생각하는 대로 뇌가 바뀐다는 말이 있다. 그런데 행동에 따라 뇌가 바뀌고 다르게 받아들일 수 있다는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 카이스트 바이오및뇌공학과 연구팀은 무선 뇌영상 장비를 활용해 사람이 직접 몸을 움직이는 동안 뇌 활동을 측정하고 우울 증상 수준에 따른 반응 차이를 확인했다고 19일 밝혔다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뇌 연구 회보’(Brain Research Bulletin)’에 실렸다. 많은 사람은 몸짓을 통해 감정을 드러내곤 한다. 반대로 몸의 자세나 행동이 감정에 영향을 주기도 한다. 실제로 우울 증상이 있는 사람이 자세를 바로 했을 때 긍정적 감정이 늘고 피로가 줄어들 가능성이 있다는 연구도 있다. 이에 연구팀은 ‘같은 몸짓이라도 우울 증상 수준에 따라 뇌가 다르게 반응하는가’에 주목했다. 이를 확인하기 위해서는 몸을 움직이는 동안에도 뇌 활동을 측정할 수 있어야 한다. 그러나 뇌를 읽는 대표적 장비인 기능적 자기공명영상(fMRI)은 좁은 장비 안에 누워 움직임을 제한해야 하므로 웅크리거나 뛰는 동작 중 뇌 반응을 살피기 어렵다. 연구팀은 20~35세 성인 남녀 52명을 대상으로 이마에 착용하는 무선 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)이라는 장치를 착용하게 한 뒤 움직이는 중에 뇌 반응을 측정했다. fNIRS는 빛을 이용해 뇌 혈액의 산소 상태 변화를 측정하는 장치로 뇌가 활성화되면 혈류와 산소 상태도 달라지기 때문에 이를 통해 뇌 활동을 간접적으로 살펴보는 방식이다. 연구팀은 실험에 앞서 우울 증상 설문과 정신건강 선별 면담으로 실험 참가자를 우울 증상이 거의 없는 27명과 우울 증상이 높은 집단 25명으로 나눴다. 연구팀은 이들에게 부정적 감정 동작, 긍정적 감정 동작 중 하나를 취하도록 무작위로 배정했다. 부정적 감정 동작은 무릎 끌어안기, 크게 한숨 쉬기, 어깨 늘어뜨리기였고 긍정적 감정 동작은 깡충 뛰기, 박수치며 웃기로 구성됐다. 실험 참가자들은 각 동작을 30초 동안 하고 60초를 쉬는 과정을 네 번 반복했다. 그 결과, 똑같이 부정적 감정 동작을 취하더라도 두 집단의 뇌 반응은 다르게 나타났다. 차이가 드러난 뇌 부위는 이마 바로 뒤에 있는 뇌 영역인 전전두엽 왼쪽 앞부분이었다. 우울 증상이 거의 없는 집단에서는 이 부위의 활동이 증가했지만 우울 증상이 높은 집단에서는 줄었다. 특히 부정적 감정 동작을 구성하는 서로 다른 세 가지 동작에서 같은 부위의 반응 차이가 반복됐다. 반면 긍정적 감정 동작에서는 세 동작에 공통으로 나타나는 뇌 활성 패턴이 관찰되지 않았다. 연구팀에 따르면 같은 몸짓이라도 우울 증상 수준에 따라 뇌가 다르게 처리할 수 있다는 의미다. 연구를 이끈 박영균 교수는 “이번 연구는 앞으로 동작이나 운동을 활용한 정신건강 관리 방법을 연구할 때 개인의 상태를 고려할 필요성을 의미한다”며 “같은 동작을 했을 때 나타나는 뇌 반응과 실제 기분 변화를 함께 살펴보면 우울 증상 수준에 따라 어떤 동작이 도움이 되는지 검증하는 연구로 이어질 수 있다”고 말했다. 박 교수는 “휴대형 뇌영상 장비로 특정 동작에 대한 반응을 반복해서 측정하는 연구에도 활용할 수 있을 뿐만 아니라 자기 뇌 반응을 화면으로 확인하면서 동작을 연습하는 ‘뉴로피드백’ 연구로 확장할 가능성도 있다”고 덧붙였다.

처음 만났는데도 대화가 잘 통하고 마음이 맞는 사람이 있습니다. 그런 만남을 흔히 운명적이라고 표현하지만, 좀더 과학적인 무언가 있지 않을까요. 과학자들도 궁금했던 모양입니다. 미국 텍사스대 사우스웨스턴 메디컬센터 연구팀은 수컷 금화조가 제 짝을 만나기 위해서는 암컷이 원하는 노래를 파악해 부르는 것이 중요하다는 연구 결과를 과학 저널 ‘네이처’ 3월 21일자에 발표했습니다. 명금(songbird)은 수컷이 암컷에게 노래로 구애하는 것으로 알려져 있습니다. 수컷은 모두 같은 노래를 부르는데 암컷이 어떤 기준으로 수컷을 선택하는지는 수수께끼로 남아 있었습니다. 연구팀은 명금 중 하나인 금화조 수컷의 노래를 수천 개 녹음했습니다. 그다음 인공지능으로 이들 소리를 분류해 약 50만개의 노래 음절을 구분해 냈습니다. 연구팀이 이 음절을 분석한 결과 암컷은 똑같은 노래라도 음절 사이 간격과 한 음절의 길이를 구분해 짝을 찾는다는 것을 밝혀냈습니다. 암컷들은 음절 사이의 길이가 긴 노래를 선호하는 것으로 나타났습니다. 음절 사이가 긴 다시 말해 호흡이 긴 음절의 노래를 수컷의 자질을 보여 주는 지표로 인식한다는 것입니다. 연구에 따르면 금화조가 구사하는 노래에는 다양한 음절이 있지만 짝이 되기 위해서는 수컷이 구사하는 음절과 암컷이 선호하는 음절이 일치해야 한다고 합니다. ‘짚신도 짝이 있다’는 속담을 동물 행동학적으로 규명한 것이라고 해야 할까요. ‘합이 잘 맞는다’거나 ‘단짝’이라는 말이 있는 것을 보면, 사람에게도 비슷한 원리가 작동할 것 같습니다. 아니나 다를까 이런 궁금증을 해결하기 위한 연구도 수행됐습니다. 중국 베이징사범대 인지 신경과학 연구실, 뇌 영상·커넥톰 연구실, 국립 뇌 연구소 공동 연구팀은 유대감이 형성된 사람들 사이에서는 신경 활동이 일치해 더 빠르고 빈번한 의사소통이 이뤄진다고 밝혔습니다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 3월 20일자에 실렸습니다. 연구팀은 이전에 한 번도 만난 적이 없는 176명의 성인 남녀를 3인 1조로 구성해 서로 대화하도록 했습니다. 연구팀은 의사소통 과정 중 뇌 활동을 측정하기 위해 기능성 근적외선 분광법(fNIRS) 전극이 부착된 모자를 착용하도록 했습니다. 일부 실험 조에는 같은 색상의 유니폼을 지급해 입도록 한 다음 대화를 하도록 했습니다. 그 결과 같은 유니폼을 입고 유대감이 형성된 집단은 그렇지 않은 집단에 비해 더 자유롭게 대화하고 친근감을 느끼는 것으로 나타났습니다. 이들에게는 우측 배외측 전전두엽(rDLPFC)과 우측 측두두정 접합부(rTPj)의 활동이 활발하고 뇌파가 거의 일치하는 것으로 확인됐습니다. 이런 신경 동기화가 의사소통 과정을 원활하게 해 준다는 설명입니다. 학기 초 자녀가 아직 단짝 친구를 만들지 못했다고 걱정하는 부모들이 많습니다. 아이들도 아직 뇌파가 일치하는 친구를 만나지 못했을 뿐입니다. 부모가 억지로 친구를 만들어 주기보다는 아이들이 맘에 맞는 친구를 만날 수 있도록 기다려 주는 게 좋지 않을까요.

지난 8일 자신의 유럽무대 한 시즌 최다 골(22골) 기록을 갈아치운 손흥민(29)에게도 꺼림칙한 뒷면이 있다. 바로 페널티킥이다. 페널티킥은 축구장 ‘페널티 에어리어’(벌칙지역) 안에서 수비수가 상대를 잡거나 넘어뜨리는 등 반칙에 해당하는 행위를 했을 때 공격 측에 반대급부로 주어지는 직접 프리킥이다. 벌칙지역은 골문 안쪽 가로 40.32m, 세로 16.5m의 직사각형 구역이다. ‘녹아웃 토너먼트’ 방식의 단판 승부에서 전·후반 90분과 연장전을 치르고도 승패가 가려지지 않으면 이 페널티킥이 최후의 수단으로 쓰이기도 한다. 이른바 ‘11m의 러시안룰렛’으로 불리는 승부차기다. 골대에서 불과 11m 떨어진 지점에서 상대의 아무런 방해도 받지 않고 일대일로 마주 보는 골키퍼를 상대로 슈팅을 날리는 페널티킥은 호흡조차 힘들 정도의 엄청난 정신적 압박감이 따른다. 언뜻 키커에게 절대 유리할 것 같지만 6개 약실 중 한 곳에 장전된 총알이 발사되는 러시안룰렛처럼 돌이킬 수 없는 악몽으로 바뀔 수도 있기 때문이다. 2002년 한일월드컵 8강전 승부차기 실축으로 한국의 ‘4강 신화’에 결정적 역할을 했던 스페인의 호아킨 산체스 로드리게스의 표정은 아직도 우리 기억에 생생하다. “나는 골을 막지 않는다. 팀의 패배를 막을 뿐이다”라는 명언을 남기고 지난해 서른아홉의 나이로 은퇴한 당시 동료 골키퍼 이케르 카시야스와 동갑이었던 그의 표정과 몸짓에서 자신감이라곤 전혀 찾아볼 수 없었다. 월드컵이 끝난 그해 말 호아킨은 “대회가 끝난 뒤 3개월 동안 3만 번이나 실축 상황을 곱씹은 뒤에야 악몽에서 완전히 벗어날 수 있었다”고 고백했다. 그는 현재 스페인 프리메라리가 최고령 선수로 레알 베티스에서 선수 생활을 이어 가고 있다. 2010년 독일 분데스리가 함부르크SV에서 프로 생활을 시작, 지난 8일 리즈 유나이티드전에서 1골을 보태 지금까지 157골이나 작성한 손흥민은 호아킨의 경우와는 확연히 다르지만 언제부턴가 페널티킥의 압박에 시달려 온 게 사실이다. 독일의 축구통계사이트 ‘트랜스퍼마르크트’에 따르면 손흥민은 지금까지 모두 9차례의 페널티킥 중 5번밖에 성공하지 못했다. 올림픽 대표팀을 제외하면 성인 무대에선 딱 절반이다. 최근 두 시즌 연속 잉글랜드 프리미어리그에서 사우샘프턴을 상대로 페널티킥을 성공했지만 그전까지 5차례 기회를 얻은 A매치에서는 세 번이나 득점 기회를 날릴 만큼 ‘징크스’에 시달렸다. 특히 2018년 코스타리카와 우루과이로 이어진 두 차례의 A매치에서 내리 페널티킥 득점에 실패한 뒤에는 “다음부터는 PK를 차고 싶지 않다. 다른 선수가 찼으면 좋겠다”며 스스로 대표팀 키커 자리를 내려놓았다. 손흥민이 새 기록을 작성한 8일 스위스의 과학저널 ‘프런티어스 인 컴퓨터 사이언스’에 실린 흥미로운 연구 결과가 눈길을 끈다. 네덜란드 트벤테대학 연구팀은 자신들의 논문에서 “실험 자원자 22명의 페널티킥 직전 뇌 활동을 ‘기능 근적외선 분광 측정’(fNIRS)이란 기술로 살펴봤더니 심리적 압박 정도에 따라 뇌의 관련 영역이 순차적으로 활성화됐다”고 밝혔다. 연구진은 “특히 극심한 불안감 때문에 페널티킥을 실축한 사람은 ‘장기적 사고’(long-term thinking)에 관여하는 뇌의 특정 부분, 즉 전두엽 피질의 활성 정도가 더 컸다”고 덧붙였다. 손흥민은 리그 17호 골로 차범근의 유럽 단일리그 한 시즌 최다 골(17골)과 어깨를 나란히 했다. 토트넘 구단 역대 다섯 번째 통산 70골을 터뜨린 선수로도 이름을 올렸다. 자신의 빅리그 13번째 시즌을 최고의 시즌으로 만든 손흥민에게 이제 남은 건 그동안 부족했던 2％를 채우는 일이다. 그동안 쌓아 올린 화려한 기록이 ‘꺼림칙한’ 페널티킥 때문에 빛이 바랠 수는 없기 때문이다. cbk91065@seoul.co.kr

절기로 따지면 11월은 늦가을입니다. 눈만 내리지 않았을 뿐 올 11월도 추운 날이 더 많았습니다. 겨울에 접어들었다고 해야겠지요. 더운 여름에 생각나는 먹을거리라고는 아이스크림, 수박 정도이지만 날씨가 추워지면 호빵, 붕어빵, 호떡, 군고구마, 군밤 등 떠오르는 간식거리가 많습니다. 이런 먹을거리들과 함께 생각나는 것은 따끈한 음료입니다. 그중 겨울철 하면 떠오르는 것은 ‘핫초코’라고 하는 코코아 음료입니다. 어른, 아이 모두 좋아하는 대표적 겨울 음료인 코코아가 인지능력을 강화시키는 등 뇌 건강에 도움을 준다는 재미있는 연구 결과가 나왔습니다. 미국 일리노이 어배나섐페인대 고등과학기술연구소, 심리학과, 스포츠·재활과학부, 영국 버밍엄대 인간뇌과학연구센터 공동 연구팀은 플라보놀이 많이 함유된 코코아 음료가 뇌혈관 건강은 물론 정신적 민첩성을 향상시키는 데 도움을 준다고 25일 밝혔습니다. 이 같은 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 24일자에 실렸습니다. 플라보노이드는 과일이나 채소의 색소에서 발견되는 물질로, 항산화 작용을 한다고 알려졌습니다. 플라보노이드는 화학구조에 따라 다시 분류할 수 있습니다. 플라보노이드 계열 화합물 중 하나인 플라보놀은 포도, 사과, 차, 각종 베리류 그리고 코코아에 풍부한데 염증을 억제하는 기능을 갖고 있어 심혈관 질환이나 치매 예방에도 도움이 되는 것으로 알려졌습니다. 이번 연구팀은 플라보놀이 뇌 인지기능과 뇌로 전달되는 혈액 속 산소 농도에 어떤 영향을 미치는지 주목했습니다. 이를 위해 연구팀은 18~40세의 건강한 남성 18명을 두 그룹으로 나눠 한쪽은 고농도 플라보놀 코코아 음료, 다른 한쪽은 일반 음료를 마시도록 했습니다. 그다음 공기 속 이산화탄소 농도의 100배가 훌쩍 넘는 5% 이산화탄소가 포함된 공기를 흡입하도록 한 뒤 기능성 근적외선 분광기(fNIRS)를 이용해 행동 조절, 계획, 의사결정에 관여하는 뇌 전두엽 피질로 가는 혈액의 산소 수치를 측정했습니다. 신선한 공기 속 이산화탄소 농도는 0.04% 정도입니다. 공기 중 이산화탄소가 3%를 넘으면 숨이 가빠지고 10% 이상 고농도에 노출되면 의식을 잃게 됩니다. 5%가 되면 두통, 혈압 상승, 안면 홍조 증상과 인지기능 저하가 나타납니다. 동시에 인지기능을 측정하는 시험도 실시했습니다. 연구 결과 고농도 플라보놀 코코아 음료를 마신 사람은 일반 음료를 마신 사람보다 인지능력 측정 속도는 물론 정답의 정확도가 11%나 높은 것으로 나타났습니다. 이산화탄소 흡입 이후 뇌로 이동하는 혈액 속 산소포화도 역시 훨씬 높은 것으로 조사됐습니다. 뇌 기능을 빠르게 복구시킨다는 말입니다. 이를 근거로 연구팀은 고농도 플라보놀 성분이 인지기능을 필요로 하는 업무나 공부를 할 때 도움을 줄 수 있다고 조언했습니다. 연말연시가 가까워지는 요즘 예년 같으면 이런저런 약속이 많아질 시기입니다. 그렇지만 3차 대유행이라고 할 정도로 코로나19 확진자 수가 폭증하고 있습니다. 빠른 일상 회복을 위해 자제력이 필요한 시기입니다. 이럴 때 뇌 기능과 건강에 도움을 준다는 따끈한 코코아 한잔과 함께 읽고 싶은 책이나 음악을 가까이하는 것도 좋을 것 같습니다. edmondy@seoul.co.kr

호주 바이오닉스 연구소, 멜버른대 의공학과, 멜버른의대 이비인후과, 디킨대 지능형시스템혁신연구소 공동연구팀이 ‘기능성 근적외선 분광기’(fNIRS)라는 장치를 이용해 이명을 정량화해 진단할 수 있다는 연구 결과를 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제학술지 ‘플로스원’ 11월 19일자에 발표했다. 이명은 외부에서 청각적 자극이 없는데도 귀에서 계속 소리가 들리는 증상으로, 호주를 비롯한 서양에서는 전체 성인의 20~30%가 이명 증상을 호소할 정도로 흔한 귀 관련 질환이다. 다양한 원인으로 생기기 때문에 객관적으로 정량화하기가 쉽지 않다. 이에 연구팀은 인공지능과 fNIRS 기술을 이용해 경미, 경도, 중등, 중증 이명환자를 87.32%의 정확도로 구별할 수 있게 됐다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

최근 인공지능(AI) 기술이 빠르게 발전하면서 과연 AI가 흉내낼 수 없는 인간만이 갖고 있는 독특한 능력은 무엇일까. 더군다나 인공지능이 많은 직업을 대체할 것이라는 예측이 나오면서 이같은 논의는 더욱 활발해지고 있다. 많은 학자들은 타인의 감정을 이해하고 적절한 반응을 할 수 있는 ‘공감능력’이 인공지능 시대에 무엇보다 필요하다고 입을 모으고 있다. 그렇다면 이런 공감능력은 언제부터 발달하게 되는 것일까. 미국 뇌과학자와 심리학자들은 공감능력은 태어난 직후부터 부모와의 놀이를 통한 교감에서 시작된다는 흥미로운 연구결과를 내놨다. 미국 프린스턴대 신경과학연구소, 실험심리학과 공동연구팀은 말문이 트이지 않은 영유아들은 부모가 함께 놀이를 해주거나 책을 읽어줄 때 뇌파가 동기화되면서 뇌신경 네트워크를 발달시킨다고 20일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 실험심리학 분야 국제학술지 ‘심리과학’에 실렸다. 기존의 많은 연구들에서 공감능력은 다른 사람과 대화를 할 때나 영화나 음악을 들을 때 뇌파가 동기화되는 상태라고 이야기하고 있다. 연구팀은 그같은 뇌신경 동기화 현상이 언제 어떻게 발달하는지를 알기 위해 실험을 했다. 연구팀은 생후 9~15개월된 영유아 18명과 부모들을 아이와 장난감을 가지고 놀고, 노래를 부르고, 책을 읽어주도록 하면서 실시간으로 뇌활동을 측정했다. 연구에는 기능성 근적외선분광기법(fNIRS)라는 기술을 활용해 예측, 언어사용, 공감능력과 관여되는 것으로 알려진 뇌부위 57곳을 측정했다. fNIRS는 무선으로 연결된 모자나 머리띠 형태의 기기를 착용하면 특정 파장의 빛을 이용해 뇌 속 혈중산소 변화를 측정함으로써 뇌의 움직임을 파악할 수 있게 해주는 기술이다. 이 기술은 기존에 뇌파측정기나 기능성 자기공명영상(fMRI)과 달리 어린아이들도 비교적 불편함을 느끼지 않고 실험에 참가할 수 있게 해준다.연구팀은 아이들과 부모를 두 그룹으로 나눠 한 그룹은 부모들이 아이들과 장난감을 갖고 놀거나 동요를 부르거나 책을 읽어주는 등 직접 소통을 하도록 하고 다른 그룹의 부모들은 아이들 혼자 장난감을 갖고 놀거나 책을 뒤적이게 하고 다른 사람들과 대화를 하도록 했다. 그 결과 놀이와 책읽기 등을 함께 한 부모와 아이들은 뇌파가 동기화되면서 언어와 공감능력, 예측 관련된 뇌 부위 대부분이 활성화되는 것으로 확인됐다. 반면 아이와 부모가 따로 노는 그룹의 경우는 뇌파가 동기화되지 않는 것은 물론 57곳 뇌부위 중 활성화되는 곳이 거의 없는 것으로 나타났다. 특히 공감능력과 관련된 뇌 부위에서는 활성화가 전혀 관찰되지 않았다. 연구팀은 또 하나 재미있는 사실을 발견했다. 아이들과 함께 놀고 책 읽기를 하는 부모들의 뇌에서 특히 예측과 공감 관련 뇌부위가 활성화된다는 것이 관찰됐다. 즉 아이들과 함께 놀면서 부모들은 언제 웃을지 어떤 반응을 보일지, 어떤 것을 더 좋아하는지 등을 미리 예측하기 위해 해당 부위가 활성화된다는 것이다. 연구팀은 이같은 결과에 대해 아이와의 놀이는 부모와 아이 모두에게 영향을 미치며 이를 통한 뇌신경 동기화는 아이들의 사회성과 언어학습 발달은 물론 어른들의 뇌 발달에도 상당한 도움을 준다고 설명했다. 엘리스 피아자 신경과학연구소 박사는 “이번 연구는 부모와의 상호작용이 활발한 아이들이 공감능력이나 언어능력이 높다는 사실을 뇌과학적으로 보여주고 있다”라며 “이번 연구를 바탕으로 자폐증이나 공감능력이 저하된 사람들을 치료할 수 있는 새로운 방법을 찾아낼 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr