가능성이 높았다. 반면 확신이 낮았을 때는 부정적 피드백을 자기 능력 탓으로 돌릴 가능성이 큰 것으로 나타났다. 이와 동시에 이런 경험을 바탕으로 외부 상황에 대해 자기들이 어느 정도의 통제력을 갖고 있는지에 대해 예측하는 것으로 확인됐다. 연구팀은 참가자들이 게임을 하는 동안 초고해상도 기능성 자기공명영상(fMRI)과 비침습적 뇌 자극 기법으로 뇌를 관찰했다. 그 결과, 실험 참가자들이 확신을 갖고 결과를 분석할 때 배내측 전전두피질(dmPFC)과 뇌 깊은 곳의 작은 구조인 배측 솔기핵을 연결하는 회로가 활발하게 신호를 주고받는다는 점을 확인했다. 연구팀은 추가로 뇌의 dmPFC 부위가 내 탓과 환경 탓을 구별할 때 관여하는지 명확히 알아보기 위해 20명의 새로운 남녀 참가자를 대상으로 ‘비침습적 자기 뇌 자극’(TMS) 기술로 실험했다. TMS로 dmPFC 부위 활동을 일시적으로 교란시켜 내 탓과 환경 탓을 구별하지 못하도록 한 뒤 똑같은 의사결정 게임을 수행했다. 그 결과, 자기가 받는 점수가 ‘자기 수행 능력’을 반영하는 것인지 아니면 ‘무작위로 나오는 엉터리 점수’인지 파악하는 데 평소보다 훨씬 오랜 시간이 걸리는 것으로 나타났다. 연구팀은 사람들이 어떤 문제를 맞닥뜨렸을 때 자신의 결정에 확신이 있지만 예상치 못한 부정적인 결과를 얻었을 때 외부 상황 탓으로 돌릴 가능성이 더 높지만 자신의 결정에 대한 확신이 부족할 때는 자기 수행 능력을 원인으로 여길 가능성이 더 크다고 설명했다. 연구를 이끈 옌허 리우 옥스퍼드대 박사(실험 심리학)는 “결과가 우리 자신으로 인해 발생했는지, 통제할 수 없는 외부 요인에 의해 발생했는지 아는 것은 학습에서 중요한 역할을 한다”며 “원인을 잘못 판단하면 잘못된 교훈을 얻고 엉뚱한 방향으로 움직일 수 있게 된다”라고 말했다. 리우 박사는 “이번 연구 결과는 사람들의 통제력에 대한 인식이 때로 왜곡되는 이유를 이해하는 데 도움을 준다”고 덧붙였다. 매튜 러시워스 교수(실험 생물학)는 “통제감은 우리가 행동하는 방식에 지대한 영향을 미친다”며 “만약 결과가 우리 자신의 행동으로 인해 발생했다고 믿는다면 다음번에는 그 행동을 바꾸는 것이 합리적이지만 통제할 수 없는 무언가에 의해 발생했다고 믿는다면 대응 방식은 완전히 달라지기 때문”이라고 지적했다. 러시워스 교수는 “이번 연구는 우리가 그러한 구별을 할 수 있게 해주는 뇌 회로를 밝혀내기 시작했다는 데 의미가 크다”며 “우울증, 불안증, 조현병 등 정신신경질환과 관련된 임상적 개입 방법을 설계하는 데 도움을 받을 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

반려동물을 키우다 보면 말이 통하지 않아 답답할 때도 많지만 주인의 감정에 반응하는 것 같다고 느낄 때도 적지 않다. 그런데 이런 느낌이 착각이 아니라는 뇌과학적 근거가 제시됐다. 오스트리아 빈대 심리학부, 헝가리 외트뵈시로란드대 생물학연구소 동물행동학과, 멕시코국립자치대 신경생물학연구소·심리학부 공동 연구팀은 반려견의 뇌가 사람의 웃는 얼굴을 별도의 영역에서 처리하며 부정적인 표정들도 일부 구별한다는 사실을 확인했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 자연과학 분야 국제학술지 ‘아이사이언스’ 8월 11일 자에 실렸다. 연구팀은 마취하지 않은 반려견을 기능성 자기공명영상(fMRI) 장치에 넣고 두 차례 실험했다. 개들은 결박 없이 엎드린 자세로 눈앞의 화면을 봤고, 원하면 언제든 장치에서 나올 수 있었다. fMRI는 신경세포가 활동할 때 그 부위로 몰리는 혈류 변화를 잡아내 뇌의 어느 부분이 일했는지 파악할 수 있게 하는 기술이다. 앞선 많은 연구에서 행복이라는 감정은 반려견들에게 특히 중요한 의미를 갖는다고 알려졌다. 이에 1차 실험에서는 반려견 8마리에게 낯선 사람의 웃는 얼굴과 무표정한 얼굴을 번갈아 보여줬다. 웃는 얼굴을 볼 때는 고차 인지 기능을 담당하는 측두피질과 함께 음식 보상이나 익숙한 냄새에 반복적으로 반응하는 부위인 미상핵이 활성화됐다. 낯선 사람의 미소조차 반려견의 뇌에서는 일종의 보상으로 처리될 수 있다는 뜻이다. 2차 실험에서는 1차 실험에 참가한 6마리를 포함해 반려견 12마리에게 행복·슬픔·공포·분노 표정을 제시했다. 1차 실험과는 다른 얼굴 데이터베이스를 써서 두 실험이 서로 영향을 주지 않도록 했다. 또 사진의 밝기와 대비 같은 단순한 시각적 차이가 결과에 영향을 주지 않도록 통제한 다음 인공지능 기계학습 분류기로 표정을 짝지어 구별하게 했다. 연구 결과, 측두피질-미상핵 연결망은 행복한 표정에만 고유하게 반응하는 것으로 나타났다. 웃는 얼굴과 부정적 표정은 가려냈지만 부정적 표정끼리는 구별하지 못했다. 뇌 전체를 훑는 전뇌 분석에서는 공포를 분노, 슬픔과 갈라놓는 별개의 활동 패턴이 확인됐다. 반려견의 뇌가 세상을 단순히 좋음과 나쁨으로만 나누지 않는다는 사실을 보여준 첫 사례다. 다만 분노와 슬픔 사이에서는 차이가 나타나지 않았다. 이에 대해 연구팀은 개가 사람의 감정을 읽을 때 얼굴보다 몸짓을 주된 단서로 삼는다는 선행 연구를 근거로 정지된 사진만으로는 분노와 슬픔을 가르기 어려웠을 것으로 해석했다. 실제 상황에서 반려견은 주인의 몸짓을 살피고 목소리의 미묘한 결을 들으며 냄새로도 정보를 얻는다. 이번 연구 결과는 반려견도 사람과 똑같은 방식으로 감정을 경험한다는 뜻은 아니라고 연구팀은 강조했다. 참가견 대부분이 사회적 신호에 민감한 보더콜리여서 다른 품종으로의 일반화에도 신중해야 한다고 한계를 뒀다. 연구를 이끈 라우라 쿠아야 오스트리아 빈대학 박사는 “사람은 얼굴의 미세한 정보를 포착하는 데 능숙한데 반려견도 마찬가지”라며 “개는 사람과 전혀 다른 진화 경로를 걸었지만 가축화를 통해 인간을 이해하고 협력하는 데 필요한 사회적 능력을 발달시켰다”고 설명했다.

자폐스펙트럼장애는 제한된 관심과 반복행동, 사회적 상호작용의 어려움을 특징으로 하는 신경발달장애다. 미국에서는 8세 아동 31명 중 1명 꼴로 나타나고 있으며 국내에서도 등록 자폐성장애인이 2023년 말을 기준으로 약 4만 3000명으로 최근 10여 년간 두 배 이상 증가한 것으로 나타났다. 제대로 된 보호와 돌봄을 위해서 필요한 진단과 경과 예측은 현재는 증상과 징후 관찰에 의존하고 있어서 영유아기 조기 진단과 치료적 개입에 한계가 있다. 이에 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소, 서울대병원 소아청소년정신과, 호주 멜버른대 컴퓨터공학부 공동 연구팀은 기능성 자기공명영상(fMRI)과 인공지능(AI)으로 자폐스펙트럼장애 환자의 개인별 특성 평가와 치료 경과 예측을 위한 프레임워크를 개발했다고 11일 밝혔다. 이 연구 결과는 9~13일 제주에서 열리는 인공지능·데이터마이닝·데이터사이언스 분야 국제 학술대회인 ‘ACM SIGKDD’ 중 ‘과학을 위한 인공지능’ 분과에서 발표됐다. 우선 연구팀은 fMRI 분석을 통해 자폐스펙트럼장애 아동이 정상 발달 아동보다 두뇌의 기능적 연결성이 낮다는 사실을 확인했다. 특히 감각 정보를 통합하는 하두정소엽과 감각 중계 역할을 하는 시상을 중심으로 뇌 전반의 네트워크 연결이 감소한 것으로 나타났다. 기존 AI 기반 자폐스펙트럼장애 연구는 주로 분류와 회귀를 활용한 진단 보조 모델 개발에 집중됐다. 그러나 실제 임상에서 AI를 활용하기 위해서는 단순한 진단 정확도를 넘어 AI가 뇌의 생리·병리적 변화를 어떻게 반영하고 있는지 해석할 수 있는 모델이 요구된다. 연구팀은 AI가 실제 두뇌 네트워크의 변화를 얼마나 잘 반영하는지 평가하는 ‘생성적 매니폴드 감사’(GMA) 프레임워크를 개발했다. 정상 발달군의 두뇌 연결 패턴을 학습한 AI에서 특정 뇌 영역의 연결을 차단해 변화를 분석하고 ‘민감도 격차’ 지표를 통해 AI가 단순한 정보 손실이 아닌 실제 뇌 네트워크 구조의 변화를 포착하는지 평가했다. 이렇게 개발한 분석법은 대규모 다기관 자폐 뇌영상 데이터셋 ‘ABIDE’와 서울대병원의 자폐 아동 임상 코호트를 활용해 검증했다. 그 결과, 생성형 AI 모델이 이전 모델들보다 뇌 네트워크의 구조적 변화를 더 정확하게 구분하는 것으로 확인됐다. 임상 증상이 호전되더라도 뇌 기능 네트워크의 변화 양상은 환자마다 다를 수 있음을 확인함으로써 증상만으로는 확인하기 어려운 개인별 뇌 변화를 AI로 분석할 가능성을 제시했다. 한경림 KIST 박사는 “이번 연구는 뇌과학과 인공지능을 융합해 자폐스펙트럼장애 환자마다 다른 뇌의 변화를 객관적으로 분석할 수 있는 가능성을 제시했다는 의미가 크다”며 “추가 연구를 통해 조기 진단과 치료 경과 예측에 활용할 수 있는 바이오마커 개발로 이어갈 것”이라고 말했다.

과거에는 영양제라고 하면 ‘비타민 C’가 대표적으로 각광받았다. 하지만 요즘은 다양한 건강식품 보조 제품이나 영양제들이 많이 나와 주목받지 못하고 있다. 이런 가운데 혈액 속 비타민 C 농도가 낮은 고령자일수록 뇌의 회백질 부피가 작고 신경망 연결성이 떨어져 치매와 같은 인지 기능 저하 현상이 쉽게 나타날 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 일본 히로사키대 의대 영상의학과, 건강 혁신 연구센터, 교토부립의대 영상의학과 공동 연구팀은 혈액 내 혈장 속 비타민 C 농도가 낮은 노인일수록 신경세포가 모여 있는 뇌의 회백질 부피가 작고 뇌가 특정한 과제에 집중하지 않고 쉬고 있을 때 활발해지는 뇌의 기본 상태인 ‘디폴트 모드 네트워크’(DMN) 영역들의 연결성이 떨어진다고 15일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 6월 11일 자에 실렸다. 기존 연구들에서도 비타민 C 섭취량이 많은 식단이 고령자의 인지 기능 저하를 막아주는 것과 밀접한 연관성이 있음을 확인했다. 하지만 혈액에서 적혈구, 백혈구, 혈소판 등 성분을 제외한 액체 부분인 혈장 속 비타민 C 농도와 뇌 구조 및 네트워크 연결성의 직접적 관계를 살펴본 연구는 거의 없었다. 연구팀은 64세 이상의 일본 남녀 노인 2044명을 대상으로 혈장 비타민 C 농도와 자기공명영상(MRI)을 촬영해 분석했다. 우선 실험 참가자들의 회백질과 신경세포의 신호를 전달하는 신경섬유 다발이 모여 있는 백질의 부피를 측정했다. 참가자들마다 머리 크기가 다른 점을 보정하기 위해 두개강 내 전체 부피(ICV)에 대한 비율 형태로 값을 계산했다. 머리가 큰 사람은 회백질과 백질의 절대 부피도 크기 때문에 이를 비율로 환산해 개인차를 제거한 것이다. 또 주의, 자전적 기억, 미래에 대한 사고, 자기 참조, 공감 능력 등 다양한 인지 기능과 관련된 것으로 알려진 DMN 내부 연결성을 평가했다. 뇌 구조 영상에서 네트워크를 추출하기 위해 연구팀은 ‘출처 기반 형태 측정법’(SBM)을 사용했다. 흔히 사용하는 기능적 MRI(fMRI)가 실제 임상 현장에 적용하기 어렵다는 점을 고려해 대규모 역학 영상 연구에 활용하기 적절한 SBM을 쓴 것이다. 여기에 나이, 성별, 교육 수준, 간이정신상태검사(MMSE), 당뇨와 고혈압, 고지혈증 병력, 흡연, 음주, 신체 활동 같은 생활습관 등 뇌 구조와 연결성에 영향을 줄 수 있는 요인들을 통계적으로 보정했다. 그 결과 혈장 비타민 C 농도는 회백질 부피 비율과 백질 부피 비율은 물론 DMN에도 통계적으로 유의한 것으로 나타났다. 혈장 비타민 C 농도가 낮을수록 회백질 부피가 작고 DMN 내부 연결성도 떨어진다는 분석이다. 비타민 C가 DMN의 정상적 상태를 유지하는 한편 노화에 따른 비정상적 구조 변화 진행을 억제하고, 중대상피질, 내측 전전두엽 피질, 하측두회 등 인지 능력과 관련된 부위의 회백질 부피도 유지하는 데 도움을 준다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 신타쿠 도모히로 히로사키대 의대 교수는 “이번 연구는 2000명이 넘는 고령자로 이뤄진 견고한 지역사회 기반 코호트를 활용해 단일 영양 요인과 대규모 뇌 네트워크 사이의 유의한 연관성을 포착해낼 수 있었다는 것을 확인했다는 데 의미가 크다”며 “매일의 식습관, 특히 비타민 C가 풍부한 식단이 고령자의 뇌 건강 유지와 노화에 따른 인지 저하 완화에 보조적 역할을 할 수 있음을 알 수 있다”고 밝혔다.

정신 없는 일상을 사는 현대인에게 동시에 여러 가지 일을 수행하는 ‘멀티태스킹’은 어쩌면 필수일지 모른다. 그렇지만 과학자들은 인간이 진정한 의미의 멀티태스킹은 못한다고 봤다. 두 가지 이상의 일을 동시에 하는 것처럼 보이더라도 실제로는 뇌가 두 과제 사이를 빠르게 오가며 번갈아 처리한다는 것이다. 그런데 미국 조지타운대 의대, 카네기 멜론대, 존스홉킨스 응용물리학 연구실, 리하이대 공동 연구팀은 이런 과학계 통념을 뒤집는 연구 결과를 5일 밝혔다. 이 연구 결과는 ‘인지 신경과학 저널’ 6월 4일자에 실렸다. 연구팀에 따르면 충분한 훈련을 거치면 뇌가 스스로 배선을 다시 깔아 학습한 과제를 무의식적으로 자동 처리하는 회로로 옮겨 놓고 그 덕분에 다른 일을 위한 뇌의 여유 공간이 생기면서 멀티태스킹이 가능해진다. 연구팀은 뇌가 새로운 과제를 배우는 단계에서 출발해 충분한 경험이 쌓인 뒤에는 그 과제를 무의식적으로 수행하는 단계로 넘어가는 일종의 뇌의 자동화 메커니즘에 관심을 갖고 있었다. 대표적인 사례가 운전이다. 운전을 처음 배울 때나 면허를 따고 도로에 막 나갔을 때는 온 신경을 운전에만 집중해야 한다. 그렇지만 여러 해 동안 운전을 하다보면 대부분 사람은 운전을 하는 동안 대화를 나누거나 음악을 듣거나 어떤 문제를 골똘히 생각할 수도 있게 된다. 지금까지 학습에 관한 연구 대부분은 초기 단계에 초점이 맞춰져 있을 뿐 장기적으로 뇌에서 무슨 일이 일어나는지에는 소홀했다. 연구팀은 남녀 실험참가자들에게 컴퓨터 그래픽으로 미세하게 변형시킨 자동차 이미지를 두 범주로 분류하게 하는 실험을 했다. 참가자들은 미묘한 차이를 포착해 이미지를 구분하는 것인데 휴대전화 앱을 이용해 게임처럼 이미지를 분류하도록 했다. 연구팀은 5~10주 동안 3만 회 이상 시행하도록 했고 분류 작업을 완료하기 전후에 기능성 자기공명영상(fMRI)과 뇌파(EEG) 검사로 뇌를 촬영했다. 분석 결과, 참가자들은 이미지 분류를 처음 막 익혔을 때는 과제를 수행할 때 전전두엽 피질이 활성화됐다. 이 뇌부위는 실행 기능과 사고를 담당하면서 일반적으로 한 번에 한 가지 과제만 처리할 수 있는 것으로 알려졌다. 그런데 같은 분류 과제를 몇 주에 걸쳐 반복 연습한 참가자들의 뇌를 다시 촬용했을 때는 측두엽 피질이 활성화되는 것으로 나타났다. 측두엽은 기억의 부호화와 복잡한 사물의 인식에 관여하는 영역이다. 연구팀에 따르면 충분한 훈련이 측두엽에 이전에는 존재하지 않던 범주 선택성 영역을 사실상 새로 형성한 것이다. 수년간 훈련받고 일한 영상의학과 전문의가 엑스레이 사진에서 찍힌 종양 덩어리를 양성인지 악성인지 거의 자동적으로 정확히 분류해내는 것이 대표적 사례다. 연구팀은 충분한 훈련을 거친 뒤 자동차 범주를 구분할 때 전전두엽 피질을 거치지 않고 측두엽이 활성화되면서 곧바로 뇌 출력 영역으로 연결됐다고 설명했다. 충분한 훈련과 경험이 뇌 회로를 새로 형성해 전두엽 병목을 우회하게 만들면서 전전두엽 피질은 하고 싶은 다른 무엇을 위해 비워진 상태로 남게 되고 그만큼 처리 용량이 늘어난다는 것이다. 학습된 행동은 의식적 사고나 실행 기능이 접근하기 어려운 뇌 회로로 옮겨간다는 점을 보여준 이번 연구는 강박적 행동을 이해하는 데도 도움이 된다. 또 인간이 지속적 학습을 할 수 있는 이유에 대해서도 알려준다. 사람은 학습한 기술을 측두엽으로 옮겨 전전두엽 공간을 비워 두면 뇌는 기존 정보를 새로운 것을 배우기 위한 주춧돌로 쓸 수 있게 되는데 인공지능 모델에서는 이런 능력이 없다고 연구팀은 지적했다. 연구를 이끈 막시밀리안 리젠후버 조지타운대 의대 교수(신경과학)는 “이번 연구는 뇌가 어떻게 학습하는지를 이해하는 데 한걸음 더 나아갔다는 점에서 의미가 크다”며 “멀티태스킹을 학습할 수 있다는 점뿐만 아니라 이전에 배운 것을 토대로 새로운 것을 쌓아 올리는 인공지능 개발에도 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다.

6·3 지방선거를 앞두고 후보자들의 막판 유세가 한창이다. 우리는 지지하는 후보의 발언에 고개를 끄덕이고 상대 후보의 논리적 허점을 날카롭게 지적하며 스스로를 이성적인 유권자라고 생각한다. 하지만 솔직하게 물어보자. 후보자들의 정책을 꼼꼼히 비교하고 혹은 상대 후보의 훌륭한 토론을 들은 뒤 원래 먹었던 마음을 바꾼 적이 과연 있었는지. 사실 우리의 뇌는 정책이 아니라 감정에 투표하도록 설계돼 있다. 조너선 하이트는 이를 코끼리와 기수에 비유했다. 인간의 직관과 감정은 거대한 코끼리이며 이성은 그 위에 올라탄 조그만 기수라는 것이다. 우리는 기수가 코끼리를 통제한다고 믿지만, 실상은 코끼리가 방향을 틀어 버리면 기수는 왜 그 길로 가야만 하는지 그럴싸하게 변명하는 대변인에 불과하다는 게 하이트의 이론이다. 심리학의 기본 법칙 중 하나인 ‘합리화의 법칙’이다. 드루 웨스턴은 이 합리화의 법칙을 뇌과학으로 증명해 냈다. 그는 선거를 앞두고 유권자들을 fMRI 기계에 눕힌 뒤 그들이 지지하는 후보의 모순점을 들려 줬다. 합리적인 뇌라면 이성적 판단을 담당하는 전전두엽이 활성화돼야 했지만 결과는 반대였다. 오히려 감정을 처리하는 영역이 활성화됐다. 이 모순을 이성적으로 비판하는 대신 뇌의 회로를 조작해 합리화하기 시작한 것이다. 심지어 모순을 성공적으로 합리화해 내는 순간 뇌의 보상 중추가 켜지며 도파민까지 분비됐다. 뇌가 팩트를 외면하고 자신의 감정적 편견을 지켜낸 스스로에게 상을 내린 것이다. 이러한 뇌의 작동 방식을 이해하면 선거판에 왜 그토록 네거티브 전략이 난무하는지도 명확하게 설명된다. 네거티브야말로 유권자 내면의 ‘코끼리’를 가장 쉽고 빠르게 움직이는 강력한 채찍이기 때문이다. 그렇다면 이 맹목적인 코끼리를 멈춰 세우고 잠든 기수를 다시 깨우는 방법은 무엇일까. 우리는 지지 후보의 특정 정책이나 정치 구호를 몇 번 들은 것만으로 그것을 완벽히 이해했다고 착각한다. 하지만 막상 그 공약이 현실에서 ‘어떻게’ 작동해 우리 삶을 바꾸는지 구체적으로 설명해 보라 하면 대부분은 첫 문장에서 말문이 막히고 만다. 이를 ‘설명 깊이의 착각’이라 한다. 투표장으로 향하기 전 상대 진영을 향한 혐오나 우리 진영을 향한 확신이 맹렬히 차오를 때 잠시 멈춰 보자. 그리고 지지하는 진영과 상대 진영의 가장 매력적인 공약 하나씩을 ‘어떤 재원과 행정적 과정을 거쳐 실현될지’ 스스로 소리 내 설명해 보자. 그 순간 맹목적으로 타오르던 편도체는 차갑게 식고 논리를 담당하는 전전두엽이 깨어난다. 도파민의 빈자리에 서늘한 현실 감각이 들어서는 것이다. 선거는 우리 감정을 완벽하게 대변해 줄 아이돌을 뽑는 팬클럽 행사가 아니다. 우리 일상을 조금 더 나아지게 할 대리인을 고르는 지극히 현실적인 과정일 뿐이다. 6월 3일, 투표용지를 받아들었을 때, ‘어떻게’를 묻는 차가운 질문. 그것이야말로 자신의 진짜 삶을 지켜내는 가장 현명한 유권자의 첫걸음이다. 정정엽 광화문숲 수면센터장·정신건강의학과 전문의

대학 수학능력시험 같은 큰 시험이나 중요한 면접을 앞두고 지나치게 긴장을 하다 보면 실전에서 실력을 발휘하지 못하고 망치는 경우가 많다. 짧은 시간에 강력한 스트레스를 받게 되면 머릿속이 하얗게 되는 경험은 누구나 한 번쯤 겪었을 것이다. 독일 함부르크대 인지심리학과, 미국 텍사스 오스틴대 신경과학과, 심리학과, 학습·기억 연구 센터, 네덜란드 라드바우드대 의학 신경과학과, 뇌·인지·행동 연구소 공동 연구팀은 급성 스트레스가 기억에 기반한 추론 능력을 떨어뜨린다고 26일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 5월 22일 자에 실렸다. 인간의 뇌는 매일 기억 통합이라는 과정을 거친다. 기억 통합은 뇌가 새로운 경험이나 정보를 기존에 가지고 있던 기억, 지식과 유기적으로 연결해 하나의 완전한 장기 기억으로 재구성하는 과정이다. 기억 통합은 연결과 추론 두 단계로 이뤄진다. 예를 들어 친구가 연한 파란색 베스파 스쿠터를 새로 샀다고 보여줬는데 학교 도서관 앞에서 똑같은 스쿠터가 세워져 있는 것을 보면 그 친구가 안에서 공부하고 있을 것이라고 추론할 수 있다. 앞선 연구들에서는 이런 기억 통합이 해마에서 이뤄진다는 사실을 밝혀냈다. 기억에 관여하는 뇌 영역은 스트레스 매개물질에 민감하게 반응하는 수용체가 풍부하다. 연구팀은 심리사회적 급성 스트레스가 기억 통합 과정에 어떤 영향을 미치는지 남녀 121명을 대상으로 이틀 동안 실험했다. 첫날은 이미지 쌍을 관찰해 A-B 연합 기억을 형성했다. 스쿠터 사례로 보면 이 단계는 친구와 연한 파란색 스쿠터를 연결해 기억하는 과정이다. 첫날과 둘째 날 사이에 참가자들은 스트레스 유발 검사를 받은 뒤 둘째 날에는 B-C 이미지 연합쌍을 학습했다. 연한 파란색 스쿠터가 대학 도서관 앞에 세워져 있는 것을 보는 단계라고 할 수 있다. 연구팀은 참가자들이 스쿠터를 보고 친구가 도서관에 있을 것이라고 추론하는 단계에 해당하는 A-C 이미지 쌍을 볼 때 기능성 자기공명영상(fMRI)으로 해마의 활성화 양상을 관찰했다. 그 결과, 스트레스를 강하게 받은 참가자들은 A-B 기억과 B-C 기억을 잘 연결하지 못하는 것으로 나타났다. 이 때문에 스트레스를 받은 사람들은 A-C로 이어지는 추론도 약한 것으로 확인됐다. 급성 스트레스를 받은 사람은 ‘친구가 연한 파란색 스쿠터를 갖고 있다’는 지식과 ‘바깥에 똑같은 스쿠터가 세워져 있으니 친구가 도서관 안에 있을 것’이라는 추론 사이의 연결이 끊어졌다는 의미다. 연구를 이끈 라르스 슈바베 함부르크대 교수는 “이번 연구 결과는 급성 스트레스가 해마의 기억 연결 기능을 교란해 뇌가 별개의 사건들 사이에 연관성을 구축하고 결론을 도출하는 핵심적인 기억 통합 과정을 방해한다는 사실을 확인했다는 데 의미가 있다”며 “이번 연구는 교육, 법률, 임상 현장에 다양하고 광범위하게 활용될 것으로 기대된다”고 설명했다.

상상 때 뇌활동 비교 분석해 보니단순한 외부 자극 처리 활동 아닌감각 변환하는 고차원 연합 영역조현병·PTSD 환자 치료 등 기대 “지식보다 중요한 것은 상상력이다. 논리는 당신을 A에서 Z로 데려다줄 것이고, 상상력은 당신을 어디든 데려다 줄 것이다.” 20세기 최고의 과학자로 꼽히는 알베르트 아인슈타인의 말이다. 아인슈타인이 말한 것처럼 상상력은 지식의 한계를 넘어 새로운 아이디어와 혁신을 만드는 창의적 사고의 핵심이다. 상상력 덕분에 직접 경험하지 않고도 배우고, 계획하며 위험을 피할 수 있다. 그래서 뇌과학은 상상력이야말로 인간 뇌가 할 수 있는 가장 강력한 작업 능력이라고 본다. 사람들은 사과를 떠올릴 때 머릿속에서 사과 이미지를 ‘보고’, 좋아하는 노래를 생각하면 그 노래 리듬이 ‘들린다’. 이처럼 왜 상상에 심상(心象)이 동반되는가는 뇌과학의 오랜 수수께끼다. 지금까지 심상은 ‘감각 재활성화’에 의존하는 것으로 여겨졌다. 감각 재활성화 이론은 눈을 감고 귀를 막아 외부 입력이 없는 상태에서 뇌가 시각, 청각 피질 같은 감각 영역을 다시 켜는 것이 심상이라는 설명이다. 미국 노스웨스턴대 의대 연구팀은 심상은 지금까지 알려진 것처럼 단순히 순수한 감각 현상이 아니라 지각을 해석하고 조직하는 고차원 인지 기능과 밀접하게 연관돼 있다고 1일 밝혔다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴런’ 3월 31일 자에 실렸다. 연구팀은 남녀 실험 참가자 8명을 대상으로 어린이 생일 파티, 언덕 위의 성 같은 8가지 다양한 시나리오를 제시하고 상상하게 한 다음, 정밀 기능성 자기공명영상(fMRI)을 찍어 총 60시간 이상의 데이터를 확보했다. 이어 참가자의 감각 네트워크와 연합 네트워크를 매핑하고, 상상할 때 뇌 활동과 실제 지각 중 뇌 활동을 비교 분석했다. 감각 네트워크는 시각, 청각, 후각, 미각 등 외부 자극을 직접 처리하는 뇌 영역이고 연합 네트워크는 감각 입력을 의미, 맥락, 개념으로 변환하는 고차원 처리 영역이다. 분석 결과, 상상 상태에서 뇌 활동은 순수한 감각 영역이 아닌 고차원 연합 영역에서 활성화되는 것으로 확인됐다. 상상이 단순히 감각의 복사본이 아니라는 의미다. 상상은 원시 감각 입력 단계가 아닌 장면, 단어, 사건, 아이디어 등 정보를 통합 처리하는 후반 단계에서 나타난다는 것이다. 이번 연구는 감각 없이 감각적 경험을 만드는 뇌 메커니즘을 규명했다는 점에서 조현병 환자의 환각, 외상후스트레스장애(PTSD) 환자의 플래시백 현상, 사고력은 정상이지만 머릿속으로 전혀 상상할 수 없는 인지장애인 아판타시아 환자 연구와 치료에 도움을 줄 것으로 기대된다. 연구를 이끈 로드리고 브래가 노스웨스턴대 의대 교수는 “어린이 생일파티에서 날 수 있는 소리를 상상하라고 하면 사람들은 소리만 떠올리는 것이 아니라 자동으로 장면 전체를 그려낸다”고 설명했다. 브래가 교수는 “이번 연구는 외부 자극이 없거나 과거, 미래를 떠올릴 때 활성화되는 디폴트 네트워크가 상상할 때 전반적으로 활성화하는 동시에 무엇을 상상하느냐에 따라 서로 다른 대규모 뇌 네트워크가 통합 활성화된다는 사실을 확인했다”고 덧붙였다.

플라세보는 치료 효과가 없는 약이나 치료법이라도 환자가 신뢰하면 실제 치료에 도움이 된다는 현상으로, 환자의 신뢰를 통해 효과가 나타난다. 플라세보 효과의 정확한 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았으나 도파민 같은 신경전달물질의 증가, 감정과 관련 있는 뇌 부위의 활성화, 감정적 반응 등이 연관돼 있다고 추정된다. 그런데 실제로 긍정적 생각을 강화하는 뇌 훈련이 면역력을 높일 수 있다는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 이스라엘 텔아비브대 심리과학부·생명과학부·인공지능(AI)·데이터과학 연구센터, 텔아비브대 의대 부설 메디컬센터 병리학과, 뇌과학 연구소, 이스라엘 기술연구소(IIT), 미국 예일대 심리학과, 프린스턴대 신경과학 연구소 공동 연구팀은 보상과 긍정적 기대와 연관된 뇌 영역을 활성화하도록 훈련해 백신에 대한 신체 면역 반응을 높일 수 있다고 밝혔다. 이 연구 결과는 의학 분야 국제 학술지 ‘네이처 의학’ 1월 20일 자에 실렸다. 복측선조체(VTA)는 동기 부여와 기대를 조절하는 뇌의 보상 체계 일부다. 동물 연구에서 해당 부위가 면역에 영향을 미칠 수 있다는 사실이 확인됐지만, 인간에게도 적용되는지는 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 기능성 자기공명영상(fMRI) 기록을 바탕으로 VTA를 포함한 보상 중변연계 경로(reward mesolimbic pathway) 활동을 의도적으로 증가시킬 수 있는 새로운 신경 영상 기반 피드백 접근법을 개발해 성인 남녀 85명을 훈련했다. 연구팀은 참가자에게 여행을 떠올리는 등 과거 즐거웠던 기억을 상기하게 하면서 fMRI로 중변연계 경로 활동을 촬영했다. 이어 참가자를 두 집단으로 나눠 한쪽에만 신경 영상 기반 피드백 접근법을 훈련해 중변연계 활동을 높일 수 있도록 했다. 4번 훈련을 시킨 뒤 모든 참가자에게 B형 간염 백신을 접종했다. 연구팀은 두 집단을 대상으로 백신 접종 전후 최대 4주까지 채취한 혈액으로 면역학적 평가를 했다. 그 결과 높은 VTA 활동을 유지하는 법을 배운 사람들은 혈장 내 백신에 대한 보호 항체 수치가 그렇지 않은 집단보다 훨씬 많이 증가한 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 참가자들은 높은 VTA 활동을 유지하기 위해 긍정적 기대를 포함한 정신적 전략을 사용했다. 이는 플라세보와 같은 효과다. 니찬 루비아니커 예일대 박사는 “이번 연구 결과는 특정 뇌 경로의 활동과 면역 체계 간 잠재적 연관성을 보여준다”며 “긍정적 기대가 치료 효과를 높인다는 플라세보 효과의 기저 경로에 대한 중요한 통찰을 제공하는 동시에 백신 효과를 높이는 새로운 방법을 찾을 수 있을 것”이라고 말했다.

많은 스포츠 경기에서 팬들은 단순 관람부터 강한 감정적 몰입까지 폭넓은 반응을 보인다. 특히 전 세계적으로 35억명의 팬을 가진 축구만큼 라이벌 관계가 명확하고 자신이 응원하는 홈팀과 좋아하는 선수들에게 광적인 반응을 보이는 종목은 많지 않다. 골을 넣으면 환호하고 오심에는 분노하는 등 경기 중 응원 팀의 성공과 실패를 보면서 다양한 감정을 경험한다. 과학자들은 이러한 경쟁 환경에서 나타나는 팬들의 신경생물학적 메커니즘에 대해 주목해 왔다. 칠레 산티아고 알라메나 종합병원, 산세바스티안대 보건과학부 공동 연구팀은 좋아하는 팀의 축구 경기를 시청하는 동안 뇌의 특정 회로 영역이 과도하게 활성화되면서 긍정적·부정적 감정과 행동을 유발한다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 북미영상의학회(RSNA)에서 발행하는 국제 학술지 ‘영상의학’ 11월 12일 자에 실렸다. 연구팀은 신체적·정신적으로 건강한 20~45세의 남성 축구 팬 60명을 대상으로 좋아하는 팀, 라이벌 팀, 별 관심이 없는 중립 팀이 관련된 경기에서 나온 63번의 골 장면을 보여 주며 기능성 자기공명영상(fMRI)을 촬영했다. 연구팀은 오랜 숙적을 상대로 득점했을 때, 숙적에게 골을 내줬을 때의 신경 반응과 라이벌이 아닌 중립 팀과의 경기에서 골이 나오는 장면을 시청했을 때를 비교했다. 또 13개 항목으로 구성된 축구 응원 팬덤 척도를 이용해 실험 참가자들의 팬덤 정도를 수치화했다. 이 척도는 폭력 성향과 소속감이라는 측면까지 드러내 보여 준다. 분석 결과, 자신이 응원하는 홈팀이 성공하거나 실패했을 때 평소와 달리 뇌가 활성화되는 부위가 빠르게 변하는 것이 관찰됐다. 특히 라이벌 관계에서는 불과 몇 초 만에 ‘뇌의 가치 평가-제어 균형’이 재구성됐다. 이는 어떤 선택지나 자극이 가져다 줄 보상이나 손실의 크기와 중요성을 뇌가 계산해 충동을 억제하고 장기 목표에 부합하는 행동을 선택하도록 하는 인지적·행동적 통제 과정이다. 뇌의 가치 평가-제어 균형이 무너지면 충동성 과다나 지나친 억제 행동이 나타난다. 연구팀은 뇌의 보상 시스템 영역이 비(非)라이벌 팀에 승리했을 때보다 라이벌 관계에 있는 상대와의 중요한 경기에서 승리했을 때 더 활성화한 것을 확인했다. 이는 내(內)집단 유대감과 사회적 정체성 강화로 이어진다. 반면 패배했을 때는 인지 제어에 중요한 역할을 하는 ‘등쪽 전방 대상 피질’(dACC)이 제어 신호에 대해 ‘역설적 억제’ 현상을 보이는 것을 확인했다. 역설적 억제란 어떤 생각이나 감정, 행동을 억제하려고 할 때 오히려 정반대의 현상이 나타나는 것을 말한다. 자신이 응원하는 팀이 패배했을 때는 정체성 위협으로 인식해 순간적으로 자기 조절에 실패하게 된다. 연구를 이끈 프란시스코 사모라노 산세바스티안대 교수는 “열성적인 스포츠 팬의 활동을 연구하는 것이 중요한 이유는 경기장뿐만 아니라 양극화, 폭력, 첨예한 공중보건 문제에서도 나타나는 일반화 가능한 신경 메커니즘을 보여 주기 때문”이라며 “이런 뇌의 가치 평가-제어 균형 시스템은 어린 시절에 형성되는 만큼 아동기 초기 발달을 소홀히 한다면 광신주의의 해악에 그대로 노출되기 쉽다”고 말했다.

학생들이나 뭔가를 배우는 사람들이 바라는 바는 새로 배운 것을 잘 기억하는 것이다. 그래서, 서점가는 물론 온라인에서도 기억술에 관한 내용들은 사람들의 눈길을 끈다. 이런 상황에서 뇌 과학자들이 새로운 사실을 배워서 잘 기억할 수 있는 방법을 찾아냈다. 이탈리아 트렌토대 마음·뇌 과학 연구센터 연구팀은 학습 중 뇌 특정 영역에서 나타나는 활동의 질이 새로 학습한 내용을 성공적으로 습득하는 것과 밀접한 관계를 갖는다고 25일 밝혔다. 이번 연구 결과는 뇌신경과학 분야 국제 학술지 ‘신경 과학 저널’ 10월 20일 자에 실렸다. 사람들이 개인적 경험을 더 쉽게 기억한다는 사실은 잘 알려졌지만, 비인격적 정보를 학습하는 데 관여하는 뇌 영역과 전략은 불분명하다. 이에 연구팀은 29명의 성인 남녀를 대상으로 ‘왕좌의 게임’ 같은 판타지 작품을 바탕으로 한 세 개의 가상 문명에 대한 120개의 허구적 사실을 학습하고 외우도록 했다. 연구팀은 학습 과제를 수행하는 동안 기능성 자기공명영상(fMRI)으로 뇌의 활성화 부위를 촬영했다. 또, 이틀이 지난 뒤 연구팀은 기억력 테스트를 통해 어떤 사실을 더 잘 기억하는지 평가했다. 연구 결과, 학습 과정에서 장소와 인물에 대한 의미론적 정보에 민감한 특정 영역들이 활발하게 움직이는 것이 관찰됐다. 연구팀에 따르면 개인적 경험과 관련된 정보를 학습하고 기억할 때 활성화되는 부위와 새로운 정보를 기억할 때 활성화되는 부위는 차이를 보였다. 연구를 이끈 스콧 페어홀 트렌토대 교수(인지과학)는 “이번 연구 결과는 세계에 관한 새로운 사실을 학습하는 메커니즘과 우리 삶에서 일어난 일을 기억하는 데 관여하는 뇌 메커니즘과 부분적으로 다르며 서로 다른 구조에 의존한다는 것을 보여준다”고 말했다. 한편, 캐나다 맥길대 심리학과 연구팀은 서로 다른 스토리텔링 전략이 뇌가 그 경험을 기억으로 저장하고 나중에 회상하는 방식에 영향을 미친다는 연구 결과를 뇌신경과학 분야 국제 학술지 ‘신경 과학 저널’ 10월 20일 자에 발표했다. 연구팀은 같은 핵심 사건을 바탕으로 하지만 서로 다른 방식으로 구성된 이야기를 만들었다. 하나는 핵심 사건을 경험하는 동안 개인의 감정과 해석을 묘사하는 세부 사항을 포함하고, 다른 하나에는 핵심 사건에 대한 개인의 구체적 관찰과 같은 지각적 세부 사항을 포함했다. 연구팀은 35명의 성인 남녀에게 각각의 이야기를 들려주며 신경 영상을 촬영했다. 그 결과, 서로 다른 유형의 이야기를 들을 때 활성화되는 뇌신경 네트워크는 차이를 보였으며, 그 차이에 따라 이야기 핵심 요소를 얼마나 잘 기억하는지 예측할 수 있었다. 연구팀은 사람들이 사건에 대해 듣는 방식에 따라 기억을 형성하는 방식이 달라진다고 밝혔다. 연구를 이끈 시그니 셀던 맥길대 교수(행동 신경학)는 “노년층은 경험한 사건을 기억할 때 개념적 기억 체계를 더 많이 활용하고, 젊은 층은 지각적 기억 체계를 선호하는 것처럼 개인과 집단은 서로 다른 기억 체계를 선호한다”며 “기억력을 향상하기 위해서는 연령대별로 정보를 맞춤화하는 것이 필요하다”고 설명했다.

캐나다 콘코디아대, 몬트리올대 노인병연구소, 맥길대 몬트리올 신경학연구소, 호주 매쿼리대, 시드니대, 싱가포르 국립대, 독일 뒤셀도르프 하인리히하이네대, 미국 매사추세츠 종합병원 공동 연구팀은 수면의 형태에 따라 건강, 인지, 생활 방식에서 개인차가 발생한다고 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 생물학 분야 국제 학술지 ‘플로스 생물학’ 10월 8일 자에 실렸다. 연구팀은 ‘인간 커넥톰 프로젝트’ 데이터 세트에서 770명의 자료를 사용해 다변량 데이터 기반 분석을 했다. 인간 커넥톰 프로젝트는 인간 뇌 속 신경세포들이 해부학적으로 어떻게 연결돼 있는지 밝혀내고 ‘뇌 지도’를 작성해 뇌 활동의 비밀을 찾는 연구다. 연구에 활용된 데이터는 각 개인의 수면 특성뿐만 아니라 뇌 영상 데이터가 포함돼 있어 이전 수면 연구에서는 알아낼 수 없었던 관계를 찾아낼 수 있다. 또 기능성 자기공명영상(fMRI)으로 신경 영상학적 특성도 분석했다. 그 결과 연구팀은 다섯 가지 생체심리사회적 수면 패턴을 밝혀냈다. 수면 패턴은 우울, 불안, 스트레스를 포함한 정신 병리 현상과도 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다. 특히 짧은 수면 시간은 인지 기능 저하와 연관성이 큰 것으로 확인됐다. 시간과 함께 다양한 측면으로 구성된 수면은 생체심리사회적 요인(생활 방식, 정신 및 신체 건강, 인지 수행 능력)에도 영향을 미치며 뇌의 특정 부위와 연결된 것으로 밝혀졌다. 연구를 이끈 오로르 페로 콘코디아대 박사는 “수면은 정신 건강에 영향을 미치는 핵심 요인 중 하나”라며 “수면 패턴은 건강과 행동뿐만 아니라 뇌의 연결 방식과 움직임에도 반영된다”고 말했다.

서로 정반대 정치 성향을 가진 극좌파와 극우파가 정치 토론을 볼 때 뇌 반응이 놀랍도록 비슷하게 나타났다. 뇌스캔 실험 결과 극단적 정치관을 가진 사람들은 진영이 달라도 감정 처리 방식이 똑같은 것으로 밝혀졌다. 미국 브라운대 연구팀은 극좌파와 극우파 대상으로 진행한 뇌스캔 실험 결과를 국제학술지 ‘성격 및 사회심리학 저널’ 온라인판에 지난달 28일 공개했다. 연구팀은 100점 만점 정치 척도에서 극단적으로 진보적이거나 보수적인 성향을 보인 44명을 실험 대상자로 선별했다. 이들에게 2016년 미국 부통령 후보 토론회 17분짜리 영상을 시청하게 한 뒤, 기능성 자기공명영상(fMRI) 뇌 스캔을 실시했다. 참가자들의 감정적 흥분 상태를 파악하기 위해 피부 전도도를 측정하는 동시에 뇌 활동을 초 단위로 분석했다. 실험 결과, 극단적 정치관을 가진 사람들은 정치적 성향이 정반대여도 뇌 반응이 유사하게 나타났다. 특히 공포나 위협을 감지할 때 작동하는 편도체와 감정을 담당하는 뇌 부위에서 같은 활성화 패턴을 보였다. 반면 중도 성향을 가진 사람들은 개인마다 서로 다른 뇌 반응을 나타냈다. 이는 극좌파와 극우파가 의견은 달라도 뇌에서 정보를 처리하는 방식은 같다는 것을 의미한다. 연구팀은 인공지능(AI)을 이용해 15초 분량 토론의 자극적인 정도를 함께 측정했다. 그 결과 정치적 언어가 더 자극적일수록 극단주의자 간 뇌 동조화가 더욱 강화됐다. 이는 극단적 견해를 지닌 사람들이 도발적인 정치 언어에 노출될 때 정신적 일치 현상이 더 뚜렷해진다는 점을 보여준다. 이런 결과는 정치 양극화에 대한 우려를 더욱 키운다. 온건한 성향의 사람들은 정치적 내용에 대해 다양하고 개인적인 반응을 보이지만, 극단 진영의 사람들은 자극적인 정보를 처리할 때 공통된 방식으로 수렴하는 모습을 보였다. 연구팀은 “극단주의자들이 비슷한 방식으로 정보를 처리한다면, 정치적 진영을 초월해 서로의 시각을 더욱 굳히는 결과를 낳을 수 있다”고 분석했다. 이는 극좌파와 극우파의 과격한 정치적 입장이 갈수록 일반화되는 현상에 일조할 가능성이 있다는 뜻이다. 이번 발견이 해결책을 찾는 데 도움이 될 수 있다는 견해도 제시됐다. 극단주의가 특정 정치적 신념이 아닌 공통된 감정·인지적 과정에서 비롯된다면, 개별 정치 신념 변화보다는 이러한 근본 메커니즘에 주목하는 것이 더 효과적일 수 있기 때문이다. 특히 극단주의에 강화된 공포 반응과 위협 인식이 동반된다는 사실을 파악하면 정치적 갈등 완화 방안을 마련하는 데 유용할 것으로 보인다. 다만 연구팀은 이번 연구가 상관관계만 입증했을 뿐 인과관계는 밝혀내지 못했다고 한계를 인정했다. 극단적 신념이 뇌 패턴을 형성하는지, 반대로 특정 뇌 성향이 극단주의를 유발하는지는 향후 추가 연구를 통해 규명해야 할 과제라고 덧붙였다.

‘신경학 분야 음유 시인’ 올리버 색스(1933~2015)는 저서 ‘뮤지코필리아’에서 뇌와 음악의 다양한 이야기를 풀어놓으면서 “음악은 인간의 본능과 같은 것”이라고 말했다. 그런데, 청력을 포함해 정상적인 오감을 갖고 있으면서도 음악에서 아무런 즐거움을 느끼지 못하는 사람들이 있다. 스페인 바르셀로나대 신경과학 연구소, 벨비트게 생물의학 연구소, 캐나다 맥길대 신경학 연구소, 뇌·음악·소리 연구소, 뇌·언어·음악 연구 센터 공동 연구팀은 다른 경험이나 자극을 즐길 수 있는 능력을 갖추고 있음에도 음악을 즐기지 못하는 사람들은 뇌의 청각 네트워크와 보상 시스템의 단절 때문이라고 9일 밝혔다. 이 연구 결과는 인지 과학 분야 국제 학술지 ‘인지과학 동향’(Trends in Cognitive Sciences) 8월 8일 자에 실렸다. 음악을 즐기지 못하는 사람들은 ‘특정 음악 무쾌감증’(specific musical anhedonia) 때문인데 그 원인이 명확히 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 음악 무쾌감증 식별을 위해 ‘바르셀로나 음악 보상 설문’(BMRQ)이라는 도구를 개발했다. 이 설문지는 음악이 주는 보상을 다섯 가지 부문으로 측정하는데, 감정을 일으키는 것, 기분을 조절하는 것, 사회적 연결을 촉진하는 것, 춤이나 움직임을 유발하는 것, 새로운 것을 추구하거나 수집하거나 경험하는 것이다. 설문 조사 결과, 음악 무쾌감증이 있는 사람은 BMRQ의 다섯 가지 측면 모두에서 점수가 낮은 것으로 나타났다. 음악 무쾌감증이 있는 사람의 뇌를 기능성 자기공명영상(fMRI)으로 측정한 결과, 음악을 들을 때 뇌의 보상회로 영역 활동이 현저하게 감소하는 것으로 나타났다. 그렇지만, 다른 자극에는 정상적으로 반응하는 것으로 나타났다. 이들은 청각 네트워크와 보상 자극 회로의 연결이 약하거나 끊어져 있는 것으로 확인됐다. 연구팀은 음악 무쾌감증이 있는 사람들의 보상 회로와 청각 기능 모두 지극히 정상이지만 연결 상태가 문제라고 설명했다. 이는 다른 감각에 대해서도 마찬가지 메커니즘이라고 설명했다. 먹방을 즐기는 사람이 있는가 하면, 다른 사람이 먹는 것만 보더라도 포만감을 느끼거나 많이 먹지 못하는 사람은 음식 처리와 관련된 뇌 영역과 보상 회로의 연결에 결함이 있다는 것이다. 연구를 이끈 호셉 마르코-팔라레스 바르셀로나대 교수는 “이번 연구는 뇌신경 회로의 영향으로 사람들이 쾌락과 기쁨을 경험하는 방식이 다르다는 점을 보여주며, 이와 유사한 형태로 개인의 특정 반응에 대한 차이를 설명할 수 있다”며 “특정 자극의 무쾌감증, 중독, 섭식 장애와 같은 보상 관련 장애에 관한 새로운 치료법 개발에 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

러시아의 대문호 톨스토이의 소설 ‘안나 카레니나’에는 “행복한 가정은 모두 엇비슷하고, 불행한 가정은 불행한 이유가 제각기 다르다”라는 유명한 문장이 나온다. 행복과 불행의 본질에 대한 통찰을 담고 있는 이 문장은 행복의 조건에는 보편성이 있지만, 불행은 개개인의 다양한 요인으로 인해 발생한다는 것을 의미한다. 그런데, 낙관론과 비관론도 이와 비슷하다는 연구 결과가 나왔다. 일본 고베대 심리학과, 교토대 미래 인간사회 연구소, 오사카 종합보육대 유야교육학부, 긴키대 경영학부, 호주 라트로브대 심리·공중 보건학부 공동 연구팀은 미래 사건을 생각할 때 낙관주의자의 뇌는 유사하게 작동하지만, 비관주의자 뇌는 각자의 방식으로 작동해 개별성이 강하다고 24일 밝혔다. 낙관주의자들은 미래에 대한 공통된 비전을 공유하고 있어, 훨씬 더 사교적이라고 연구팀은 설명한다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 7월 22일 자에 실렸다. 일반적으로 낙관주의자는 자기의 사회적 관계에 더 만족하고, 넓은 사회적 네트워크를 갖는다. 최근 연구에 따르면 사회적으로 중심적 위치를 차지하는 사람들의 뇌는 자극에 유사한 반응으로 반응하기 때문이다. 미래에 대한 태도도 비슷하고, 이를 공유하면서 뇌에서 미래를 비슷하게 상상하면서 서로의 관점을 더 쉽게 이해할 수 있다는 주장이다. 연구팀은 이를 검증하기 위해 사회심리학자와 인지신경과학자로 구성된 연구팀은 비관주의자부터 낙관주의자까지 다양한 스펙트럼을 가진 남녀 87명을 대상으로 다양한 미래 사건을 상상하도록 했다. 이들이 미래 특정 상황을 상상하는 동안 기능적 자기공명영상(fMRI) 촬영을 통해 뇌신경 활동 패턴을 관찰했다. 연구 결과, 낙관주의자가 미래 사건에 대해 생각할 때는 신경 활동 패턴이 서로 매우 유사한 것으로 관찰됐다. 반면, 비관주의자들의 신경 활동 패턴은 훨씬 다양하고 독특하게 나타났다. 낙관적인 사람들은 뇌에서 좋은 미래와 나쁜 미래를 명확히 구분해 인식한다고 연구팀은 설명했다. 낙관주의자는 부정적 사건을 긍정적으로 재해석하는 것이 아니라, 부정적 시나리오를 더 추상적이고 심리적으로 먼 방식으로 처리해 부정적 시나리오의 정서적 영향을 완화하는 방식을 구사한다. 쿠니아키 야나기사와 고베대 교수(사회 인지과학)는 “이번 연구는 일상에서 느끼는 ‘주파수가 일치한다’라거나 ‘같은 파장에 있다’는 느낌은 단순한 비유가 아니라 실제 뇌신경의 활동 결과임을 보여준다”라며 “낙관주의자의 뇌는 물리적 의미에서 미래에 대한 공통 개념을 공유할 수 있다는 것을 파악한 만큼, 이런 메커니즘이 타고난 것인지 경험으로 나중에 형성되는지 추가 연구 중”이라고 설명했다.

인공지능(AI) 시대가 될수록 문해력으로 대표되는 읽고 이해하는 능력 그리고 수학 이해력이 중요하다고 전문가들은 지적합니다. 문해력과 수학 이해력의 특징 중 하나는 시간이 지날수록 격차가 벌어진다는 점입니다. 특히 수학 이해력은 사회경제적 조건과 같은 외부 환경 요인만큼 뇌의 특성도 상당한 영향을 미친다는 연구 결과가 점점 많이 나오고 있습니다. 이런 가운데 영국 옥스퍼드대, 스완지대, 서리대, 캐나다 맥길대 의대, 몬트리올 더글러스 정신보건대 연구소, 토론토 서니브룩 연구소, 토론토대, 미국 스탠퍼드대 공동 연구팀은 뇌신경 연결 상태를 측정하면 수학 학습 능력을 예측할 수 있고, 이 신경 네트워크에 약한 전기 자극을 주면 수학 실력이 다소 향상될 수 있다고 밝혔습니다. 이번 연구 결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘플로스 생물학’ 7월 2일자에 실렸습니다. 연구팀은 18~30세 남녀 72명을 대상으로 5일 동안 매일 일정 시간 단순 계산, 복잡한 증명이 필요한 계산 등 다양한 형태의 수학 문제를 풀게 했습니다. 연구팀은 실행 기능과 계산에 중요한 역할을 하는 배외측 전전두피질(dlPFC), 기억 회상에 관련된 후두정피질(PPC)에 약한 전기 자극을 주고 전기 자극 전후 수학 점수를 평가했습니다. 연구팀은 양자 자기공명분광법으로 뇌의 학습과 변화 능력에 관여하는 뇌 속 화학물질의 변화를 측정하고, 기능성 자기공명영상(fMRI)으로 뇌 활동을 살펴봤습니다. 연구 결과 dlPFC, PPC, 장기 기억과 관련한 해마 간 연결이 강할수록 수학 이해력이 더 뛰어난 것으로 나타났습니다. 또 dlPFC와 PPC 영역 간 연결이 약한 사람들은 dlPFC에 약한 전기 자극을 받은 뒤 문제 풀이 능력이 이전보다 향상된 점이 관찰됐습니다. 수학과 관련해 신경 생물학적 단점을 가진 사람들의 최소한의 수학 학습을 돕기 위해 외부에서 뇌를 자극하는 것도 도움이 될 수 있다고 연구팀은 설명했습니다. 연구를 이끈 로이 코언 카도시 서리대 교수는 “최근 많은 연구에서 생물학적 요인이 환경적 요인보다 수학 교육 성과에 더 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여 주고 있다”며 “그러나 지금까지는 학습 능력 개발을 위해 교사 재교육이나 커리큘럼 재설계 등 환경 변화에만 초점을 맞췄을 뿐 학습자의 신경생물학적 특성은 간과했다”고 지적했습니다. 카도시 교수는 “이번 연구를 바탕으로 학습 능력의 신경생물학적 문제를 해결하는 혁신적인 방법을 개발한다면 더 많은 사람이 잠재력을 발휘할 수 있고 다양한 진로 접근도 돕게 될 것”이라며 “학습 능력 향상을 통해 장기적으로는 소득, 건강, 웰빙의 불평등 문제도 해결할 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였습니다.

호두가 뇌에 좋은 음식이라는 속설이 있다. 꼬불꼬불한 덩어리 같은 호두 모양이 주름이 많은 뇌와 닮았기 때문인데 실제로 뇌에 좋은 것 자체가 사실이다. 호두에는 오메가3 지방산과 플라보노이드 같은 물질이 풍부해 뇌의 인지 기능을 돕는다. 뇌에 있는 주름은 신경 세포가 모여 있는 대뇌 피질의 표면적을 늘려 뇌세포 숫자도 증가시키는 역할을 하는 것으로 여겨진다. 최근 과학자들은 이외에 다른 기능도 발견했다. 대뇌피질에서 움푹 파인 곳을 고랑(sulcus), 반대로 올라온 곳을 이랑(gyrus)이라고 하는데 뇌의 고랑 부분이 일종의 지름길로 역할한다. 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스(UC 버클리) 소속 헬렌 윌스 뇌과학 연구소의 실비아 번지·케빈 웨이너 교수 연구팀은 뇌의 삼차 고랑(tertiary sulci)이 어떻게 뇌의 다른 부분과 연결되어 사고 기능을 수행하는지 조사했다. 연구 보고서는 신경과학저널(JNeurosci) 5월 19일자로 실렸다. 3차 고랑은 뇌의 발달에서 가장 나중에 완성되는 부분으로 역시 뇌의 주름이 많은 편인 침팬지 같은 인간의 근연종에서 볼 수 없는 인간의 고유 구조다. 따라서 매우 높은 사고 기능을 담당하는 부위로 여겨진다. 특히 3차 고랑은 6세부터 청소년기까지 빠르게 발달한다. 연구팀은 6세에서 18세 사이의 건강한 자원자 43명을 대상으로 뇌의 기능을 조사하는 기능자기공명영상법(fMRI) 검사를 시행했다. 이들에게 사고력을 테스트하는 과제를 주고 이를 푸는 와중에 뇌 활동 변화를 찍었다. 연구 결과 인간이 사고력이 필요한 작업을 할 때 측면 전전두엽 피질(lateral prefrontal cortex)의 3차 고랑은 뇌의 주요 부위와 연결되어 작업을 수행했다. 3차 고랑이 뇌 안으로 깊이 들어가면 이들과 더 빠르고 효율적으로 신호를 주고받는 것으로 확인됐다. 따라서 뇌의 주름은 단순히 표면적을 늘리는 것만이 아니라 뇌의 주요 부분을 빠르게 연결하는 지름길 역할도 함께 담당하는 셈이다. 인간의 뇌는 다른 동물보다 부피만 큰 게 아니라 매우 효율적으로 연결되어 뛰어난 기능을 수행할 수 있다. 인간의 뇌는 소우주와 같다는 이야기가 있다. 수많은 뇌세포가 서로 연결되어 있어 우주처럼 복잡하다는 뜻이다. 우주를 연구하는 과학자들이 하나씩 그 비밀을 풀어나가듯 뇌 과학자들도 비밀을 파헤치고 있다. 언젠가는 인간이 어떻게 생각을 하고 자아를 갖는지에 대해 과학이 자세히 말해 줄 수 있는 날이 오게 될 것으로 기대된다.

찰스 다윈은 생물 진화는 물론 언어 진화에도 관심이 많았다. 1871년 출간된 ‘인간의 유래와 성 선택’에서 다윈은 세대를 거쳐 변이가 쌓이고 선택되고 유전되는 것이 생물 진화뿐만 아니라 언어 같은 문화의 진화에도 적용할 수 있다고 봤다. 실제로 많은 학자가 인간의 의식과 문화를 연구할 때 사용하는 것 중 하나가 언어다. 그런 관심은 뇌 신경과학자들에게 이어지고 있다. 언어가 사람의 정신 건강과 의식에 지대한 영향을 미친다는 연구 결과가 잇따라 나와 눈길을 끈다. 영국 노섬브리아대, 시티 런던대 공동 연구팀은 긍정적인 표현을 사용한 글쓰기가 개인차가 있기는 하지만 전반적으로 심리적 건강과 웰빙을 향상한다는 사실을 확인하고 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 5월 22일자에 발표했다. 일기처럼 개인적 이야기를 꾸준히 쓰면 글솜씨도 늘고 스트레스나 부정적 감정 해소에도 도움이 된다는 사실은 잘 알려져 있다. 그렇지만 긍정적 표현의 글쓰기가 실제 그런 효과를 주는지에 대한 실증 연구는 없었다. 이에 연구팀은 1930년부터 2023년까지 글쓰기, 특히 긍정적 글쓰기에 관한 논문 51편을 메타 분석했다. 그 결과 ‘감사 글쓰기’, ‘최고의 나’, ‘나의 장점’처럼 긍정적 표현의 글쓰기는 심리적 안정감과 주관적으로 느끼는 웰빙 지수를 일관되게 개선한 것으로 관찰됐다. 특히 행복감, 삶의 만족도, 주변에 대한 긍정적 인식 같은 지표에서 두드러진 효과를 보인 것으로 나타났다. 또 사람마다 차이를 보였지만, 개인의 불안 경향을 나타내는 ‘특성 불안’이나 우울증 같은 정신 건강 지표도 전반적으로 긍정적 글쓰기 이전보다 나아진 것으로 조사됐다. 한편 중국 베이징 사범대, 산시의대 제1병원, 시안 북서대 부속병원, 베이징대 심리·인지과학부, 인공지능 연구소, 기계 인식 연구소 공동 연구팀은 언어란 단순히 의사소통을 위한 도구가 아니라, 감각적 경험을 뇌에 저장하는 방식에 영향을 미치는 수단이라고 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 생물학 분야 국제 학술지 ‘플로스 생물학’ 5월 21일자에 실렸다. 보통 ‘바나나’라는 단어를 들으면 반사적으로 노란색을 떠올린다. 물체의 인식과 시각 정보를 처리해 기억하는 데 관여하는 뇌 부위인 배측후두측두피질(VOTC)과 언어와 관련된 등측전방측두엽(ATL)이 자극되면서 나타나는 현상이다. 그런데 ATL에 손상이 있는 치매 환자는 시각 처리 영역이 정상이더라도 색상을 떠올리는 데 어려움을 겪는다. 이에 연구팀은 뇌의 언어 시스템과 감각 연합 시스템을 연결하는 신경 통로가 손상된 뇌졸중 환자 33명과 일반인 35명을 대상으로 여러 가지 색종이를 보여 주면서 색깔을 말하도록 했다. 연구팀은 실험 대상자들이 색을 보고 말로 표현하는 동안 기능성 자기공명영상(fMRI)으로 뇌 활동을 기록하고, 확산 영상(DI)으로 언어 영역과 VOTC 사이의 백질 연결 관계를 매핑했다. 그 결과 언어 처리 영역과 시각 처리 영역 사이의 연결이 강할수록 VOTC에서 물체의 색상 표현이 더 강하게 나타났으며, 물체의 색상 지식 과제에서 더 나은 수행 능력을 보였다. 뇌졸중이나 치매 환자에게 나타나는 문제는 병변의 차이, 관련 인지 과정, 초기 시각 처리 단계 문제 때문에 나타나는 것이 아니라, 뇌에서 시각과 언어 간 정교한 연결 관계에 영향을 받기 때문이라는 게 연구팀의 설명이다.