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위의 그림에서 보듯이 우리 뇌는 온통 주름투성이 입니다.  인간의 뇌는 다른 동물들의 뇌에 비해 그 크기도 크지만, 주름이 무척이나 많은데, 이렇게 주름이 많아지면 뇌의 체적이 같다고 하더라도 펼쳤을 때 면적은 훨씬 넓어지기 때문에 다른 동물들보다 차별되는 뇌를 가졌다고 할 수 있습니다.  뇌의 주름은 뇌조직 부분을 gyri, 그 사이의 홈에 해당하는 부분을 sulci 라고 합니다.  일부 gyri 와 sulci 는 이름까지도 가지고 있는 중요한 부위입니다.  그렇지만, 이들의 모습은 사람마다 많이 다르다고 알려져 있습니다.

흔히 가지고 있는 뇌에 대한 믿음 중에, "뇌에 주름이 많으면 똑똑하다"라는 것이 있습니다.  일견하기에는 다른 동물들과 인간을 구별하는 특징 중에 하나이기 때문에 맞는 것처럼 보입니다만, 이는 사실과 다릅니다.  물론 인간이 태아시기에는 주름이 거의 없는 작은 뇌를 가지고 태어납니다.  그리고, 점점 자라면서 신경세포들도 자라고, 신경세포들이 뇌의 다른 부위로 이동도 하며, sulci 와 gyri 도 만들어내기 시작합니다.  그런데, 뇌가 어른 수준의 주름을 가지는데에는 뇌의 크기는 작더라도 40주면 충분합니다.  그러니까, 돌이 채 되기 전에 주름 구조는 거의 완성이 되는 것입니다.  이 때부터는 커다란 주름의 구조는 많이 배우고, 똑똑해지는 것과는 상관없이 거의 변하지 않습니다.  물론, 숙련되거나 교육 등에 의해 특정 gyri 등이 커지거나 할 수 있지만 커다란 두뇌의 손상이 나타나는 경우를 제외하고는 전반적인 구조가 바뀌는 일은 없습니다.

물론 우리의 뇌는 무언가를 배우고 익힐 때마다 계속 변합니다.  그렇지만, 새로운 sulci 나 gyri 를 만들어내지 않는다는 것입니다.  이렇게 무언가를 학습할 때마다 변하는 현상을 "뇌의 소성(brain plasticity)"라고 합니다.  쥐와 같은 동물의 뇌에 대해 변화를 관찰하는 연구결과를 보면 신경세포간의 연결을 담당하는 시냅스(synapse)나 신경세포를 지원하는 혈구세포(blood cells)의 수는 늘어납니다.  일부 연구자들은 새로운 기억이나 경험이 만들어질 때마다 새로운 신경세포가 생겨난다고 주장하기도 합니다만, 포유류의 뇌에서는 아직  가설 수준으로 남아 있습니다.

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하이컨셉
미래는 하이컨셉, 하이터치의 세계라고 합니다. 너무 메마르고 딱딱한 이야기보다는 글로벌 시대에 어울리는 세계 각국의 이야기, 그리고 의학과 과학을 포함한 미래에 대한 이야기의 세계로 여러분을 초대합니다.

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뇌손상은 정말 조심해야 하는 상황입니다.  우리 뇌는 굉장히 약하고, 다양한 충격에 의해 손상을 받을 수가 있습니다.  그래서, 인간이 가지고 있는 가장 단단한 뼈에 의해 보호를 받고 있고, 그것도 뇌척수액이라고 부르는 바다 위에 둥둥 떠 있는 것입니다.  뇌손상은 교통사고와 같이 커다란 충격에서부터 바이러스나 세균의 감염과 같은 상황에 의해 나타날 수 있습니다.  

그런데, 많은 사람들이 뇌세포의 일부가 죽는 뇌손상이 나타나면 심각한 후유증을 앓게 되거나, 사망 또는 손상을 입은 기능이 다시 돌아올 수 없다고 알고 있는 사람들이 많습니다.  뇌손상은 생각보다 그 정도가 매우 다양합니다.  우리가 흔히 경미한 뇌손상이라고 말할 수 있는 뇌진탕(concussion) 같은 경우에는 뇌척수액에 떠있는 뇌가 머리뼈속에서 흔들거리다가 머리뼈와 부딪혀서 생기는 경우가 많습니다.  이 경우 경미한 출혈과 뇌의 일부가 살짝 찢어지는 정도의 손상을 입을 수 있습니다.  이런 손상이 있을 경우에는 생각보다 우리 뇌는 잘 회복을 합니다.  일부 세포가 죽을 수 있지만, 회복이 안되는 후유증을 앓게 되는 경우는 많지 않습니다.

물론 심하게 뇌손상을 입고, 그 범위가 넓을 경우에는 영구적 장애를 가지게 됩니다.  어떤 경우에는 고인 혈액을 빼내기 위해 수술을 하고, 머리속의 압력을 낮춰야 하는 경우도 생깁니다.  이런 경우에는 사망하는 경우도 있고, 목숨을 살리더라도 회복이 불가능한 손상을 입게 되는 경우가 많습니다.  물론, 심한 뇌손상을 입었지만 일부 기능이 회복되는 경우도 많습니다.  사실 손상되거나 죽은 신경세포가 되살아나는 경우는 거의 없습니다.  그렇지만, 신경세포들의 연결은 다시 회복될 수 있습니다.  본질적으로 뇌라는 것은 신경세포들의 연결과 이러한 광범위한 네트워크가 기능을 하는 것이며, 편의상 뇌의 지역별 주된 기능과 역할을 나누기는 하지만 이러한 기능들도 뇌의 여러 영역이 협업을 하면서 새로운 학습을 하거나, 기능의 이전도 일어날 수 있기 때문에 이를 최대한 활용하면 손상된 뇌를 가졌다고 할지라도 기능회복이 가능한 것입니다.  그러므로, 뇌출혈이나 뇌경색을 앓은 환자라도 적절한 언어치료나 운동재활치료 등을 한다면 상당한 수준의 기능을 회복할 수 있습니다.

그러므로, 뇌손상이 있다고 절망하거나 치료를 게을리하지 말고, 남아있는 뇌의 기능을 최대한 활용을 해서 과거의 기능을 많이 회복할 수 있도록 환자나 보호자들이 적극적으로 노력하는 것이 중요합니다.  의사들의 경우 언제나 회복이 안되거나, 나빠지는 경우를 대비해서 방어적으로 이야기할 수도 있습니다만 많은 환자들이 의사들이 깜짝놀랄 정도의 회복력을 보여주기도 합니다.  

언제나 희망을 잃지 않는 것이 중요합니다.

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by Reigh LeBlanc from Flickr


시험공부를 할 때 그렇게 안 외워지던 페이지가 거의 반쯤 포기하고 잠자리에 들었다가 일어나면 아침에 머릿속에 정리되어 있는 경험을 해보신 적 있는지요?  저는 꽤 많습니다.  그래서, 시험때 방을 새워 공부하기 보다는 단 몇 시간이라도 반드시 잠을 자는 것이 유리하다는 것을 몸으로 체득하고는 있었는데, 이에 대한 과학적 근거가 되는 연구논문이 나왔습니다. (시험에서의 기억은 단기기억이고, 이번 논문의 주제는 단기기억이 장기기억으로 넘어가는 것이기 때문에 완전히 설명하는 것은 아닙니다만 ...)

과거 프로이드는 낮에 경험하고 학습한 것들이 잠을 자는 동안 꿈을 통해 다양한 방식으로 재구성되고, 새로운 기억들이 구성된다는 주장을 한 적이 있습니다.  이에 대한 과학적인 근거가 있었던 것은 아닙니다.  이 블로그에서도 몇 차례 언급한 바 있지만, 인간의 단기기억력을 담당하는 뇌의 부위는 해마(hippocampus) 입니다.  그리고, 여기에서 일부의 기억들은 장기기억으로 넘어가게 됩니다.

수면과 기억력과 관련하여 2009년 9월 11일에 온라인 출간된 네이처 신경과학(Nature Neuroscience)지에 현재 Rutgers 대학의 분자/행동 신경과학 센터의 교수인 György Buzsaki 팀이 "sharp wave ripples," 라고 불리는 짧은 뇌에서 발생하는 이벤트를 발견하였다고 발표하였습니다.  그리고, 연구팀은 이 이벤트가 해마에서 생성된 학습정보가 장기기억이 저장되는 신피질(neocortex)로 넘어가면서 나타난다는 것을 알아냈습니다.

"Sharp wave ripples"는 강렬하고 압축된 파형으로 해마에서 나타나는데, 해마가 실제로 활발히 움직이지 않고 쉴때 나타납니다.  특히, 잠을 잘 때 많이 발생하는 이벤트로 수면의 가장 깊은 단게인 3단계에서 주로 나타납니다.  즉, 우리 뇌가 열심히 활동하면서 기록된 단기기억 정보들이 잠을 자면서 쉬는 동안에 필요한 것들을 골라서 장기기억 장치로 열심히 옮기는 작업을 한다는 것(?) 입니다.  마치 중요한 정보를 한밤 중에 컴퓨터가 자동으로 백업을 하는 것과 무척 비슷하지요?

이 연구는 쥐를 이용해서 이루어졌는데, 쥐들로 하여금 공간지각 능력과 관련한 작업을 훈련시키면서 각각의 훈련 세션마다 잠을 자도록 했습니다.  이렇게 수면을 취한 쥐들은 "ripples" 이벤트 뇌파가 모두 나왔고, 그런 쥐들이 수면을 취하지 않고, 이런 이벤트가 없는 쥐들에 비해 학습의 진행이 더욱 잘 되었습니다.  또한, 수면을 취하더라도 전기적 자극을 통해 "ripples" 이벤트 뇌파를 제거하면 학습효과가 저하되었습니다.

이 연구는 연구방법의 측면에서도 의미가 있습니다.  최근까지의 연구가 주로 fMRI(기능성 MRI)를 이용해서 뇌의 특정부위가 어떤 행동이나 기능과 연관이 있는지를 밝히는 것들이 많았는데, 이제는 뇌전도(electroencephalogram)나 신경의 전기전달과 관련한 측정방법 등을 이용해서 특정 이벤트와 행위 등이 뇌의 어떤 부위들과 연계가 되는지에 대해서 알아볼 수 있다는 점에서도 의미가 있다고 하겠습니다.


참고문헌 (연구논문 원문링크)

Gabrielle Girardeau, Karim Benchenane, Sidney I Wiener, György Buzsáki & Michaël B Zugaro. 
Selective suppression of hippocampal ripples impairs spatial memory
Nature Neuroscience, 2009; DOI: 10.1038/nn.2384

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by CaptPiper from Flickr


1992년 미국의 완구업체인 Mattel Toys가 세계적 히트 상품이 바비(Barbie) 인형이 말하는 것을 출시한 적이 있습니다.  어떤 말을 하게 했는지 아시나요?  바로 "Math class is tough! (수학은 너무 어려워)" 였습니다.  이 인형은 부모와 교사들에게 상당한 논쟁을 불러 일으켰는데, 실제 연구에 따르면 남자들이 여자들보다 다른 모든 조건을 동일하게 맞추었을때 수학 점수가 더 높다고 합니다. (출처: Psychology Today).

이 논쟁은 우리가 생각하는 것보다 우리의 뇌와 생각하는 방식이 남자와 여자의 차이가 실제로 상당히 다르다는 것을 의미합니다.  중요한 것은 차별이 아니라 실제로 다름을 인정하고, 서로를 이해하는 것입니다.  과거에 생물학적으로 다른 점에 대해서도 포스팅한 적이 있으니, 같이 읽으시면 더욱 좋겠습니다.

연관글:

남자와 여자, 뇌의 구성부터 차이가 있다.

뇌는 회백질(gray matter)과 백질(white matter)로 구성됩니다.  뇌 뿐만 아니라 척수도 그렇게 구성이 되어 있죠.  보통 회백질에는 세포체가 많이 모여있고, 백질에는 신호를 전달하는 수초의 다발이 많이 있습니다.  재미있게도, 체적으로 따졌을 때 남자들이 여자들보다 회백질의 양이 6.5배가 많습니다.  반대로 백질은 여자들이 남자보다 10배가 많습니다.  세포체가 많은 회백질은 뇌에서 이런저런 입력신호를 처리하는 역할을 하고,  백질은 이들 사이의 연결을 담당한다고 이야기할 수 있습니다.  조금 더 달리 이야기하면 남자들은 구체적인 데이터를 처리하는 영역이 더 넓은데 비해, 여자들은 무수한 연결을 통해 다양한 패턴을 처리할 수 있는 영역이 더 넓은 것입니다. (출처: Live Science) 물론, 뇌의 영역을 어떻게 훈련시키고, 활용하느냐의 문제는 개인의 차이와 환경에 의해 많이 좌우가 되겠지요?  어쨌든 남자들이 여자들보다 수학을 잘하고, 여자들이 남자보다 언어 능력이 좋다는 사실은 상당히 근거가 있다고 하겠습니다.


뇌를 활용하는 방식에도 차이

일반적으로 정보를 처리할 때 여자들이 양쪽 뇌를 균형되게 잘 쓰는데 비해, 남자들은 언어를 주관하는 주뇌(좌측이든 우측이든, 좌측이 많습니다)를 주로 많이 쓴다는 이야기도 있습니다.  보통 주뇌가 보다 분석적이고, 문제해결을 잘하고, 작업에 집중하는 등의 능력과 관련이 있기 때문에 남자들이 여자보다 일벌레(?)가 많은 것도 같습니다.  여자들의 경우도 주뇌를 잘 사용하지만, 반대편 뇌도 잘 활용하는 편입니다.  반대편 뇌(보통 우뇌가 많습니다)는 감성을 처리하고, 직관과 논리로 설명할 수 없는 아름다움 등을 찾아내는 능력과 관련이 있습니다.

어떤 심리학자들은 여자들이 쇼핑을 좋아하는 것과, 일상생활에서 좋아하는 것들이 남자들이 보기에는 하찮고 쓸데없는 것으로 보는 경향이 많이 있고, 이로 인해 대화가 잘 이루어지지 않고 소통을 못하는 경우가 의외로 많다고 지적을 합니다.  심리치료의 경우에도, 여자들은 비교적 순응적이고 잘 받아들이는데 비해, 남자들은 받아들이지 않는 경우가 많고, 말수가 적으며 자신을 잘 개방하지 않는 경향이 있습니다.  그보다는 문제의 해결에 골몰한다거나, 혼자서 보내는 시간이 많습니다.  그에 비해 여자들은 확실히 그룹을 만들기를 좋아하고, 수다를 좋아합니다.  


통합의 시대, 남성성과 여성성도 선입견?

그러나, 시대가 변화하면서 이런 정적인 개념보다는 보다 통합적인 훈련들이 많이 되면서 상당부분 비슷해지는 양상이 보입니다.  남자들도 수다떨기 좋아하고, 감성적인 여성성(?)이라고 불렸던 특징들을 가진 사람들이 늘어나고 있고, 여자들도 반대로 일벌레이면서, 논리적인 접근을 많이 하는 사람들이 늘고 있습니다.  사회의 변화에 따라 서로 다른 훈련과 경험을 하기 때문에 그런 것이겠지요?  

그렇더라도, 일련의 차이에 대해서는 조금이나마 알아두는 것이 사회를 살아가는데 도움이 되리라 봅니다.  다름을 인정하고, 이를 슬기롭게 조화시켜나가는 것!  그것이 날이 갈수록 연결이 많아지고, 사람들과의 관계가 중요해지는 현대사회에서 경쟁력을 갖추는 지름길이 될 것입니다.

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by Hljod.Huskona from Flickr


오늘 포스팅은 2009년 TED 미팅에서 정보 디자이너이자 이미지와 우리 뇌의 인식과 관련한 멋진 강의를 해준 오토데스크의 Tom Wujec이 발표한 내용을 바탕으로 재구성을 하였습니다.  전체 발표를 보고자 하시는 분은 이 블로그 포스팅 하단에 임베딩한 비디오를 참고하시기 바랍니다.


시각중추가 시작지점

현대의 인지심리학자들 이론에 따르면 뇌는 세계가 있는 그대로를 인지 하는 것이 아니라 다양한 과정을 통한 발견의 순간들로 받아들이게 됩니다.  이러한 인지의 과정은 눈에서 시작하는 것이 가장 강렬합니다.  빛이 들어와서, 망막을 자극하면 시각회로의 작동이 시작되고, 이 신호들은 주로 뇌의 가장 뒷 부분에 위치한 시각 영역 피질로 흘러 들어갑니다.  이 영역에서는 보통 가장 단순한 위치를 인식하고, 단순한 모양 정도를 인식합니다.  하지만 이 영역은 곧 뇌의 여러가지 영역으로 신호 정보를 흘려 보냅니다.  이를 통해 약 30 개 정도의 서로 다른 부분이 선택적으로 신호를 받아서 의미를 만들어냅니다. 


시각을 인지하는 시각중추


다양한 연결에 따른 뇌의 다른 부위의 활성화

이렇게 시각중추에서 시작된 뇌의 신호는 실제로 다양한 인지기능과의 연관을 위하여 우리 뇌의 다양한 부분으로 신호가 전달되어 해당 부위를 활성화하게 됩니다.  아래 그림은 그 중에서 가장 중요하게 생각되는 ventral stream과 dorsal stream이라는 부위입니다.




Ventral stream은 뇌가 시각적으로 받아들인 신호를 인식하게 되는 부분으로, 시각적으로 들어온 신호가 "무엇인지"를 인지합니다.  다양한 물체를 보았을 때 이 부분이 활성화 되어서 물체가 무엇인지를 인식하게 되는 것입니다.  그리고, dorsal stream은 물체가 실제 공간 상에서 어디에 있는지를 인식합니다. 

Ventral stream과 dorsal stream이 "무엇"을 "어디서"를 책임지고 이해를 한다면, 아래 그림에 보이는 limbic system(변연계)는 감정을 느끼게 합니다.  이 부분은 우리 뇌의 가장 깊숙한 부분에 있으며, 진화의 역사를 보아도 많은 동물들이 가지고 있는 뇌에서 제일 오래된 부분입니다.  이 영역은 우리가 감정을 느끼는 부분으로, 소위 말하는 마음이라는 것의 실체를 가장 많이 가지고 있는 곳입니다.  어떤 물체나 장면을 보았을 때 감정적인 반응을 불러 일으킵니다.




뇌는 다양한 프로세스를 조합하여 인식을 한다.

가장 중요한 세가지 영역을 소개했지만, 실제로 어떤 의미를 인식할 때에는 이와 같은 다양한 프로세스 영역들이 조합이 됩니다.  뇌는 이러한 정보들을 병렬적으로 처리를 하기 때문에 실제로 많은 수의 데이터가 하나의 의미를 인지하기 위해서 동원되는 것입니다.

예를 들어, 어떤 이미지를 본다고 할 때 눈은 들어오는 시각정보를 전체적으로 인식하기 보다는 집중하는 곳을 중심으로 이곳저곳의 부분이 선택되어 시각에 의한 논리가 구성됩니다.  이것들을 조합한 뒤에, 그 의미를 형성하게 됩니다.  이런 현상을 이해하고 나면 정보의 습득 및 인지를 보다 심화할 수 있는 방법을 고안할 수 있습니다.  그 대표적인 장치가 Perceptive Pixel의 "Magic Wall" 입니다.  아래 유튜브 동영상은 CNN이 이 기술을 이용해서 보도를 하는 장면입니다.




이 기술은 주요한 아이디어를 비교하고 대조할 수 있게 합니다.  서로 우리의 능동적인 동작을 통해 연관된 이미지를 조합하고 생성하는 활동을 하게 되면, 뇌의 여러 부분이 활성화되고 동시에 변연계(limbic system)도활성화되기 때문에 인지에도 도움이 될 뿐만 아니라, 변연계와 밀접하게 연관되어 있는 단기 기억력에도 영향을 미치게 됩니다.

우리는 보는 것을 통해서 의미를 찾아내고 시각신호들을 해석하는 활동을 통해서 의미를 해석합니다.  그렇기 때문에, 단순히 말로 설명하는 것보다 이미지가 있으면 의미의 전달을 가속화 하거나 보다 명확히 할 수 있고, 동시에 더욱 잘 기억할 수 있게 됩니다.  시각과 상호작용을 통한 학습이 중요한 이유가 여기에 있습니다.


실생활에서의 응용

Magic Wall과 같은 첨단 시스템을 활용하는 것도 좋지만, 우리의 업무나 실생활에서도 이러한 뇌과학에 대한 이해는 다양하게 응용이 될 수 있습니다.  

가장 쉽게 응용할 수 있는 방법이 전략을 짤 때 벽전체가 거대한 화이트 보드로 만들어져서 많은 사람들이 동시에 그림과 도식화, 그리고 글을 쓰면서 토의를 하는 방법입니다.  특히, 협업을 할 때 유용한 방법으로 팀을 짜서 전체적인 전략 계획을 하나의 거대한 벽에 그리는데, 모든 사람이 다른 부분들을 전부 볼 수 있게 되기 때문에 무척 강력합니다.  전략 계획을 세우는데 있어서는 언제나 부분적인 부분도 이해를 하지만, 전체적인 이해도 가능해지게 되지요.  일방적인 강의나 받아적기 형식보다는 모든 참여자들이 공통으로 자신들의 생각을 그려 넣고, 빼는 과정을 통해 전체를 완성해 나가는 방식입니다.  일단 완성이 되면, 모두가 동의할 때에만 다음으로 넘어갑니다.  이렇게 하면 모든 사람이 전체적인 전략과 자신이 맡은 세부전략을 다 이해할 수 있습니다.

이런 비주얼한 방식을 접목시키기 쉽도록 하기 위한 디지털 기술의 발전이 중요합니다.  증강현실 기술과 같은 비주얼한 기술과 현실세계를 접목시키는 시도, 그리고 터치 스크린이나 동작인식을 통해 조작을 할 수 있도록 만드는 기술이 중요한 이유 중의 하나가 여기에 있습니다.  커다란 스크린을 사용하여 여러가지 영상을 동시에 상호작용을 통해 보여주고, 내용에 대한 이해를 하는 것과 동시에 다양한 의견들이 집단적으로 접목될 수 있도록 만드는 다중회의 시스템 같은 것들이 미래에는 보편화 될 것입니다.




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