뇌심혈관질환융합연구사업단

뇌 과학이 사회적으로 큰 주목을 받고 있다. 인간의 감정, 상상, 꿈, 그리고 의식활동 모두가 뇌의 작용에 의한 것이다. 뇌에 관한 과학적 발견들이 뉴스가 되고 개개인 삶에 직접적인 영향을 주는 시대이다. 뇌 과학이 개인의 사고, 판단, 습관에 대한 과학적 설명을 해준다. 스스로 삶의 효율을 높이고, 타인을 이해하기 위해 뇌 공부가 필요하다. 뇌에 지속적으로 관심을 갖고 공부하기 위해서 세 가지 방법을 제시하면 다음과 같다.

첫째, 인간 뇌 구조와 기능을 숙지하는 것이 지름길이다.
둘째, 뇌의 작용을 이해한 대로 자신의 일상생활에 적용해 본다.
셋째, 뇌 과학 관점에서 사회적 문화적 현상을 관찰한다.

운동의 관점에서 뇌의 작용은 ‘감각 입력’을 바탕으로 ‘운동 출력’을 산출해 내는 과정이다. 외부 환경으로부터 ‘자극 신호’가 오면 기억을 참조하여 처리하고, 그 결과를 타이밍에 맞춰 운동 출력으로 내보내는 것이다.

감각 입력과 기억회로

▲ 옆에서 투시한 뇌

시각, 청각, 체감각 피질은 외부 감각신호를 처리하여 사물과 주변상황을 인식한다. ‘에델만 의식모델’에 의하면, 외부 감각신호는 자율중추와 시상하부에서 대뇌로 올라오는 본능욕구에 의해 범주화된다. 이른바 지각의 범주화가 생성되는 것이다. 범주화된 지각은 내측두엽의 기억회로와 대뇌피질의 연합영역 상호 작용으로 기억의 상징화가 일어나면서 개념의 범주화가 가능해진다.

이러한 다양한 뇌의 능력들은 대부분 신경세포 집단들 간의 상호연결로 가능해진 것이다. 외부 환경입력에 맞추어 운동출력을 산출하는 과정은 대규모의 피질-피질 신경세포의 연결로 신경 세포집단들이 상호간 신호를 주고받는다. 뇌의 신경세포 그룹 간의 상호 신경섬유의 연결망을 에델만은 의식모델에서 ‘재입력’작용이라 했다. 함께 연결된 신경세포들은 신경펄스를 방출하여 뇌의 전체적인 동시성과 결합성을 만들어 의식작용의 일원적, 통일적 속성을 만들게 된다.

▲ 1 뇌 세부 구조. 2 위에서 본 뇌.

▲ 뇌의 주요 부위와 연결망

<도표> 왼쪽의 감각 피질 영역에서 중간의 파페츠회로 영역, 오른쪽 위의 전두엽 영역으로 이어지는 세 개의 까만 선으로 된 장거리 피질-피질 신경연결을 보자. 해마에서 만들어진 기억이 유두체, 시상전핵 등을 거쳐 대상회로 연결된다. 그리고 다시 해마로 들어간다. 이것이 하나의 상호연결회로를 그리고 있다. 이것이 바로 파페츠회로다. 이 신경연결회로는 뇌과학자 파페츠에 의해 감정을 처리하는 변연계의 신경연결로 알려졌지만, 나중에 이 회로가 기억에 주로 관여한다는 것을 알게 되었다. 감정과 기억을 생성하는 영역이 많은 부분에서 서로 연결되어 있다는 것이 중요하다. 우리의 기억은 감정으로 채색되어 있다. 시각, 청각, 체감각의 감각입력들이 모두 연결되어서 외부신호에 대한 다중감각으로 결합되어 해마에서 기억이 생성된다. 이렇게 형성된 기억은 신피질의 여러 영역으로 옮겨져 장기기억이 된다. 뇌 전체 연결망에서 전대상회는 <도표> 오른쪽 전두엽 위에 위치하여 내측두엽의 파페츠 기억회로와 전두엽을 연결한다. 감각 입력을 받아들이는 부위도 후대상회와 마주보고 있다. 대상회는 크게 두 부분으로 앞부분의 전대상회는 전두엽과 연결되어 감정의 인식기능과 관련되며, 후대상회는 주로 감각입력을 대뇌 피질로 중계해주는 역할을 한다.

운동출력

<도표>를 입력에서 출력의 순서로 살펴보자. 입력과 출력을 연결하는 내부 시스템을 하나의 블랙박스로 봤을 때 입력부(시각, 청각, 체감각 피질)가 있고 운동 출력이 있다. 운동 출력은 자율운동, 리듬운동, 지향 운동, 사지에 의한 큰 자세운동, 미세운동 등 다섯 가지로 분류되는데 <도표> 밑 부분에 적색으로 표시되어 있다.

뇌는 감각입력을 받아서 적절한 운동출력을 만드는 기관이다. 우리 인간이 서로 의사소통할 수 있는 것은 얼굴표정근육과 혀와 입술근육으로 말을 하기 때문이다. 궁극적으로 신경시스템이 하는 일은 움직임을 만드는 것이다. 말을 하고, 음식으로 소화하고, 호흡하고, 심장이 박동하는 모두가 움직임이다. 감정을 표현하며 표정을 짓는 것도 다 움직임이다. 뇌 과학자 이나스는 우리 인간의 사고작용도 결국 움직임이 진화적으로 초기 척추동물에서부터 약 5억년에 걸쳐 중추신경계를 통해 대뇌속으로 내면화된 것이라 주장한다.

그러면 어떻게 운동 출력을 다양하게 생성할까. 입력을 바탕으로 운동을 계획하는 곳이 전두엽이다. <도표> 오른쪽 위의 전두엽 영역을 보면 안와전두엽, 배외측 전두엽, 전두시각 피질, 내측 전두엽, 전 운동영역, 1차운동영역이 있다. 유아기부터 학습된 운동동작은 대뇌 기저핵에 무의식적 절차기억으로 저장된다. 그 후 일생 동안 비슷한 입력이 들어오면 전두엽과 협력하여 대뇌 기저핵에서 저장된 운동 프로그램이 선택된다. 전두엽이 계획하는 운동출력에 해당하는 이미 학습된 관련 운동 프로그램을 선택하는 곳이 대뇌 기저핵이며, 소뇌는 운동출력의 시간조율, 시간맞춤을 한다고 여겨진다. 운동을 담당하는 대뇌피질은 보완 운동영역, 전운동영역, 1차 운동영역이다.