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뇌는 좌우의 2개 반구로 되어 있습니다.  창의성은 양쪽 뇌가 같이 소통을 할 때 잘 발현된다는 것은 이미 잘 알려져 있습니다.  예를 들어, 좌우 뇌를 연결하는 부위를 잘라내면 (이런 수술을 commissurotomy 라고 합니다), 창의적인 작업에 애를 먹게 됩니다.  2009년 Elizabeth Shobe 박사 연구팀이 재미있는 논문을 발표했는데, 이런 사실을 바탕으로 창의성의 훈련과 관련한 약간의 가능성 및 배경이 될만한 논문이라서 소개를 해볼까 합니다.

Shobe 박사팀은 62명의 실험 참가자들에게 "Alternative Uses Test"라고 불리는 창의성 테스트를 하였습니다.  벽돌이나 신문과 같은 일상적인 물체를 가지고 할 수 있는 독특한 일들을 생각하는 것인데, 일단은 왼손이나 오른손 어느 한쪽으로 편향되었는지 아니면 상대적으로 양손의 정교함이 비슷한 수준의 양손잡이 그룹인지 분류하였습니다.  

여기에서 재미있는 시도를 하였는데, 작업을 시작하기 전에 2그룹으로 나누어서 한 그룹에게는 30초 정도의 시간을 들여서 눈을 좌우로 왔다갔다 하도록 하였습니다.  이 운동은 좌우 뇌의 소통을 돕는 것으로 알려져 있습니다.  그리고, 나머지 한 그룹에게는 앞을 그냥 30초간 쳐다보도록 하였습니다.  결과는 어땠을까요?  좌우 어느 한쪽으로 편향된 사람들 중에서, 눈 운동을 한 그룹에서 그렇지 않은 그룹보다 훨씬 좋은 창의성 테스트 결과가 나왔습니다.  그런데, 처음부터 양손잡이인 그룹의 경우에는 창의성 테스트 결과가 좌우 쳐다보는 운동이 큰 영향을 끼치지 않았습니다.  물론, 양손잡이 그룹이 어느 한쪽 손으로 많이 치우친 그룹에 비해서는 전반적인 테스트 결과가 좋았습니다.

이 결과는 좌우 뇌의 어느 한쪽이 우성이면서, 소통이 적은 사람의 경우 눈의 좌우로 쳐다보는 일종의 준비운동이 창의성과 관련한 작업을 하는데 도움이 된다는 것을 의미합니다.  그에 비해, 이미 좌우 뇌의 소통이 어느 정도 되고 있는 양손잡이의 경우에는 그리 큰 영향을 미치지 않았다고 해석을 할 수 있습니다.  물론, 테스트를 한 사람의 수도 적고, 명확한 이론으로 자리를 잡으려면 앞으로 많은 연구가 더 수행되어야 하겠지만, 기본적인 백그라운드 이론이 있고, 좌우로 눈운동을 하는 것이 그리 어려운 일도 아니기 때문에 창의성을 요하는 작업에 앞서 마치 우리가 준비운동을 하듯이 뇌에 대한 준비운동으로 눈을 굴려보는 것도 그리 나쁘지 않다는 생각입니다.


참고자료

Shobe ER, Ross NM, & Fleck JI (2009). Influence of handedness and bilateral eye movements on creativity. Brain and cognition, 71 (3), 204-14 PMID: 19800726

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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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by breezeDebris from Flickr


학교에서 수업 중간중간 가지는 스트레칭과 같은 간단한 운동이 학생들의 수업에 있어서 집중도를 높이는 역할을 한다는 것을 아시나요?

독일의 울름대학(University of Ulm)의 Sabine Kubesch 박사팀은 집중력이 매 30분마다 간단한 에어로빅 운동을 할 경우에 증가된다는 것을 발견했습니다.  그래서, 수학등과 같이 집중력이 중요한 공부를 할 때에는 간단한 운동 스케쥴도 같이 집어 넣는 것이 좋다고 주장을 한바 있습니다.

뒤이어 최근 발표한 논문에서는 인지와 학습능력에 대한 검증을 뇌의 전기적 활동을 연구함으로서 학생들의 집중력을 보다 체계적으로 검증했습니다.  이 논문은 Brain Research 2009년 5월호에 실렸는데요, 아래에 논문을 링크합니다.

원문:


내용을 요약하면 다음과 같습니다.  물리적인 활동과 에어로빅 운동이 건강도 증진하지만, 뇌의 인지기능에도 긍정적인 효과를 준다는 것입니다.  이런 사실을 규명하기 위해서 연구팀은 행동과학적인 임무완수와 관련한 연구와 전기생리학적인 연구를 병행했는데, 35명의 13~14세 정도의 청소년들을 대상으로 운동을 많이 하는 그룹과 적게하는 그룹으로 나누어서 조사를 하였습니다.  연구결과 운동을 많이 하는 그룹에서 CNV 수치가 높게 측정이 되었는데, 이는 작업 준비과정이 효율적이 되었다는 것을 의미하며 N2 수치는 낮게 나왔는데, 이는 실행제어 프로세스가 보다 효율적이라는 것을 의미합니다.  전체적으로 간단한 운동이 인지기능과 처리과정을 증진하는데 도움이 된다는 것이 전기생리학적 연구결과가 증명해주고 있습니다.

이러한 연구결과를 바탕으로 학교에서 수업 중간에 효과적으로 수행할 수 있는 운동방법에 대한 연구가 앞으로 활발하게 진행될 것으로 예상됩니다.  이와 같이 뇌과학 연구는 단순히 뇌의 신비를 밝혀내는 것 자체로 큰 의미가 있지만, 일상생활에 응용될 수 있는 부분들도 많습니다.  학교에서 공부에 찌든 학생들을 위해, 짬짬히 스트레칭이나 간단한 운동으로 집중력을 높일 수 있다는 것은 굳이 강제적인 단체활동으로 만들기 보다, 강의나 수업을 진행하는 선생님의 재량으로도 충분히 적절하게 이용할 수 있다는 생각입니다.  수업의 흐름을 깬다고 생각하지 말고,  20~30분 정도 진행하고 한번쯤 기지개를 펴고 일어나서 가볍게 움직일 수 있도록 하는 발상의 전환을 해본다면 어떨까요?

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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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