눈을 뗄 수 없는 스릴과 숨 막히는 반전, 촘촘한 플롯, 책을 덮는 순간까지 계속되는 작가와 두뇌싸움. 추리소설은 이런 매력으로 오랫동안 독자들의 사랑을 받아왔습니다. 추리소설을 읽는 또 다른 이유는 복잡하게 얽힌 사건을 막힘없이 풀어내는 탐정 때문이기도 합니다.1841년 에드거 앨런 포가 만들어 낸 최초의 사설탐정 오귀스트 뒤팽을 시작으로 175년 동안 수많은 탐정들이 등장했습니다. 그 중 가장 유명한 탐정은 코넌 도일의 셜록 홈스가 아닐까 싶습니다. 셜록 홈스는 영국 BBC 드라마, 로버트 다우니 주니어가 주연한 영화 등 최근까지도 수많은 영화와 드라마 속에서 재탄생하고 있으니까요. 이 셜록 홈스는 추리소설 마니아들뿐만 아니라 과학자들에게도 영감을 주고 있습니다. BBC 드라마 ‘셜록’에 등장한 ‘기억의 궁전’(mind palace) 기법을 사람들이 무의식적으로 사용하고 있다는 연구가 신경과학 분야 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’ 5일자에 실렸습니다. 이 연구에는 미국 프린스턴대와 존스홉킨스대, 스탠퍼드대, 캐나다 토론토대의 뇌신경과학자들이 참여했습니다. 기억의 궁전은 머릿속에 궁전이나 집 같은 가상의 공간을 만들고 여러 개의 방으로 나눈 다음 외부에서 들어오는 정보를 시각적 이미지로 바꿔 카테고리별로 각 방에 저장하는 기억법입니다. 홈스뿐만 아니라 역사 속의 여러 인물들도 사용했던 기억법으로 훈련을 통해 익힐 수 있는 것으로 알려져 있기도 합니다. 연구팀은 ‘셜록’ 시리즈를 한번도 보지 않은 18~26세의 남녀 참가자 22명에게 드라마 ‘셜록’ 시즌 1의 첫 번째 에피소드 ‘분홍색 연구’를 시청하도록 했습니다. 과학자들은 실험대상자들이 드라마를 보는 동안 뇌혈류를 측정하고, 기능성 자기공명영상(fMRI)을 촬영했습니다. 시청이 끝낸 뒤 실험참가자들이 내용을 설명하며 기억을 회상할 때 다시 한번 뇌혈류와 fMRI를 측정했습니다. 줄거리를 설명하는 시간은 사람마다 차이가 있었지만 등장인물들의 의상이나 대사, 배경의 색깔 등을 설명할 때 활성화하는 뇌 부위가 대부분 일치했다고 합니다. 전체적인 줄거리 같은 낮은 수준의 기억을 꺼낼 때는 해마, 소뇌, 편도체 등이 활동했고, 복잡하고 세부적인 사항을 기억할 때는 후방내측 전두엽피질과 전(前)전두엽피질이 활성화했다는 것입니다. 이번 연구결과는 사람들이 기억을 할 때는 정도의 차이가 있을 뿐 기억의 궁전을 만들어 활용하며 그 궁전의 위치는 비슷하다는 것을 보여주는 것입니다. 과학자들은 알츠하이머 같이 기억과 관련한 퇴행성 뇌질환이 시작되면 정보의 입출력이 기억의 궁전에서 체계적으로 이뤄지지 못하기 때문에 이번 연구결과를 알츠하이머 예측에도 활용할 수 있을 것으로 보고 있습니다. 자동차 키를 어디에 놨는지 몰라 주머니와 가방을 뒤적거리고 외출 후 도시가스 밸브를 제대로 잠궜는지 기억하지 못해 안절부절못하는 일반인들은 선명한 기억력을 갖고 싶어합니다. 그렇지만 자신이 보고 듣고 경험한 모든 것을 또렷하게 기억하는 것은 일종의 재앙입니다. 의지와 상관없이 자신의 경험을 세밀히 기억하는 과잉기억증후군은 과거를 잊지 못하고 계속 상기하는 외상후스트레스장애(PTSD)의 일종이랍니다. 모든 것을 기억하는 완벽한 사람보다는 가끔은 깜박깜박하는 기억력을 갖는 것이 더 인간적으로 느껴지기도 합니다. 물론 청문회장에서 ‘모른다’로 일관하는 기억상실증 환자들은 혐오감과 짜증만 유발시킬 뿐이지 말입니다. edmondy@seoul.co.kr

전 세계에서 일어나는 신기한 일들을 모아 방영하는 TV 프로그램이나 잡지를 보다 보면 간혹 천국을 경험했다거나 직접 신을 만났다는 얘기들이 나온다. ●뇌 보상중추 과잉 활성화로 나타나 이를 두고 뇌과학자들이 종교적 해석과 별개로 이런 체험들이 사실은 ‘뇌’에서 발생하는 전기자극으로 인해 만들어진 ‘가상현실 체험’이라는 연구 결과를 내놨다. 미국 유타대 생명공학과, 하버드대 뇌과학센터, 매사추세츠종합병원 신경과 공동연구진은 영적, 종교적 체험이 실제로는 뇌의 보상중추가 과잉 활성화되면서 나타나는 현상이라는 사실을 밝혀내고 신경과학 분야 국제학술지 ‘소셜 뉴로사이언스’ 30일자에 발표했다. 연구진은 특히 이 같은 종교적 체험은 뇌의 보상중추가 자극되면서 나타나는 사랑이나 도박, 음악, 약물에 중독되는 것과 비슷한 현상이라고 강조했다. 연구진은 유타주에서 활성화돼 있는 ‘예수그리스도 말일성도교회’ 일명 몰몬교를 믿는 19명의 독실한 남녀 신자를 대상으로 종교적 체험이 가능한 환경을 만든 뒤 종교적 체험과 관련한 설문조사와 뇌에서 어떤 반응이 일어나는지 알기 위한 기능성 자기공명영상(fMRI) 촬영을 실시했다. 연구진은 실험 대상자들이 영적 체험을 할 수 있도록 6분 동안 교회와 관련돼 있는 시청각 자료를 보도록 한 뒤 8분 동안 종교 지도자들의 강연을 듣게 했다. 그다음 8분 동안 경전을 소리 내어 읽도록 하고 12분 동안 종교적 체험을 한 사람들의 간증을 시청하게 한 뒤 8분 동안 경전의 다른 부분을 독송하도록 했다. 그 결과 실험 참가자 대부분이 영적 체험을 했다고 답변했고 종교적 행복감을 느끼는 순간 전전두엽 피질이 활성화되는 것이 관찰됐다. 전전두엽 피질은 감정 조절을 담당하는 뇌 부위로, 이상이 발생할 경우 우울감과 무기력감을 느끼게 된다. 전문가들은 동양권 종교들에서 명상을 강조하는 이유도 전전두엽 부위를 활성화시키기 위한 것이라고 지적했다. 특히 연구진은 영적 체험을 느끼는 1~3초간 뇌의 보상중추가 강하게 반응한다는 사실을 밝혀냈다. 쾌감중추라고도 불리는 보상중추가 자극되면 도파민 분비가 증가해 즐거움과 행복감을 느끼게 해 주는 것으로 알려져 있다. 또 영적 체험을 쉽게 느끼는 이들은 신이나 최후의 심판 같은 추상적인 개념에 쉽게 자극을 받는 성향을 갖고 있다는 사실도 밝혀졌다. ●“뇌, 정신적 부분까지 영향 끼쳐” 제프리 앤더슨 유타대 생명공학과 교수는 “기독교 같은 서구 종교에서 영적 체험에 대한 연구는 이번이 처음”이라며 “이번 연구는 뇌가 정서적, 인지적 영향력뿐만 아니라 영혼이라고 하는 정신적 부분에까지 영향을 미치고 있다는 사실을 보여 준다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

바늘도둑이 소도둑 된다는 속담처럼 작은 거짓말을 반복하다 보면 갈수록 더 큰 거짓말을 하게 되며 죄책감도 못 느끼게 된다는 사실이 뇌과학적으로 밝혀졌다. 막말과 거짓말을 일삼는 정치인이나 연구 결과를 조작하는 학자, 불륜을 저지르는 배우자들이 양심의 가책 없이 거짓말을 하는 이유가 실험적으로 밝혀졌다는 평가다. 영국 런던대(UCL)와 미국 듀크대 공동연구진은 거짓말을 반복하다 보면 부정직한 행동을 제어하는 뇌의 부위가 무감각해진다는 사실을 밝혀내고 연구 결과를 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’ 24일자에 발표했다. 이번 연구에는 ‘상식 밖의 경제학’ 저자로 유명한 행동경제학자인 듀크대 댄 애리얼리 교수도 참여했다. ●英·美 연구진, 58명 대상 뇌 기능 연구 연구진은 18~65세의 건강한 성인 남녀 58명을 대상으로 거짓말에 따라 자신이나 상대방의 이해득실을 계산하도록 한 ‘거짓말-보상’ 게임을 시키면서 이들의 뇌 움직임을 기능성자기공명영상(fMRI)으로 촬영했다. 그 결과 처음 거짓말을 할 때는 측두엽 해마 끝부분에 붙어 있는 편도체가 활발하게 움직이는 것이 관찰됐다. 편도체는 학습과 감정, 정서기억과 관련한 정보를 처리하는 뇌 부위로 흔히 ‘감정과 정서의 브레이크’라고 불린다. 양심, 공포, 분노 등은 모두 편도체에서 관여하는 것으로 알려져 있다. 연구진은 거짓말이 반복될수록 편도체의 활성화 정도가 눈에 띄게 약해지는 것을 확인했다. 작은 거짓말이 성공하면서 감정의 브레이크가 느슨해지기 시작해 결국은 완전히 고장나게 된다는 말이다. 특히 자신에게만 이득이 되고 상대방이 손해를 본다고 생각되는 거짓말보다는 두 사람 모두에게 이득이 된다고 판단되는 거짓말을 할 때 편도체는 거의 움직이지 않았다. 서로에게 이득이 되는 거짓말은 ‘나쁜 것이 아니다, 양심에 걸릴 것이 없다’고 생각하기 때문에 편도체가 반응하지 않게 되는 것이다. ●“바늘도둑, 소도둑 된다” 뇌과학 증명 테리 샬럿 UCL 실험심리학과 교수는 “이번 연구는 부정직한 행위를 반복적으로 행할 경우 편도체의 반응과 활동량을 변화시켜 결국 감정에까지 영향을 미친다는 것을 보여 주는 첫 번째 실험 결과”라며 “사람들이 위험을 감수하고 무리하게 투자하는 행위나 반복적으로 폭력을 일삼는 행위 등 다양한 인간 행동의 이면을 읽을 수 있도록 도와준 연구”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

세금 사기를 치든, 애인을 배신하든, 국민을 속이든 그 어떤 것이라도 한 번 거짓말을 시작하면 점점 심해져 걷잡을 수 없게 된다는 연구결과가 나왔다. 또한 그에 반비례해 거짓말에 대한 죄의식은 점점 줄어드는 것으로 나타났다. 세계적 학술지 네이처 자매지인 ‘네이처 뉴로사이언스’(Nature Neuroscience) 최신호에 실린 이 연구논문에 따르면, 또한 거짓말을 거듭할 경우 뇌에 나타나는 정서적 반응이 점차 약해질 수 있다. 특히, 이 같은 생화학적 관계는 매우 강해서 과학자들은 실험 참가자들을 대상으로 거짓말을 거듭하게 하는 실험에서 마지막에 거짓말을 한 사람의 뇌 스캔 자료를 검사하는 것만으로, 그다음에 얼마나 큰 거짓말을 하려는지를 정확하게 예측할 수 있었다. 연구를 이끈 영국 유니버시티칼리지런던(UCL) 실험심리학과의 닐 개릿 박사과정 연구원은 “이번 연구는 정직하지 못한 행동이 반복되면 그 정도가 증가한다는 것을 보여주는 최초의 실증적 증거다”고 말했다. 연구팀은 거짓된 행동을 막기 위해 사회적 규범이나 도덕이 존재하지만, 사람들의 악의 없는 거짓말이 엄청나게 부풀려지게 될 때까지의 구조를 이해하는 것은 학술적인 관심에 그치지 말아야 한다고 말했다. 연구에 참여한 같은 대학의 탈리 샤롯 연구원은 “불륜, 스포츠 도핑, 연구 자료 날조, 금융 사기 등 그것이 무엇이든지 간에 다른 사람을 속인 사람은 그 정직하지 못한 행위가 눈덩이처럼 불어나게 된다는 것을 종종 알게 된다”면서 “이들은 어느 순간 갑자기 자신이 꽤 큰 죄를 짓고 있다는 것을 발견한다”고 말했다. 연구팀은 이번 실험에서 참여자 80명에게 각기 다른 양의 동전이 들어있는 유리병이 보이게 촬영한 고해상도 사진을 개별적으로 보여주고 병 속에 어느 정도의 돈이 들어있는지 질문했다. 그다음으로는 이들에게 같은 유리병이 보이는 저해상도 사진을 보여주고 다른 장소에 있는 파트너에게 병 속에 돈이 얼마가 들어있는지를 컴퓨터를 통해 알려주게 했다. 사실, 이들 파트너는 연구팀에게 협력한 배우들로, 실험 참가자들에게는 그 사실을 알려주지 않았다. 처음 실험에서는 거짓말을 하지 않도록 하기 위한 장려금을 참가자들에게 줬다. 개럿 연구원은 “파트너가 추정한 금액이 더 정확할수록 두 사람이 받게 될 장려금이 많아진다는 것을 참가자들에게 통보했다”고 설명했다. 이는 거짓말로 장려금을 참가자들에게 통보하는 또다른 실험 시나리오에 관한 기준이 됐다. 한 실험에서는 고의적인 거짓말이 결과적으로 정보를 전달하는 참가자들과 이를 전해 들은 파트너들 모두에게 이익을 가져다줬다. 또 다른 실험에서는 이기적인 거짓말이 파트너의 희생이라는 결과를 만들었다. 이에 대해 샤롯 연구원은 “사람들이 거짓말을 가장 많이 할 때는 자신과 상대 모두에게 유리할 경우”라면서 “거짓말이 줄어들 때는 자신에게만 유리하고 상대방에게 손해를 끼칠 경우”라고 지적했다. 사실에서 어느 정도 벗어날지, 혹은 부정직함이 심해지는 정도에 대해서는 참가자의 성향에 따라 크게 달랐다. 또한 사전 질문에서 솔직한 정도가 낮은 것으로 파악된 참가자들은 실험 중 거짓말을 할 가능성도 컸다. 하지만 대부분 참가자는 속임수 패턴에 쉽게 빠질 뿐만 아니라 시간이 흐르면서 점점 대담한 거짓말을 하게 됐다. 연구는 참가자 25명에 대해서는 실험 중에 기능적 자기공명영상장치(fMRI)로 뇌 스캔을 시행했다. 그 결과, 감정을 처리하는 뇌 부위인 ‘편도체’(amygdala) 거짓된 행동이 발생할 때 강한 반응을 보였다. 적어도 처음에는 그랬다. 하지만 거짓말이 대담해질수록 편도체의 반응은 서서히 떨어졌다. 연구팀은 이 과정을 ‘정서적 적응’(emotional adaptation)이라고 불렀다. 샤롯 연구원은 “예를 들어, 처음으로 탈세할 때는 꽤 기분이 좋지 않을지도 모른다”면서 “이 불쾌한 감정은 부정직한 행동에 제동을 거는 것”이라고 설명했다. 이어 “하지만 다음에 속임수를 쓸 때는 이미 적응하고 있어 그 행동을 말리기 위한 부정적인 반응은 약해진다”고 덧붙였다. 뇌의 감정을 관장하는 부위의 활동 저하가 부정직하게 되는 경향을 조장하는 한 요인인지, 아니면 단지 그 추세를 반영하고 있는 것에 지나지 않는지에 대해서는 아직 알 수 없는 상태다. 하지만 이번 연구에서는 피할 수 없는 결론이 하나 도출됐다. 이는 거짓말을 많이 할수록 거짓말이 능숙해진다는 것이다. 샤롯 연구원은 “만일 당신이 감정적인 흥분을 억제하면 다른 사람들이 그 거짓말을 간파할 가능성은 떨어질 수 있다”고 지적했다. 사진=ⓒ 포토리아(위), 네이처 뉴로사이언스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

여성은 자신이 뚱뚱해 보이는 것을 남성보다 더 걱정한다는 것이 뇌 스캔을 활용한 연구로 확인됐다고 영국 요크대가 11일(현지시간) 밝혔다. 영국 일간지 데일리메일 보도에 따르면, 요크대는 스웨덴 카롤린스카 연구소와 함께 진행한 공동 연구로 위와 같은 사실을 확인했다. 연구진은 절반이 여성인 건강한 참가자 32명을 대상으로, 가상현실(VR) 헤드셋을 착용한 상태에서 실제 몸보다 뚱뚱하게 보이게 했을 때 기능적 자기공명영상 장치(fMRI)로 뇌의 어느 영역이 활성화하는지를 분석했다. 그 결과, 남녀 모두 고통과 분노, 배고픔을 관장하는 뇌 영역인 전두엽(이마엽)의 특정 부분이 활성화됐으며 특히 여성의 경우 그 정도가 강한 것으로 나타났다. 반면 남성의 경우 그 영향이 훨씬 더 적었다. 이는 여성이 자기 자신이 뚱뚱하다고 느꼈을 때 남성보다 더 큰 감정적 반응을 보인다는 것을 보여준다. 이번 연구는 건강한 참가자들이 가상이지만 실제처럼 자신의 체형에 불만을 느꼈을 때 뇌의 어느 부분이 활성화하는지를 처음으로 보여준 것으로, 앞으로 거식증과 같은 식이장애를 설명하는 데 유용하게 쓰일 수 있다. 왜냐하면 지금까지 거식증 연구는 환자들이 저체중인 데다가 탈수 증상이 있어 이 같은 요인이 뇌에 물리적으로 영향을 줘 결과에도 영향을 줄 수 있기 때문이다. 이번 연구를 이끈 캐서린 프레스턴 박사(요크대 심리학 강사)는 “오늘날 서양 사회에서 신체 크기에 관한 걱정과 부정적인 감정은 흔하게 있다”면서 “하지만 이런 부정적인 감정의 기초가 되는 신경 메커니즘과 신체 인식이 어떻게 식이장애의 병적 측면에 관여하는지에 대해서는 거의 알려지지 않았다”고 말했다. 또 “이 연구는 우리의 신체 인식과 신체 만족도에 관한 감정적인 반응 사이의 연관성을 드러내 중요하며, 여성의 경우 식이장애의 취약점에 관한 신경 생물학적인 기초를 설명하는데 도움이 될 수 있다”고 말했다. 사진=ⓒ JenkoAtaman / Fotolia 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

반려견 대부분이 먹이보다 주인의 칭찬을 더 좋아한다는 연구결과가 나왔다. 이 연구는 개가 원하는 보상이 무엇인지를 탐구하는 행동적 실험과 이때 뇌의 반응을 스캔한 자료를 최초로 결합한 것이라고 미국 과학매체 사이언스데일리가 지난 16일(현지시간) 보도했다. 연구를 이끈 미국의 신경과학자 그레고리 번스 에모리대 교수는 “우리는 개와 인간 사이의 유대감에 관한 근거와 그 원인이 주로 음식 때문인지 아니면 유대 관계 자체 때문인지를 이해하려고 노력했다”고 말했다. 번스 교수에 따르면, 이 연구에 참여한 개 13마리 중 대부분은 음식보다 주인의 칭찬을 좋아하거나 양쪽 보상을 똑같이 좋아하는 것으로 확인됐다. 반면, 오직 2마리의 개만이 음식에 강한 집착을 보이는 것으로 나타났다. 개는 지난 1902년 러시아의 생리학자 이반 파블로프가 시행한 이른바 ‘조건 반사’로 불리는 가장 유명한 ‘고전적 조건화’(classical conditioning) 실험의 대상이었다. 당시 파블로프는 개가 음식과 특정 자극을 연결하는 훈련을 받으면 음식에 관한 기대로 단순히 그 자극만 있어도 침을 흘린다는 것을 실험을 통해 보여줬다. 이에 대해 번스 교수는 “개에 관한 한 가지 이론은 대상이 된 개들이 주로 파블로프의 기계적인 실험 대상으로 단지 음식을 원했고, 주인을 단순히 음식을 얻기 위한 수단으로 여겼다는 것”이라고 말했다. 또 그는 “그보다 현대적인 또 다른 이론은 개들이 보인 행동이 인간과의 접촉과 그 자체에 가치를 두는 것”이라고 말했다. ‘도그 프로젝트’라는 이름의 이 연구를 이끄는 번스 교수는 인간에게 가장 친하고 오래된 친구 개들에 관한 진화적인 질문들을 탐구하고 있다. 이 프로젝트는 훈련된 개들이 기능적 자기공명영상(fMRI) 스캐너에 자발적으로 들어가서 연구진의 통제나 진정제 투여 없이 가만히 뇌 스캔을 받은 최초의 연구다. 연구진은 이 프로젝트의 이전 연구에서 개 뇌의 보상 중추로 알려진 특정 영역(ventral caudate region)을 식별해냈다. 또한 그 특정 영역이 친근한 사람들의 체취에 낯선 사람이나 심지어 자신과 비슷한 개들의 것보다 강한 반응을 보인다는 것도 알아냈다. 이번 연구를 위해 연구진은 서로 다른 세 물건을 다른 결과와 연결하기 위해 해당 개들의 훈련을 시작했다. 우선 분홍색 장난감 트럭을 보여주고 나서 음식을, 파란색 장난감 기사를 보여줄 때는 주인이 말로 칭찬하는 보상을 줬다. 대조군으로는 헤어브러시를 보여주고 어떤 보상도 주지 않았다. 이 같은 훈련을 반복됐다. 이후 개들은 fMRI 기계에 있는 동안 앞서 설명한 세 가지 물건을 본 상태에서 검사를 받았다. 각 물건에 따라 수행된 32차례 검사에서 뇌의 신경 활동이 기록됐다. 그 결과, 모든 개는 보상과 관련한 자극이 주어질 때 보상이 없는 자극보다 더 강한 신경 활동을 나타냈다. 그런데 반응은 다양했다. 4마리의 개는 주인의 칭찬과 관련한 자극에 특히 강한 뇌 활동을 보였다. 9마리의 개는 칭찬과 음식 자극 모두에 비슷한 뇌 활동을 나타냈다. 그리고 2마리의 개는 음식 자극에 더 강한 뇌 활동을 지속해서 보였다. 이후 이들 개는 행동 실험에도 참여했다. 한 공간에 익숙해진 각 개는 단순한 와이(Y)형 미로를 통과하는 실험에 참여했는데 이때 한쪽 길은 먹이로 연결되며 나머지 길은 주인에게 연결됐다. 이때 주인들은 개들과 등지고 앉아 있었다. 이후 개들은 반복해서 방에서 나와 미로중 한쪽 길을 선택해야만 했다. 이때 개가 주인에게 가면 칭찬을 받았다. 이에 대해 번스 교수는 “우리는 첫 번째 실험에서 각 개의 뇌 반응이 두 번째 실험에서의 선택과 연관성이 있다는 것을 발견했다”면서 “개들은 저마다 개성이 있으며 뇌 스캔으로 나타난 프로필은 행동적 선택과 일치했다”고 말했다. 또한 “대부분 개는 음식과 주인을 번갈아 선택했으며 칭찬에 강한 신경 반응을 보였던 개들이 주인에게 갈 확률은 80~90%에 이르렀다”면서 “이는 개에게 사회적 보상과 칭찬이 중요하다는 것을 보여준다”고 설명했다. 이어 “이는 우리 인간이 누군가에게 칭찬받을 때 느끼는 것과 비슷할 수 있다”고 덧붙였다. 이번 연구는 전 세계 개에 관한 연구에 더 복잡한 질문을 하기 위한 기초를 마련한 것이다. 그리고 이제 연구진은 개가 인간의 언어를 이해하고 처리하는 능력을 연구하고 있다. 번스 교수는 “개들은 우리와 아주 친하다”면서 “이들은 이종 간의 사회적 유대를 연구하는 독특한 모델”이라고 말했다. 이 결과는 국제 학술지 ‘사회인지·정서 신경과학’(Social Cognitive and Affective Neuroscience) 최신호에 실렸다. 사진= 연구에 참여한 테리어 믹스 견종 ‘오지’. 선택 실험에서 유일하게 100% 음식만 선택했다. 번스 교수는 “오지는 약간 특이한 케이스이지만, 그의 주인은 그를 이해하며 여전히 그를 사랑한다”고 말했다.(ⓒ 그레고리 번스) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

밤새 술을 마신 다음날 오전 내내 속쓰림과 숙취로 괴로워하다가도 오후가 되면 다시 술 생각이 난다는 이들이 있다. 알코올 중독은 아닌 것 같은데 왜 자꾸 ‘한잔’ 생각이 나는 걸까. 미국 인디애나대 의대 신경과학과 데이비드 케러켄 교수팀은 술에 대한 갈망은 전두엽과 우뇌 뒤쪽 깊숙한 곳에 자리잡은 완두콩만 한 크기의 ‘복측선조체’가 지속적으로 자극되기 때문이라고 설명한다. 일반적으로 알코올 중독이 알코올 남용과 의존 증상에서 시작된다는 사실은 알려져 있지만 의존 증상의 발현 방식은 밝혀지지 않았다. 연구팀은 24~26세의 건강한 남성 28명을 대상으로 일주일에 15~16잔씩 스포츠음료와 물, 맥주를 마시도록 하면서 90일 동안 추적 관찰을 했다. 음료를 마신 직후부터 3시간마다 기능성자기공명영상(fMRI)과 양전자단층촬영(PET) 기법으로 뇌를 촬영했다. 그 결과 스포츠음료와 물을 마셨을 때는 시간이 지나도 뇌에 특별한 변화가 없었지만, 맥주를 마신 직후에는 전두엽과 복측선조체가 활성화됐다. 6시간이 지나자 복측선조체가 집중적으로 자극받았다. 아울러 맥주를 즐겨 마시는 사람은 계속 맥주를 찾게 된다는 것도 확인됐다. 기쁨과 만족감에 관여하는 복측선조체는 알코올로 과다하게 자극받고, 지속적으로 알코올을 받아들이도록 뇌 회로를 바꾸기 때문이라고 연구진은 설명했다. 케러켄 교수는 “이번 연구는 우뇌 복측선조체가 알코올 중독 현상에 중요한 역할을 한다는 것을 처음으로 알아냈다는 데 의미가 있다”고 말했다. 연구 결과는 정신과학 분야 국제학술지 ‘알코올 중독-임상 및 실험연구’ 8월 30일자에 담겼다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

최초의 경험임에도 불구하고 이미 본 적이 있거나 경험한 적이 있다고 느끼는 느낌을 일컫는 ‘데자뷔’는 학계에서도 정확한 원인 및 과정과 관련해 의견이 분분한 현상으로 꼽힌다. 최근 영국 세인트앤드루스대학교 연구진은 데자뷔 현상의 원인을 밝히기 위해 총 21명의 실험참가자를 대상으로 실험을 진행했다. 연구진은 실험참가자들에게 데자뷔 현상이 나타나도록 유도하는 환경을 만들고 이 과정에서 뇌의 특정 부위가 어떻게 변화하는지 관찰했다. 예컨대 실험참가자들은 침대(bed), 베개(pillow), 밤(night), 꿈(dream) 등의 단어 리스트를 들었지만, 이 단어리스트에는 공통적으로 연관된 개념인 ‘잠’(sleep)이라는 단어는 포함돼 있지 않았다. 이후 연구진은 실험참가자들에게 어떤 단어를 들었는지 퀴즈를 냈다. 우선 알파벳 ‘S’로 시작하는 단어를 들은 적이 있냐는 물음에 실험참가자들은 ‘아니요’라고 답했지만, ‘잠’(Sleep)이라는 단어를 들었는지를 물었을 때 공통적으로 ‘그렇다’라고 답했다. 일종의 데자뷔 현상이자 틀린 기억이 삽입된 것이다. 연구진은 이 과정에서 실험참가자들의 뇌 기능성자기공명영상(fMRI) 촬영을 실시한 결과, 기억과 관련한 뇌 부위인 대뇌 측두엽의 해마가 활성화 될 것으로 예상했지만 결과는 완전히 달랐다. 해마가 아닌 전두부 영역(frontal brain area)이 활성화 되는 것을 확인한 것이다. 전두부 영역은 의사결정에 영향을 미치는 뇌 부위로 알려져 있다. 연구진은 이번 실험을 통해 우리가 실제로 경험한 것과 경험했다고 생각하는 것 사이에서 충돌이 발생할 경우, 우리 뇌는 기억을 바로 잡는 의사결정을 위해 전두부 영역을 활성화 시킨다는 것을 확인했다. 동시에 이러한 데자뷔 현상으로 우리 뇌가 잘못된 기억을 할 경우, 전두부 영역이 활성화 되면서 "당신의 기억은 틀린 것"이라는 신호를 보낸다고 연구진은 설명했다. 연구를 이끈 세인트루이스대학교 애리카 오코너 박사는 “이번 연구는 데자뷔 현상이 나타나는 동안 기억을 바로잡기 위해 뇌의 특정 부위가 활성화 되며, 이러한 현상은 뇌가 매우 건강하다는 것을 의미하기도 한다”고 설명했다. 이와 관련한 자세한 연구결과는 지난달 헝가리 부다페스트에서 열린 학술 컨퍼런스인 ‘인터내셔널 컨퍼런스 온 메모리’(international conference on memory)에서 발표됐다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

fMRI 영상 활용·알고리즘 적용 기존 뇌지도 비해 두배 이상 정밀 새로운 형태 AI개발 큰 도움 기대 여전히 인류가 개척해야 할 미지의 영역으로 남아 있는 두뇌 연구가 한 단계 도약할 발판이 마련됐다. 미국과 영국, 네덜란드 공동연구진이 180개 영역으로 이뤄진 인간의 대뇌피질 지도를 완성한 것은 알츠하이머와 같은 뇌 질환을 극복하는 데 있어서 향후 연구의 방향을 제시해 주는 일종의 표준설계도를 작성했다는 의미를 지닌다. 대뇌의 겉표면 부위인 대뇌피질은 감각과 언어, 사고, 인지, 행동 등에 중요한 기능을 담당한다. 사실상 인간을 인간이게 하는 부위인 셈이다. 이 부분에 이상이 생기면 뇌전증, 뇌성마비, 치매, 뇌경색 등의 증상으로 나타난다. 많은 연구 발전에도 불구하고 지금까지 대뇌피질의 영역별 역할에 대해서는 명확하게 밝혀지지 않았다. 대뇌피질의 역할을 알기 위해서는 무엇보다 기능별 영역을 정확히 구분하는 것이 우선돼야 하며 이를 위해 세밀하고 정교한 뇌지도를 구축하는 일이 중요하다. 컴퓨터 서버가 외부로부터 공격을 받으면 네트워크 지도를 보고 복구 계획을 세우고 전자제품이 고장 나면 회로도를 보고 고치는 것처럼 정밀한 뇌지도는 뇌에서 발생하는 각종 오류를 고칠 수 있는 일종의 ‘표준 설계도’ 역할을 하게 되는 것이다. 예를 들어 우울증 환자의 경우 지금은 항우울제 같은 약물이나 뇌자극으로 치료를 시도하지만 증상이 완전히 사라지지 않는다. 그렇지만 정밀한 뇌지도가 있으면 우울증 환자 뇌의 어떤 부위가 이상이 있는지 직접 눈으로 보고 해당 부위에 전기자극을 주든가 줄기세포를 삽입하는 등의 치료를 통해 완치로 나가게 되는 것이다. 실제로 많은 전문가들은 앞으로 나오는 알츠하이머 치매, 파킨슨병, 자폐증, 조현병, 우울증 등 난치성 뇌질환 치료법 대부분이 뇌지도를 기반으로 할 것이라고 내다보고 있다. 또 정밀한 뇌지도는 기존의 딥러닝 같은 기계학습 알고리즘의 발전에도 도움을 줘 새로운 형태의 인공지능(AI)과 로봇시스템 개발에도 큰 역할을 할 것으로 예상된다. 이 때문에 미국뿐만 아니라 유럽연합(EU)과 일본 등도 뇌지도 작성 연구에 뛰어든 상태다. EU는 스위스 로잔연방공대가 중심이 된 휴먼 브레인 프로젝트를 통해 2022년까지 1조 8000억원의 연구비를 투입해 쥐와 사람의 뇌 구조 및 기능을 분자 수준에서 시뮬레이션한다는 연구목표를 세웠다. 이웃 일본에서는 2014년 게이오대와 도쿄대, 이화학연구소를 중심으로 영장류인 비단원숭이의 뇌영상 확보 및 뇌지도를 그리는 ‘브레인·마인드 프로젝트’를 시작했다. 우리나라도 지난 5월 한국뇌연구원을 중심으로 2030년까지 특정 기능에 특화된 뇌지도를 구축하겠다고 선언했다. 20일 네이처지에 발표된 뇌지도는 대뇌피질을 180개 영역으로 나눠 기존 뇌지도에 비해 두 배 이상 정밀한 구조를 갖추고 있다. 연구진은 뇌의 크기와 형태 등 개인차로 발생할 수 있는 오류를 없애고 정확한 뇌지도를 만들기 위해 불명확한 이미지 데이터를 제거하는 알고리즘을 개발해 적용함으로써 표준 뇌지도를 만드는 데 성공했다. 데이비드 반 에센 워싱턴대 교수는 “이번에 구축한 대뇌피질 영역 뇌지도의 일부 영역은 더 세분화되거나 다른 영역에 속한 부분일 가능성도 여전히 존재하는 만큼 대뇌피질 지도도 계속 진화할 것”이라고 말했다. 라종철 한국뇌연구원 책임연구원은 “이번에 국제공동연구진이 보다 세밀하고 정확한 뇌지도를 완성할 수 있었던 것은 기존에는 활용하지 않았던 뇌 표면의 얇은 막인 미엘린 함량과 뇌가 휴식을 취하고 있을 때의 fMRI 영상을 종합적으로 활용했고 개인차를 줄일 수 있는 컴퓨터 알고리즘을 적용했기 때문”이라고 설명했다. 라 책임연구원은 “네이처에 발표된 뇌지도가 대뇌피질 전체를 다루고 있다면 현재 한국뇌연구원을 중심으로 국내에서 이뤄지는 연구는 감각의 융합이나 판단과 같은 인지기능에 관여하는 부위의 뇌지도를 구축하는 것”이라며 “이번에 발표된 뇌지도가 우리나라를 ‘시’나 ‘도’ 크기로 표시한 것이라고 한다면 우리가 추진하고 있는 뇌지도는 골목길까지 자세히 나와 있는 지도 수준”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

사람의 오감(五感)과 운동 기능은 물론 언어와 판단 같은 고차원 사고 기능까지 담당하는 대뇌피질의 구조와 기능을 한눈에 볼 수 있는 자세한 뇌지도가 나왔다. 특히 기존에 알려지지 않았던 뇌 부위가 밝혀짐에 따라 알츠하이머 치매, 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌질환은 물론 자폐증, 우울증 등 정신질환 치료에도 큰 진전을 이룰 전망이다. 미국 워싱턴대 의대, 미네소타대, 영국 옥스퍼드대, 임페리얼칼리지, 네덜란드 라드바우트대 의대 연구자가 참여한 국제공동연구진은 수년의 연구 끝에 그동안 기능이 확인되지 않았던 대뇌피질 97개 영역의 기능을 규명, 기존 83개 영역에 더해 모두 180개 영역으로 이뤄진 대뇌피질 뇌지도를 완성했다. 미국국립보건원(NIH)에서 지원하는 휴먼 커넥톰 프로젝트(HCP)의 일환으로 진행된 이번 연구결과는 세계적인 과학저널인 ‘네이처’ 20일자에 발표됐다. 연구진은 210명의 건강한 성인 남녀를 대상으로 기능성자기공명영상(fMRI) 기술을 이용해 뇌가 쉬고 있을 때와 활발히 움직일 때를 찍어 데이터를 확보했다. 또 대뇌피질의 두께, 대뇌 표면을 얇게 둘러싸고 있는 막 형태의 미엘린의 함량도 분석했다. 이런 데이터들을 종합적으로 분석한 결과 연구진은 대뇌피질이 180개 영역으로 구분된다는 것을 밝혀냈다. 특히 83개 영역은 이미 기능들이 알려졌던 것들이지만 97개 영역은 기존 뇌지도에는 나오지 않았던 ‘미지의 공간’이었다. 데이비드 반 에센 워싱턴대 신경과학과 교수는 “지금까지 뇌연구가 성능이 좋지 않은 망원경으로 겨우 하늘을 바라본 것이라면 이번 연구는 우수한 광학기술을 확보해 우주를 관찰하게 됐다는 것으로 볼 수 있다”며 “이번 연구를 통해 뇌가 어떤 방식으로 작동하고 각각의 영역이 뇌 관련 질환에 어떤 영향을 미치는지에 대해 잘 알 수 있을 것”이라고 설명했다. 한편 NIH가 3850만 달러(약 432억원) 규모의 연구비를 지원하는 HCP는 2009년부터 진행되고 있다. 네트워크 이론을 바탕으로 뇌를 구성한 다양한 영역의 구조를 밝혀내는 것이 HCP의 핵심 목표다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

우리 뇌의 다양한 움직임과 성격을 연구하는데 가장 최적화 된 기구이자 현대 과학의 수준을 끌어올리는데 큰 기여를 한 것으로 인정받는 기능성자기공명영상(fMRI) 장치의 데이터 분석 소프트웨어에 치명적인 ‘버그’(bug·프로그램의 결함에 의해 오류나 오작동이 일어나는 현상)가 있다는 사실이 15년 만에 밝혀졌다. 스웨덴과 영국 공동연구진은 최근 fMRI의 결과를 분석하는 프로그램의 오류 비율이 70%에 달한다는 사실을 알게 됐으며, 이를 이용한 일부 분석 결과가 부정확했을 것이라는 내용의 연구 결과를 미국국립과학원회보(PNAS) 최신호에 발표했다. 연구진이 버그를 발견한 프로그램은 fMRI 분석을 위해 세계적으로 가장 많이 쓰이는 소프트웨어 패키지(SPM, FSL, AFNI)다. 버그의 명칭은 '3dClustSim'이다. 이러한 연구 결과에 따르면 예컨대 fMRI 분석 데이터에서는 활성화된다고 표시된 뇌의 영역에서 실제로는 아무 일도 일어나지 않았을 수 있다는 것이다. 공동연구진은 fMRI 분석에 주로 사용되는 소프트웨어 실제 성능을 실험하기 위해 전 세계의 데이터베이스에서 건강한 사람 499명을 여러 그룹으로 나눈 뒤 ‘휴지 상태 fMRI’(resting-state fMRI, 인간이 특별한 활동을 하고 있지 않을 때의 뇌 상태를 fMRI로 스캔한 것) 검사결과를 수집했다. 당초 본격 실험에 들어가기 전 소프트웨어에서 위양성율, 즉 건강한 사람에게 질병이 있다고 잘못 분석하는 오류가 나올 확률의 가능성을 5% 정도로 예측했다. 하지만 막상 데이터를 분석한 결과, 긍정 오류의 비율은 무려 70%에 달했다. 이는 일부 분석 결과 값이 매우 잘못됐다는 의미이며, 따라서 fMRI 결과 분석 소프트웨어가 실제로는 일어나지 않는 두뇌 활동을 마치 존재하는 것처럼 잘못 보여줄 가능성이 있다는 점을 시사한다고 연구진은 판단했다. 가장 큰 문제는 연구진이 발견한 버그를 가진 시스템이 무려 15년간 활용돼 왔다는 사실이다. 지난 15년간 이 소프트웨어를 이용한 fMRI의 분석 결과를 인용한 연구 중 일부는 무효가 될 수도 있다. 연구진에 따르면 실제 이 소프트웨어를 이용한 연구결과가 4만 건에 달하는 것으로 나타났다. 일반적으로 핵 자기공명 현상을 이용해 생체 정보를 이미지로 만들어주는 fMRI는 인간의 뇌 단면 이미지 촬영에 주로 사용돼 왔다. 관련 연구자들은 실험참가자나 환자에게 특정 행동을 수행하게 한 뒤 뇌의 변화를 관찰 연구하는데 fMRI를 이용해 왔다. 실제 질병을 진단하는데 활용되기도 하지만 주로 연구 시 가설을 입증하거나 자료를 수집하기 위한 실험에 이용된다. 이 소프트웨어의 오류는 지난해 5월 수정됐다. 불과 14개월 여 전까지는 전 세계 연구자들이 버그가 있는 fMRI 결과 분석 소프트웨어를 사용하고 그 분석결과를 주요한 연구 근거로 사용한 셈인데, 학계에서는 아직 이와 관련한 문제가 제기되진 않은 상황이다. 사진=포토리아 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

기억력 향상에 효과가 있는 약물이 발견돼 치매 등의 치료는 물론, 기억력 향상을 요구하는 분야 종사자들에게 도움이 될 것으로 기대가 모이고 있다. 미국 텍사스대 연구팀이 흔히 병원에서 해독제로 쓰이는 약물 ‘메틸렌블루’가 단기기억과 집중력 제어에 관여하는 뇌 영역의 반응을 높인다는 것을 밝혀냈다. 메틸렌블루는 주로 산소를 효율적으로 조직에 전달할 수 없게 되는 혈액 장애인 메트헤모글로빈혈증(methemoglobinemia)을 치료하거나 수술 시 착색제로 쓰여왔다. 사실, 메틸렌블루는 이미 동물 실험에서 1회 저용량 투여로 장기간 맥락적 기억을 향상하는 것이 밝혀졌다. 맥락적 기억은 특정 기억과 그에 얽힌 배경을 의식적으로 기억하는 것을 말한다. 이는 또한 잃어버린 기억을 개선하는 것으로도 이어졌는데 예를 들어 노래나 냄새가 계가가 돼 떠오르는 유형의 기억이다. 이에 대해 이번 연구를 이끈 티모시 듀옹 박사는 “메틸렌블루의 기억 향상 효과는 1970년대 쥐 실험으로 밝혀졌지만, 기억개선의 원인이 되는 근본적인 뇌 신경 세포의 변화와 단기기억과 집중력 유지에 관한 메틸렌블루의 효과는 연구되지 않았다”고 설명했다. 이어 “우리는 사람에 관한 메틸렌블루의 효과를 알아내기 위한 최초의 다중 MRI 연구를 시행하기로 했었다”고 덧붙였다. 연구팀은 나이 22~62세 참가자 총 26명을 대상으로 위약 대조 임상시험을 시행했다. 이들 참가자는 두 집단으로 분류돼 각각 저용량의 메틸렌블루나 위약을 복용했다. 연구팀은 참가자들의 복용 전과 복용 1시간 후에 기능적 MRI(fMRI) 스캔을 시행했다. 그 결과, 메틸렌블루는 양측 섬피질(bilateral insular cortex)이라는 뇌 영역의 반응을 증가시켰다. 이 영역은 뇌의 깊은 곳에 있으며 감정 반응과 연관돼 있다. 또한 이 결과는 단기기억을 회상할 때 기억 처리를 제어하는 전전두피질(prefrontal cortex)과 감각 정보를 처리하는 두정엽(parietal lobe), 그리고 시각 정보 처리의 중추인 후두피질(occipital cortex) 등의 반응이 증가하는 것으로 나타났다. 게다가 메틸렌블루는 특정 기억을 상기하는 과정에서 7% 더 정확한 응답을 하는 것으로 나타났다. 이 결과는 단 한 번의 메틸렌블루를 투여해도 집중력 유지와 단기 기억에 관한 뇌 기능을 향상할 수 있음을 시사한다. 듀옹 박사는 “이 연구는 앞으로 메틸렌블루 연구의 기초를 마련한다. 노화와 인지 장애, 치매를 치료하는 것은 물론 기억력이 요구되는 다른 분야에서도 도움이 될 것”이라고 말했다. 이번 연구결과는 영상의학 학술지 ‘레디올로지’(Radiology) 최신호(6월28일자)에 실렸다. 사진=ⓒ포토리아(위), 북미영상의학회 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

동그랗게 뜬 눈, 포동포동한 볼을 가지고 까르르 큰 소리로 웃는 아기들을 보는 사람은 누구나 귀엽다고 느낀다. 아이들의 이런 귀여움이 사실은 어른들에게 보호를 받기 위해 진화된 생존 전략이라는 연구 결과가 나왔다. 영국 옥스퍼드대 정신과와 미국 국립아동보건·인간개발연구소 공동 연구진은 아기들이 갖고 있는 외모와 피부 감촉, 목소리 등 모든 특질이 사람들의 보호 본능을 자극한다는 사실을 밝혀내고 신경과학 분야 국제학술지 ‘트렌드 인 코그너티브 사이언스’ 6일자에 발표했다. 연구진은 성인 남녀 40여명을 대상으로 아기의 얼굴 사진을 보여 주면서 컴퓨터단층촬영(CT), 기능성자기공명영상(fMRI), 뇌자기측정법(MEG) 등 다양한 신경촬영방법으로 뇌가 활성화되는 부위를 관찰했다. 그 결과 측위신경핵(nucleus accumbens), 배쪽창백핵(ventral pallidum) 등이 자극된다는 것을 밝혀냈다. 이들은 좋은 음악을 들을 때나 기쁜 경험을 할 때 자극되는 곳으로 주로 행복감과 보호 본능 등을 관장하는 부위다. 또 연구진은 실험 참여자들에게 아기 목소리를 들려주는 한편 직접 만져 볼 수 있도록 하면서 뇌를 촬영했는데 특히 아이들의 보드라운 피부를 만질 때는 ‘양육 호르몬’으로 불리는 옥시토신이 분비돼 보호 본능이 강하게 자극되는 것을 확인했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

　‘세 살 버릇 여든까지 간다’는 말처럼 어려서 생긴 음식에 대한 생각은 평생의 건강을 좌우할 수 있다. 최근 증가하고 있는 소아비만도 어려서부터 건강하고 영양이 풍부한 음식보다는 달고 기름진 음식에 익숙해져 생긴 문제다. 이 때문에 어린이 영양교육에 대한 관심이 증가하고 있는 추세다. 　이런 상황에서 몸에 좋은 음식에 대한 부모나 사회의 영양교육이 아이들의 식습관에 영향을 미칠 수 있다는 연구가 나와 주목받고 있다. 아이들에게 맛은 덜 하더라도 몸에 좋고 영양가 있는 음식을 먹도록 하는 교육을 꾸준히 해야 한다는 의미다. 　미국 미주리-캔사스시티대 심리학과, 캔사스대 의대 소아과 공동연구진은 아이들의 음식을 선택할 때는 자신의 취향 뿐만 아니라 부모의 의견에 상당부분 영향을 받는다는 연구결과를 기초과학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 25일자에 발표했다. 이번 연구에는 임승락 미주리-캔사스시티대 심리학과 교수가 제1저자로 참여했다. 연구진은 8~14세 어린이 25명을 대상으로 실험을 진행했다. 연구진은 아이들에게 3시간 이상 공복상태를 갖게 한 다음 마시멜로, 감자튀김, 브로콜리, 도넛 등 음식사진 60개를 무작위로 보여주고 먹고 싶은 음식을 고르도록 하고 fMRI(기능성 뇌자기공명영상)로 뇌의 반응을 촬영했다. 　그 결과 아이들이 음식을 고를 때 맛과 관련된 뇌 부위인 ‘복내측 전전두피질’ 뿐만 아니라 ‘배외측 전전두피질’이 활성화됐다. 복내측 전전두피질은 공감이나 동정, 죄책감, 욕구 등과 관련된 정서 반응에 관여하는 뇌 부위이고, 배외측 전전두피질은 사고와 판단을 할 때 반응하는 부위다. 　연구진은 “배고픈 상태에서 아이들은 먹고 싶은 음식을 고를 때도 ‘엄마, 아빠는 어떤 음식을 골랐을까’라고 생각하고 선택한다는 것”이라고 연구결과를 설명했다. 　두 아이의 아빠이기도 한 임 교수는 “이번 연구는 아이들이 음식을 선택할 때 어떤 사고 과정을 거쳐 결정하는지를 보여줬다는데 의미가 있다”며 “음식 뿐만 아니라 친구관계, 학업, 진로 등 다른 영역에서 부모의 의견이 아이들의 결정에 어떤 영향을 미치는가 추가로 연구 중”이라고 말했다. 　유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

최근 스마트폰 중독 증상을 보이는 아동 연령이 3~4세까지 낮아졌다는 조사 결과가 나와 충격을 줬다. 실제로 정서적으로 안정되고 공부도 잘하는 아이를 만들기 위해서는 스마트폰을 빼앗고 엄마와 대화 시간을 더 많이 갖는 것이 중요하다는 연구 결과가 나왔다. 미국 스탠퍼드대 의대 행동과학 및 정신과 대니얼 에이브럼스 교수와 신경과학과 비노드 메논 교수는 엄마 목소리가 아이들 뇌의 다양한 부위를 자극한다는 사실을 밝혀내고 미 국립과학원에서 발행하는 기초과학 분야 국제학술지 ‘미국국립과학원회보’(PNAS) 16일자에 발표했다. ●타인 소리보다 다양한 뇌 부위 자극 엄마 목소리가 영유아의 관심을 집중시키는 데 중요한 역할을 한다는 연구 결과는 많았지만 신경을 자극해 두뇌 발달에 도움이 된다는 것을 직접 측정한 건 이번이 처음이다. 연구팀은 지능지수(IQ) 80 이상의 정신장애가 없는 건강한 7~12세 어린이 24명을 대상으로 엄마 목소리와 다른 사람 목소리를 들려주면서 기능성자기공명영상(fMRI)으로 뇌를 촬영했다. 일반적으로 같은 또래의 지능지수 분포와 비교했을 때 IQ 80~120 범위에 들면 ‘보통’으로 본다. 연구팀은 어린이에게 3가지 단어 조합을 녹음해 1분 동안 들려준 결과 97% 이상의 아이들이 엄마 목소리와 타인 목소리를 구분했으며 뇌 활성화 부위도 달라진다는 사실을 밝혀냈다. 타인 목소리를 들으면 뇌의 청각 영역만 자극받는 데 반해 엄마 목소리를 들으면 청각 영역뿐만 아니라 사고 영역, 정서 영역 등 다양한 부위의 뇌 영역이 자극된다는 것을 연구팀은 발견했다. ●성적·사회적 관계에도 긍정적 연구팀은 아이들이 엄마와 대화하는 시간과 학교 성적, 사회적 관계 등도 조사했는데 엄마와 대화 시간이 긴 아이일수록 학교 성적이 좋고 다른 사람과 사회적 관계도 좋은 것으로 나타났다. 에이브럼스 교수는 18일 “목소리는 대인 커뮤니케이션의 중요한 부분을 차지하는데 최근 스마트폰 등 스마트기기 사용이 증가하면서 상대적으로 대화가 줄었다”며 “특히 엄마와 상호작용이 중요한 영유아의 경우 대화가 줄면 아이들 두뇌 발달에도 악영향을 미칠 수 있다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

반가우이, 난 레오나르도 다빈치(1452~1519)일세. 많은 사람들이 날 보고 ‘르네상스의 거장’이네 ‘시대를 앞서간 천재’네 하며 극찬을 하지만, 사실 나는 내가 하고 싶은 일에 내 능력을 조금 더 썼을 뿐이라네. 미술은 물론 과학, 기술 분야까지 다양한 분야에 관심을 가지며 엄청난 분량의 메모를 남겼지만, 되돌아보니 ‘왜 한 분야에 집중해 내 능력을 쓰지 못했을까’라는 회한도 좀 남는구먼. 그래서 죽기 전 내 조수 살라이에게 “나는 내게 주어진 시간을 허비했다”고 말하기도 했었지.많은 작품들 중에서 내가 아끼는 작품은 바로 피렌체 공국의 거상 차노비 델 조콘도의 아내 라 조콘다를 그린 ‘모나리자’라네. 부인의 입과 눈에 은근히 남아 있는 미소에 매혹된 사람들이 그 당시뿐만 아니라 지금까지 많은 것 같더군. 사람들이 날 사람이나 사물의 내면까지 꿰뚫어 보는 능력을 가진 천재 화가라고들 하지만, 난 입과 눈매를 그리는 것을 항상 어려워했다네. 솔직히 모나리자 그림의 입술과 눈꼬리는 유난히 그리기가 어려웠지. 사실 제대로 그리는 데 실패했다고 봐야 할 걸세. 그런데 그렇게 잘못 그린 부분 덕에 도리어 명작으로 대접을 받고 있으니 정말 재미있는 일 아닌가. 어쨌든 인물화를 그릴 때는 상대방 얼굴의 미세한 표정까지 읽어내는 것이 중요하다네. 그 미세한 표정을 어떻게 멋지게 표현해 내느냐에 따라 명작과 졸작이 구분된다고 볼 수 있지. 최근 뇌과학 분야의 국제학술지 중 하나인 ‘뉴로사이언스’ 최신호에서 아주 재미있는 논문 하나를 읽었다네. 미국 오하이오주립대 전자 및 컴퓨터공학과 알레이스 마르티네즈 교수팀이 다른 사람의 표정을 읽고 인식하는 뇌 부위가 있다는 것을 밝혀냈다는 거였어. 마르티네즈 교수팀은 대학생들에게 혐오감을 느끼는 표정, 놀라며 좋아하는 얼굴, 화를 내는 모습 등 몇 가지 범주로 나눈 서로 다른 얼굴 표정을 한 1000여명의 사진을 보여주면서 기능성 자기공명영상(fMRI)이라는 기계를 이용해 활성화되는 뇌 부위를 찾았다더군. 그 결과 얼굴 표정을 인식하는 뇌 영역이 ‘후부상측두구’(pSTS)라는 것을 알아낸 거야. 귀 바로 뒤쪽에 위치한 우뇌 부분인 pSTS는 사람의 감각 기능을 제어하는 데 도움을 주고 이타적 행위까지 좌우하는 뇌 영역이라고 하더군. 그런데 더 재미있는 건 여기부터라네. pSTS는 미간과 눈썹, 입꼬리의 변화에 활발하게 반응한다는거야. 사람들은 이 세 부분의 변화가 아무리 미세하더라도 포착을 해내 상대의 감정상태를 파악해낸다는 말이지. 재미있지 않나. 사람의 뇌가 몇 가지 얼굴 근육의 움직임을 단서로 상대방의 표정이나 감정을 파악한다는 것 말이야. 이번 연구는 얼굴 표정을 읽어내는 뇌의 움직임에 대해 이해하는 데 도움을 줄 뿐 아니라 타인의 표정이나 감정을 읽는 데 어려움을 겪는 자폐증 환자 등의 뇌 연구에도 도움을 줄 거라고 하더군. 그런데 말일세, 이 사람들은 이 연구를 바탕으로 사람의 표정을 읽고 감정에 반응할 수 있는 인공지능의 알고리즘을 개발하는 연구를 진행할 거란 거야. 만약 마르티네즈 교수가 사람의 표정을 읽고 반응할 수 있는 인공지능을 만들어낸다면 나, 레오나르도 다빈치를 뛰어넘는 ‘인공지능 천재 화가’가 나오는 것 아닌가 싶어. 사람의 고유한 영역인 예술까지 기계가 침범한다면…. 어이쿠, 이건 별로 상상하고 싶지 않구먼. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

종교인들과 무신론자들이 서로 전혀 다른 성향을 띠는 이유는 인간 두뇌 고유의 특성 때문이라는 과학자들의 주장이 제기돼 관심을 끈다. 미국 케이스웨스턴리저브 대학교(Case Western Reserve University)와 뱁슨칼리지(Babson College) 공동 연구팀은 최근 발간된 미국 공공과학도서관 ‘플로스원’(Plos One) 최신호를 통해 “종교적 사람일수록 공감능력이 뛰어난 대신 지적능력이 비교적 낮은 반면, 무신론자들은 분석적/비판적 사고력이 강한 대신 공감능력이 약하다는 사실을 알아냈다”고 밝혔다. 이번 연구는 논문 주요저자인 케이스웨스턴리저브 대학교 토니 잭 박사의 과거 연구에 기초하고 있다. 잭 박사는 기능적 자기공명영상(fMRI)를 사용, 인간의 두뇌에는 비판적 사고를 관장하는 ‘분석적 신경망’과 공감능력을 발휘하게 하는 ‘사회적 신경망’이 따로 존재한다는 주장을 폈다. 박사에 따르면 이 두 개의 신경망은 평소 팽팽한 평형상태를 이루고 있으며, 직면하는 문제의 성격에 따라 한 쪽이 다른 한 쪽을 억압하게 된다. 예를 들어 도덕적 난제를 맞닥뜨린 상황이라면 사회적 신경망이 활성화돼 분석적 신경망이 억압되지만, 어려운 물리 문제를 풀어야 하는 상황이라면 반대의 현상이 일어난다는 것. 이번에 연구팀은 159~527명의 참가자들을 대상으로 8회에 걸쳐 실험을 진행, 신(영적 존재)에 대한 믿음이 분석적 사고 혹은 도덕적 민감성과 가지는 상관관계를 분석해 보았다. 연구팀은 “기존 여러 연구에서는 영적 존재에 대한 믿음을 가지고 있는 사람들의 지성이 그렇지 않은 사람들보다 못하다는 결과가 제시돼왔다”며 “우리 연구에서도 이런 통계적 사실이 재차 입증되긴 했다. 그러나 이에 더불어 신앙을 가진 사람들은 무신론자들보다 친사회적이고 공감능력이 뛰어나다는 점 또한 밝혀졌다”고 말했다. 연구팀은 이에 따라 신이나 초월적 존재를 믿을 때 인간은 사회적 신경망을 활성화하고 분석적 신경망을 억압한다는 결론을 도출했다. 연구팀에 따르면 8회 실험 모두에서 종교적인 사람들은 무신론자들에 비해 도덕적인 관념에 더 민감하다는 점이 드러났다. 반면 무신론자들은 사이코패스에게서 흔히 관찰되는 성격 특성을 가지고 있을 확률이 더 높았다. 사이코패스적 성격 특성이란 ‘타인의 고통과 고뇌에 대해 정서적인 반응을 보이지 않는 성향’을 말한다. 연구팀은 이런 점을 종합해볼 때, 분석적 신경망의 기능만을 중시하고 사회적 신경망의 역할을 무시하는 것은 현명한 처사가 아니라고 전했다. 이들은 “초자연적 존재에 대한 믿음을 위해 분석적/비판적 사고를 차치해두는 시도는 사회적, 정서적 직관을 강화하는데 도움을 줄 수 있다”고 전했다. 또한, 사회적 신경망의 강화가 반드시 과학적 사고력 저하로 이어지는 것이 아니라는 점도 강조했다. 1901년부터 2000년까지의 노벨상 수상자의 89.5%가 종교인이었으며, 무신론자는 10.5% 에 불과했다는 사실이 연구팀의 근거다. 잭 박사는 “종교적 믿음이 언제나 과학과 충돌한다고 말하긴 힘들다. 종교인인 동시에 뛰어난 과학자가 되는 것은 충분히 가능한 일”이라며 “적절한 환경 아래에서라면 종교적 믿음은 오히려 과학적 창의력 및 직관을 강화하는 효과를 낼 수 있다”고 전했다. 사진=ⓒ포토리아 방승언 기자 earny@seoul.co.kr

인간 행동 중에는 학습과 본능 어느 쪽의 영향을 더 많이 받아 나타나는 것인지 명확하게 밝혀지지 않은 것들이 많다. 특히 자신을 희생해 남을 돕는 이타적 성향이 얼마나 선천적인 특성인지에 대해 학자들은 아직 모호한 입장을 고수하고 있다. 그런데 최근 미국 캘리포니아대학교 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA) 신경과학자들이 이타적 욕구는 인간 두뇌에 각인된 것이라는 주장을 펴 관심을 끈다. 연구팀은 총 두 차례의 실험을 통해 확인해본 결과 “기존의 인식에 비해, 인간의 이타심은 두뇌의 작용에 의해 발현되는 측면이 강한 것으로 보인다”고 밝혔다. 먼저 연구팀이 국제학술지인 ‘인간 뇌 매핑’(Human Brain Mapping) 저널에 소개한 첫 번째 연구논문에 따르면 이들은 기능성자기공명영상(fMRI)를 통해 참가자 20명의 두뇌 활동을 관찰해 이러한 결론을 얻은 것으로 전한다. 연구팀은 참가자들과 함께 간단한 게임을 진행하면서 그들의 두뇌를 fMRI로 스캔했다. 이 게임은 참가자 각각에게 10달러씩을 나눠준 뒤, 이 금액을 혼자 전부 가질 것인지, 혹은 모르는 사람들과 나눠 가질 것인지를 스스로 결정하도록 하는 형태를 가지고 있다. 연구팀은 해당 게임을 총 24회에 걸쳐 실시한 뒤 각 참가자의 두뇌 활동을 비교분석함으로써, 타인에게 베푼 돈의 양과 각자의 두뇌활동 특성 사이에 두드러지는 상관관계가 존재하는지 확인해보았다. 그 결과 연구팀은 의사결정, 감정, 작업기억 등에 관여하는 두뇌 부위인 전전두엽피질의 활동이 활발한 사람들일수록 모르는 사람에게 나눠주는 돈의 양이 적어진다는 사실을 발견했다 또한 이들은 고통 및 감정인식을 관장하는 두뇌 부위의 반응이 비교적 강하다는 공통점도 있었다. 이처럼 이타성의 수준이 비슷한 사람들 간에 두뇌 활동의 공통점 또한 존재한다는 사실은, 두뇌구조와 이타적 성향 사이에 상당한 연관성이 존재한다는 점을 증명하고 있는 것이다. 한편 소지금의 약 75% 정도를 타인에게 나눠준 ‘이타적인 사람’은 전체의 3분의 1에 해당했다. 연구팀은 이런 이타적 참가자들의 두뇌는 다른 참가자들에 비해 전전두엽피질의 활동이 약한 대신 다른 참가자들을 모방하는 기능을 가지고 있으며, 이것이 이타심의 주된 원천이라고 분석했다. 연구를 이끈 레오나르도 크리스토프-무어 박사과정 연구원은 “해당 참가자들의 경우 관련된 두뇌 영역들이 마치 황금률(성경 마태복음 7장 12절: ‘사람이 너에게 베풀기를 원하는 것을 너도 베풀라’)에 따라 작동한 것이나 마찬가지”라며 “상대의 행동을 대리 체험하려는 성향이 강한 사람일수록 그 대상을 자기 자신처럼 대우할 가능성이 높아진다고 볼 수 있다”고 전했다. 연구팀은 두 번째 연구에서 이러한 부분을 재차 확인, 해당 논문을 또 다른 학술지 사회신경과학(Social Neuroscience) 저널에 소개했다. 논문에 따르면 이들은 기존 실험에 참여했던 20명을 포함해 58명의 참가자를 기용, 그들의 동의하에 뇌 일부 기능을 일시적으로 약화시키는 실험을 실시했다. 그리고 이러한 실험 결과 연구팀은 참가자들의 전전두엽 피질 기능이 약화될 경우 보통 상태에 비해 이타적인 성향이 50% 강화된다는 사실을 확인했다. 이들은 해당 영역의 기능을 억제하면 대신 다른 사람의 감정을 느끼는 공감능력이 ‘해방’되는 것으로 추정하고 있다. 크리스토프-무어는 “보통 상태에서 참가자들은 자신의 필요를 근거로 이타적 행동을 취할지 여부를 결정했다. 그러나 전전두엽 피질의 기능을 약화시키자 사회적 상황을 고려해 행동을 내리는 이러한 기능이 없어졌다”며 “해당 실험을 통해 이타적 행동에 어떤 신경학적 배경이 있는지 밝혀졌다고 본다”고 전했다. 사진=ⓒ포토리아 방승언 기자 earny@seoul.co.kr

부산대는 심리학과 설선혜 교수가 참여한 국제 공동연구팀이 남을 돕는 행위(helping behavior)에 관여하는 뇌신경학적 연구 결과가 세계적 과학저널인 ‘사이언스’지에 4일자로 게재됐다고 4일 밝혔다. 설 교수와 스위스 취리히대학교 사회·신경시스템 연구소 소속의 심리학자이자 신경과학자인 그릿 하인 박사, 에른스트 페어 교수, 모리시마 요스케 박사, 수잔 라이버그 박사 등이 연구에 참여했다. 국제 공동연구팀은 스위스 성인 여성 34명을 대상으로 연구한 결과 도움 행동에 관여하는 여러 뇌 영역들의 신호패턴이 타인을 돕는 동기에 따라서 달라진다는 사실을 확인하고, 뇌 연결성 패턴을 통해 숨겨진 동기를 읽어낼 수 있음을 알아냈다. 도움 행동에 관여하는 뇌 영역 간의 상호작용 패턴을 분석해 돕는 행위의 숨겨진 동기를 예측해낼 수 있음을 처음으로 밝혔다. 연구진은 피실험자 34명의 뇌 활성화를 측정할 수 있는 기능적 자기공명영상장치(fMRI)를 활용, 각기 다른 도움 행동의 동기를 유발하는 조건(공감 조건, 상호성 조건)을 줄 때마다 뇌의 움직임을 관찰했다. 이를 통해 여러 뇌 영역들의 커뮤니케이션 패턴이 동기에 따라 크게 차이가 난다는 사실을 확인했다. 일부 참가자들의 뇌 연결성 패턴을 특정 알고리즘을 사용해 컴퓨터 프로그램에 학습시킨 뒤 새로운 실험 참가자의 뇌 연결성 패턴 정보를 입력하면 이 참가자의 이타적 행위의 동기를 상당히 정확하게 예측해낼 수 있었다. 설 교수는 “이번 연구는 뇌 연결성 패턴을 통해 사회적 행동의 숨겨진 동기를 읽어내고 예측할 수 있음을 확인한 학계 최초의 연구결과”라며 “인간의 이타적 동기의 신경학적 기반에 대한 이해뿐만 아니라 ‘우리가 왜 그렇게 행동하는가'라는 근원적인 질문에 답을 찾는 새로운 틀을 마련했다는 점에서 중요한 의미가 있다”고 말했다. 부산 김정한 기자 jhkim@seoul.co.kr

인간의 가장 오래된 반려동물인 개가 사람과 사물을 완벽하게 구별하도록 진화했다는 사실이 과학적으로 증명됐다. 멕시코국립자치대학교 연구진은 일명 ‘양치는 개’로 불리는 보더 콜리 종(種) 5마리, 라드라도 리트리버 종 1마리, 골든리트리버 종 1마리 등 총 7마리를 대상으로 실험을 실시했다. 연구진은 개들을 기능자기공명영상장치(fMRI) 기기에 올려놓은 뒤 특정 사진을 보는 동안 뇌의 변화를 정밀 분석했다. 개들이 뇌 스캐너 위에 누워서 본 것은 낯선 사람 50명의 얼굴을 담은 사진 50장과 일상생활에서 쉽게 볼 수 있는 일상용품 50개를 담은 사진 등 총 100장이다. 사람과 사물의 사진을 본 개들의 뇌는 특별한 변화를 보였다. 사물이 아닌 사람의 모습을 담은 사진을 볼 때에는 뇌의 특정 부분들이 마치 빛을 내듯 반응을 했다. 사람의 모습에 반응한 개의 뇌 부위는 측두엽(temporal cortex)으로, 대뇌 반구의 아래쪽에 있는 부분이다. 우측 전두엽 피질뿐만 아니라 중앙의 전두피질, 시상(간뇌의 대부분을 차지하는 회백질부), 미상핵(대뇌 아래쪽에 위치한 부분) 등이 활성화 되는 것을 확인했다. 이중 측두엽은 기억력 및 감각을 수용하고 정서나 감정을 이해하는데 관여하며, 미상핵은 ‘사랑을 주관하는 곳’으로 알려져 있다. 미상핵의 기능이 제대로 작동하지 않으면 신뢰와 믿음의 감정에 장애가 생긴다. 개가 사람의 얼굴을 봤을 때 신뢰와 감정 등이 연관된 뇌의 부위가 활성화 되는 반면, 일상용품의 사진을 봤을 때에는 뇌 스캐닝 검사 이전과 큰 변화가 없었다. 이번 연구는 개가 사람의 가장 오랜 친구가 될 수 있었던 까닭이 개가 사람의 얼굴이나 표정에 반응할 줄 알기 때문이며, 이는 오랜 시간에 걸쳐 얼굴 표정을 인식할 수 있도록 진화되어 온 결과라고 연구진은 설명했다. 연구진은 “사람의 얼굴을 읽고 반응할 때와 연관이 깊은 개의 측두엽 부위는 해부학적으로, 그리고 기능적으로 다른 포유류 동물들의 측두엽과 매우 유사한 특징을 가지고 있다”면서 “측두엽이 사람의 얼굴을 인식하고 반응하는 것은 곧 개가 사회적 인지능력을 가지고 있다는 것을 의미한다”고 덧붙였다. 　　 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr