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2015-04-12 19:12:20※이전 글을 읽지 않았다면, 전혀 이해가 되지 않을테니
이 글을 보기전에 1부 2부 안본 게이들은 반드시 보고 오기 바람.
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※ 본의아니게 스크롤 압박이 존나 심하게 되었으니 주의 바람.
프랑스의 폴 브로카
그는 좌반구 전두엽 특정영역이 손상된 환자를 통해
언어의 표현(그리고 생득적인 문법체계)과 관계된 영역을 발견했다.
이곳이 손상되면 언어를 이해는 하지만 표현하지 못하는 표현성 실어증(expressive aphasia)이 나타난다.
독일의 칼 베르니케
<※혐짤주의>
그 역시 좌반구 특정 영역이 손상된 환자들을 통해
말을 하는것은 되는데, 언어의 이해가 안되는,
표현성 실어증의 반대인 수용성 실어증(receptive aphasia)을 발견했다
말을 하는 것과 관련된 브로카영역과
언어를 이해하는 것과 관련된 베르니케 영역.
이렇게 '뇌에는 구별되는 인지 체계들'이 있었다..
그리고 또한...
다른 실어증 환자들은 저렇게 브로카영역과 베르니케영역의 손상으로 인한
언어에서의 인지장애를 나타낼 뿐만 아니라..
억양(intonation)이나 운율(prosody)와 같은 언어의 정서적 측면에 문제를 일으키는 영역도 발견됐따
2부에 이어서..........
뇌에는 구별되는 인지 체계들이 있다.
............
그동안 언어처리를 따로 담당하는 국소적인 체계가 피질에 있다는
설득력 있는 증거들이 쌓여가고 있었음에도 불구하고
인간의 정서, 감정기능에서 만큼은 구분될 수 있는 특정 체계가 없다는 견해는
오랫동안 뇌를 다루던 연구자들의 지배적이었다.
감정상태, 정서. Emotion
Localization으로 대세가 기울었음에도 불구하고
정서, Emotion에서 만큼만은 뇌의 전체 활동에 의해 표현되어야만 한다는,
일종의 전체론적 관점이 상당히 오랫동안 지배적이었다.
그러나 가장 최근에야 들어서 이러한 견해가 수정되고 있다.
뇌과학이 정서를 진지하게 다루게 된 것은 가장 최근의 일이다.
말을 하거나 이해하는
그런 언어에서의 인지장애 뿐만 아니라..
어떤 실어증 환자들은
억양(intonation)이나 운율(prosody)와 같은 언어의 정서적 측면에 문제가 있었다.
이런 정서적 측면은
우반구에 의해 표상된다.
놀랍게도 우반구의 이런 언어 정서요소의 신경조직화는
좌반구의 언어논리요소에 조직화와 거의 완벽히 대칭을 이룬다.
즉, 좌반구 베르니케영역에 상응하는 우반구 측두영역에 손상이 생기면,
말의 정서적 측면을 이해하는데 장애가 나타나
어떤 말이 담고있는 억양이나 운율이 기쁨에 찬 말인지, 슬픈 말인지 전혀 이해하지못한다.
대조적으로 브로카영역에 상응하는 우반구 전두영역에 손상이 생기면
말할 때 억양과 운율을 살려 감정을 실을 수 없게된다.
언어란, 단순히 말하고 이해하는 것이 아니다.
언어라는 기능은 여러가지 복잡한 세부적인 하위기능들을 모두 포함하는 것이었다.
따라서, 언어에 필요한 뉴런들이 우반구에도 존재하는 것이다.
라고 할 수 있다.
이렇게 언어와 대칭을 이루는 우반구 영역 손상으로 인한 언어의 정서적 측면의 장애는
무운율증(Aprosodia)라고 한다.
실어증(Aphasia)와 똑같이 감각성, 운동성, 전도성으로 분류가 된다.
간질...
만성 측두엽 간질을 가진 환자들에 대한 연구를 통해서도
정서상태를 조절하는 뇌의 영역들이 밝혀졌다.
간질은 아직은 불확실하고, 어떤 잘 알려지지 않은 이유들로
특정부위에서 부터 시작하여 뇌의 뉴런들이 무지막지한 강렬한 신경 점화가
통제 불가능하게 전파되는것이다.
이런 환자들은 발작이 일어나는 동안(ictal phenomena)어떤 랜덤한 점화들에 의해 특징적인 정서변화를 보인다.
예컨대, 비현실적인 느낌, 예전에 갔던 장소에 있는 느낌, 전에 경험한 듯한 느낌
일시적인 시각 또는 청각적 환각, 자신이 낯설게 느껴지는 이인증, 공포, 분노, 망상, 부적절한 성적느낌
편집증 등이 포함된다.
그러나 좀 더 지속적인 변화는 환자가 발작이 없을 때,
발작간 현상(interictal phenomena) 에서 분명하다.
대부분 환자는 하나 또는 그 이상의 구별가능한 특질을 갖거나,
과도하게 감정적이거나, 열성적으로 종교적이거나,
극단적으로 윤리적이거나,
유머감각이 완전 결여되어 있다.
이와는 매우 대조적으로
측두엽 바깥에 간질병소가 있을 때는
비정상적인 감정이나 행동을 나타내지 않는다.
결국...
이런 것들이 보여주는 것은
정서상태도 뇌에서 국소적인 특수 체계들에 의해 매개된다.
라는 사실이다.
Alim-Louis Benabid
이 사람은 원래 파킨슨병을 연구하던 의사다
Alim-Louis Benabid박사는 운동계의 한 부분인 시상하핵(subthalamic nucleus)
영역에 고주파 전기자극을 가하면 운동장애의 일종인 파킨슨병 환자의
몸을 살살 떠는 증상을 개선할 수 있는 것을 발견했다.
그런데 흥미롭게도
이 부위를 자극할 때 떨림 증세만 완화되는 것이 아니라
이상한 정서상태가 유도되는게 관찰되었다.
파킨슨병 환자들에게서는 전반적으로 저하되어있는 행복감
성적 쾌감의 증가, 흥겨운 느낌, 가벼운 웃음, 아주 우스움
같은 정서상태가 유도되었다.
심지어 어떤 환자는 우울한 상태에서 자살을 생각해 오고 있었는데
이런 자극 치료를 받다가 그러한 생각을 버리고 유쾌한 생활을 시작했다.
심지어 창의적인 성향을 갖게되어 여러 과제들을 시작해 스포츠카도 사고
여러 여성과 교제하려 하기까지 했다한다.
마지막으로
편도체(Amygdala)
해마 끝부분에 달려있는 아몬드 같이 생긴 편도체는
정서 조절과 관련된 가장 중요한 구조물로, 대뇌반구 깊숙이 놓여있다.
이 편도체의 역할은 간질을 일으키는 측두엽 내에서의 손상효과를 연구하다가 우연히 발견되었다.
편도의 자극성 손상이나 편도발작에 효과는 과도한 정서표현을 야기하고
파괴적 손상은 연관된 기능체계의 탈연결을 통해 정서기능의 소실을 가져온다.
이 부위와 가장 주요한 정서는
공포(fear)다.
현재 공포는 가장 연구가 잘 된(그리고 가장 연구하기 용이한..) 정서기능이다.
이 연구는
대부분 뉴욕대학 심리학과 교수인 Joseph Ledoux 박사의 연구에서 나온 것이다.
Joseph 박사는 현재 Emotion, Affective neuroscience(정서신경과학)
분야를 주도하고 있다.
정서신경과학은 마음의 기능 중에서 정서의 생물학적 기초를 연구한다.
뇌과학이 정서를 진지하게 다루게 된 것은 가장 최근의 일이다.
오랫동안 정서는 지극히 주관적이고 애매하고, 추상적인 마음의 상태이며, 인간만이 갖고 있는
능력인 이성의 반대로 간주되었기 때문에 신경과학은 커녕 인지과학이나 심리학에서 조차
정서를 주요 연구 대상으로 간주하지 않았었다.
(※ 이 예로 인지과학이라는 신생학문의 학문역사를 다룬 책
'마음의 새로운 과학' 에서는 정서(emotion)이라는 단어가 아예 나오지 않는다)
1994년 미국 신경과학자 안토니오 다마지오에 의해
정서는 이성의 반대에며 이성적 판단이 감성적 판단을 앞선다는
'감성팔이'라는 고정관념이 결국 오류라는 것을 밝혀 결론을 냈다.
현재 정서는 이 두 주요과학자의 주도로
오늘날 신경과학의 핵심적인 주제로 부각되었다.
가장 최신의 주제라고 해도 과언이 아닐 것이다.
이와 더불어
현재 신경과학이 풀지 못한 또다른 최대의 수수께끼 중 하나로는 의식(consciousness)이 손꼽힌다.
이에 관해서는 밑에 가서 나중에 설명할테니 기다려 달라..
참고로 Joseph Ledoux박사는 과학자이면서 동시에 'The Amygdaloids'라는 록밴드에서 활동하고 있기도 하다.
아무튼...
정서상태도 뇌에서 연관된 국소적인 특수 체계들이 있다
국소화 Localizaion VS 전체론 holisic view
이렇게 뇌기능의 국소화에 대한 증거들이 명백한데도
과거에 거부되었던 데에는 몇 가지 이유가 있었다.
골상학(Phrenology)자들은 지금까지 봐왔듯,
국소화에 대한 이론을 과장된 형태로 제시하였고
적절한 증거가 당시에는 없었다.
그들은 간과 췌장이 독립적인 소화기관이듯이,
대뇌피질의 각 지역들을 독립적인 정신기관들로 간주하여
이곳에서 완전하고도 뚜렷히 구별되는 인격의 각 측면들이 처리된다고 상상하였다.
플로렌스가 골상학을 반대한 것이나....
그 이후에 벌어진 전체영역관점(aggregate-field view) 지지자들과..
세포연결주의자들간의 엎치락 뒤치락 논쟁은
단순하면서 실험적 증거가 결여된 한 이론에 대한 적절한 반응들이었다.
그러나.....
과연....완전한 Localization 국소화론이 무조건 맞을까?
베르니케가 뇌에서 언어의
모듈식 조직(독립적인 기능을 지녔으며, 다른 독립된 기능들과
서로 연결된, 연속적이고 병렬적인 처리조직)에 대한
최초의 발상을 내놨다.
이후
이제 오늘날, 모든 인지적 능력들은 뇌의 여러 지역에 분산되어 있는 여러 처리 메커니즘들 간의
상호작용으로 이뤄진다는 것을 알게 되었다.
그러니까..........
특정한 뇌영역들은 특정한 정신능력에 딱 할당된 것이 아니라
일종의 기본처리 단위들(Elementary Processing Units)이다.
기본처리단위....
즉, 모듈(Module)
모듈이란 굳이 한국어로 번역하자면 '기본처리단위'를 뜻하는데
이 기본처리단위 라는 것은 컴퓨터의 부품에 비유해 생각해보면 쉽다.
지각, 동작, 언어, 사고, 기억등과 같은 정신과정들은 각각이 특정한 기능들을 지닌
서로 다른 뇌의 장소에 위치해있으며,
이렇게 기본처리단위, 즉 모듈간의 연속적이고 병렬적인 처리과정들 간의
상호연결에 의해 일어난다.
결과적으로 한 영역에서의 손상은 초기의 여러 신경학자들이 믿었던 것 처럼
한가지 인지기능(또는 능력)의 완전한 손상을 일으킬 필요는 없다.
한가지 행동이나 기능이 초기에는 사라지더라도,
손상되지 않은 뇌부위에 대해 기존의 연결이 재조직되면
다시 손상된 행동이 부분적으로 기능떠맡기 등으로 회복될 수도 있다는 것.
따라서 하나의 정신과정을
신경세포들이 직렬로 연결되어 있는(한세포가 옆세포와 직접 연결된)
사슬에 의해 매개되는 것으로 생각하는 것은 정확하지 않다
이런 사슬 구조에서 한 곳에서 연결이 파괴되면 전체과정이 파괴되기 때문이다.
따라서
좀 더 실제적인 모델은,
하나의 소통네트워크에서
서로 상호작용하고 궁극적으로
공통의 표적세포들 집합에 수렴하는
여러 개의 병렬 경로들로 구성되는 처리과정이다.
뇌에서 이런 모듈식처리과정(modular processing)이 있다는 것이
받아들여지기 까지는 상당한 오랜 시간이 걸렸는데,
최근에 이르러서야, 공학의 발달로 첨단분석도구들이 등장하여
한 가지 정신과정을 구성하는 요소들을 담당하는 특정 경로
또는 뇌 영역들을 제대로 분석할 수 있었기 때문이다.
또한 검증가능한 가설로 정신적 작동을 정의하는 것도 쉽지 않았기 때문이다.
영국의 수학자 앨런 튜링
요즘 영화 이미테이션 게임으로 잘알려져있다.
그는 이 튜링머신이라는 발상으로....
컴퓨터라는 복잡한 계산장치의 구상에 선구자가 되었다.
그는 생각했다.
기계도 생각할 수 있을까?
기계도 마음을 가질 수 있을까?
("Can machine think like human being?" 영화 이미테이션 게임 본 게이들은 이 대사 기억할것임)
그의 이런 고민들은...
과학자들로 하여금 인공지능이라는 새로운 개념의 떡밥을 물게 만들었다.
그러나 당시 심리학은 이에 대해 다른 방향으로 영향을 받았다.
그 영향은...
마음을 일종에 정보의 처리로 간주하는 것!
결과적으로 이 새로운 관점은
Cognitive Psychology 인지심리학이라는 새로운 분야를 낳게 했다.
이 인지심리학은
마음의 생물학을 연구하고 싶어하는 뇌과학자들이 처해있던 많은 문제들..
예컨대 검증가능한 가설로 정신적 작동을 정의하는 것등을 해결해 주었다.
최근 몇십년 사이에, 현대 인지심리학과 뇌를 분석하는 도구들과 뇌과학이 융합함으로써
마침내 모든 정신기능들이 하위기능들로 쪼개질 수 있음을 알게 되었다.
예를들어보면..
우리가 사물, 사람, 사건따위들에 대한 정보를 어떻게 배우고
저장하고, 회상하는지 생각해보자
언뜻 직관적으로 생각하기에, 우리는 각각의 지식이나 정보를
하나의 단일체로 저장한 후 기억을 건드리는 자극이나 상상만으로
회상할 것처럼 생각하기 일쑤다.
노짱에 대한 기억을 생각해보자.
우리는 노짱에 대한 모든것은 하나의 완성된 상으로 저장된 후
당신이 노짱을 보거나 그 목소리를 듣거나
아니면 노짱을 생각하는 것 만으로도 쉽게 머릿속 노짱 정보에 접근할 수 있는 것처럼 생각하기 쉽다.
그러나 우리의 이런 직관적 경험은 지식정보가 어떻게 기억으로 저장되는지
그 과정에 대해 제대로 알려주지 못한다.
노짱에 대한 지식은 하나의 표상으로 저장되는 것이 아니라,
여러 구분되는 하위 범주들로 쪼개진 후 별개로 분산되어 저장된다.
예컨대, 뇌의 한 지역은 노짱을 시각적으로 인식하게 해 주는 불변의 물리적 특징들에 대한 정보를 저장한다.
노짱 얼굴에서 변화하는 측면들(사람과 만나 얘기 할 때 나타나는 얼굴 표정과 입술이 움직임 등)에 대한 정보는
또 다른 지역에 저장된다.
노짱목소리를 인식하는 것은 또 다른 지역에 할당된다.
그리고 노짱과 관련된 온갖 사건들도 마찬가지로 각자 다르게 저장된다.
그러니까 한마디로....
이렇게.........
정신과정들이 모듈식으로 조직화되어있단거다.
정신과정이 모듈식으로 조직되어있는 가장 놀라운 예는
바로 자기 자신에 대한 감각(sense of self, 우리가 '나' 라고 말할 때 의미하는 것들의 총합, 즉 스스로 자각하는 일관된 존재)
이 우리 뇌의 양반구에 있는 독립적인 회로들간의 연결에 의해 이뤄진다는 사실이다.
즉, 의식
스페리는 바로 의식(Consciousness)도 단일한 과정이 아니다라는 놀라운 사실을 발견했다.
이제 2부에서 쓰다말았다는 그 Roger Sperry의
뇌과학 역사상 길이길이 남은 업적에 대해 아라보자.
1950년대 후반 칼텍 심리학과에 위치한 실험실에서
스페리는 2부에서 설명했듯이
여러 동물들에 신경연결을 바꿔치기하거나 절단하는 식의 기발한 실험들을 막 하고 있었는데...
그 중에는 좌뇌와 우뇌를 연결하는 좌우 사이의 신경섬유다발
뇌량(Corpus Callosum)이 절단 된 원숭이와 고양이에게
미치는 영향의 연구도 포함되어있었고
그 영향을 테스트 하기위한 새로운 방법이 막 개발되고 있었다.
연구결과, 온전한 뇌량을 가진 동물의 한쪽 뇌를 학습시키면
학습딘 기술이 다른 쪽 뇌에는 전달되지만
뇌량이 분리된 경우에는 전달되지 않는다는 사실이 발견되었다.
뇌를 분리하면 지각 능력과 학습 능력도 분리된 것이다.
이런 엄청난 결과가 화인되자, 사람에게도 비슷한 결과가 나타나는지에 대한 의문이 생겼다.
그러나 여기에 대해서 몇가지 이유로 상당한 회의론이 제기되었다.
19세기 말 다양한 신경 연구결과들이 발표되면서
뇌량의 국소 병변으로 발생하는 특이한 장애들이 보고되었으나..
칼 래슐리의 대뇌피질에 관한 equipotentiality, 등위성 이론에
희생되어 수년동안 괄시와 무시를 당하다
결국에는 잊혀져 버렸다.
또한
선천적으로 뇌량이 없이 태어난 기형 뇌를 가진 아이들의 경우
어떤 부작용이나 지적장애도 나타나지 않았다는 이유도 있었다
(*후에, 이 경우는 뇌량을 보완하는 다른 경로가 발달했다는 것이 밝혀짐)
1940년대 로체스터대학에서는
26명의 난치성 간질 환자들을 치료하기 위해
당시에는 교련절개술로 알려졌지만 엄밀히 따지면 뇌량 절제술이던
그 수술을 시술 했었다.
후에 젊은 의사이던 Andrew Akelaitis 앤드류 아켈라이티스가
이 환자들을 검사한 결과
어떤 신경학적, 심리적 변화도 발견하지 못했다
환자들 모두 수술 후에도 평상시와 다른 큰 차이점을 느끼지 못했다.
래슐리는 이 결과를 놓치지 않고
대뇌피질의 mass action과 equipoteltiality 법칙에 대한 자신의 생각을 더욱 굳히며
별개의 뇌 회로는 중요하지 않고, 피질의 전체적인 양이 중요하다고 주장했다.
뇌량은 단지 뇌의 두 반구를 묶는 역할일 뿐이라는 것이다.
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Michael Gazzaniga.
당시 다트머스대학 3학년에 재학중이던 풋내기 대학생 마이클 가자니가는
여름방학 동안 칼텍의 로저 스페리 연구실에 연구보조로 일할 기회를 얻었다.
앞서 말한 것 처럼, 당시 스페리는 신경연결 뒤바꾸기나 신경 재생 연구를 한창 하고 있었다.
그래서 여름 내내 마이클은 스페리의 실험실에서
그가 하는 연구를 구경하면서 쥐의 뇌를 마비시키느라 시간을 보내며
로저 스페리의 연구를 익혔다.
그는 그곳에서 뇌량이 절단된 고양이, 원숭이, 침팬지의 뇌 기능이
극적으로 변한다는 것을 지켜보면서...
엄청난 신박함을 느끼며 참을 수 없는 의문에 사로잡혔다.
"사람의 경우는 어떨까?"
.....
마이클은 4학년을 보내면서 앞서 말한 앤드류 아켈라이티스가 테스트 했다던
로체스터 대학 병원의 뇌량절단 환자들을 봄방학때 다시 테스트할 계획을 세웠고
아켈라이티스가 했던 테스트와 다른 검사 방법을 설계했다.
마이클은 다트머스대학의 히치콕 재단으로 부터
태어나서 처음으로 호텔 숙박비와 자동차 렌탈비로 200달러의 보조금을 지원받고
그 돈으로 다트머스 대학 심리학과에서 쓰던 타키스토스코프(Taschistoscope) 장비를
빌려서 차에 한가득 실고, 차를 몰고 로체스터로 향했다.
타키스토스코프란 컴퓨터가 등장하기 전에 있던 것으로
화면 스크린에 이미지를 쏴서 일정시간 보여주는 기계장치다.
(이게 당시 마이클이 썼던 타키스토스코프)
그는 로체스터 대학 병원에서 기대에 가득찬 채로
실험을 하기 위해 기다렸으나..
공교롭게도 갑작스럽게 취소가 되어버렸따.
환자와 만날 기회를 잃어버린
마이클은 큰 실망에 빠졌지만 호기심은 사그라들지 않았다.
(학생시절의 마이클 가자니가)
그는 결국 다트머스 대학에서 4학년을 마저 끝내고, 자신이 연구조교로 있었던
칼텍 심리학과의 대학원으로 들어가 로저스페리의 실험실에 정식으로 들어가게 된다.
그러다가...
그가 대학원에 있으면서 또 다시 그 실험을 테스트해 볼 기회가 마침내 찾아왔다.
LA의 White Memorial 병원.
당시, 그곳의 신경외과 레지던트이던 Joseph Bogen.
그리고 그 주치의 Philip Vogal은 한명의 난치성 간질 환자를 맡고 있었다.
Vogal이 그 동안의 의학문건을 꼼꼼히 검토해 본 후, 뇌량을 절제하는 분리 수술을 받으면
효과가 있으리라 생각했고
마침내 환자도 이에 동의를 한 것이다.
WJ라는 가명으로 알려져 있는 이 씩씩하고 멋진 환자는
일주일에 두 번의 대 발작으로 고통을 받고 있었으며....
발작이 일어날 때 마다 회복하는데 꼬박 하루가 걸렸다.
이 발작은 WJ의 삶에 엄청난 영향을 주었고 그는 기꺼이 수술을 할 준비가 되어 있었다.
당시, 뇌량을 절단하는 수술(corpus callosotomy) 절차는
보통... 환자가 다른 난치성 간질 치료법을 모두 시도한 뒤에도 차도가 없을 경우 진행되었다.
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이 뇌량을 절제하는 수술은 1940년 뉴욕 로체스터의 신경외과의로 있던
윌리엄 반 웨이그넌에 의해 최초로 나왔다.
그는 우연찮게 간질환자가 뇌량에 종양이 발달 한 후
발작 증상이 완화되는 현상을 관찰했다.
그리고 겉보기에, 뇌량이 망가진 후에도 그 환자는 멀쩡했다
그 현상을 바탕으로 웨이그넌은 양쪽 뇌의 연결이 끊어진다면
발작을 일으키는 무지막지한 신경계 전위 자극들이
한쪽 뇌에서 다른 쪽 뇌로 확산되지 못해 발작이 제거되리라 생각했던 것이다.
웨이그넌은 뇌를 분리한 뒤 나타날 부작용이 조금 두려웠으나,
시술 후 환자들의 발작이 평균 60에서 70%정도 감소했고, 일부 환자는 발작이 완전히 사라졌다.
그리고 환자들 모두 별다른 이상을 느끼지 못했고, 멀쩡해 보였기 때문에
결국 이 수술은 문제가 없다고 생각했다.
시술 받은 환자들 모두 별다른 이상을 느끼지 못했다.
그야말로 정상인과 다름없어 보였다.
이 수술은 두개의 뇌 반구를 이여주는 섬유경로인 전교련anterior commisure와
뇌량을 절단하는 과정이 포함된다.
그렇다고 반구 사이의 모든 연결이 완전히 절단되는 것은 아니다.
양쪽반구는 여전히 공통된 뇌간에 연결되어 있는데
뇌간이 비슷한 수준의 각성을 일으키기 때문에 양쪽 뇌는 편리하게도
비슷한 시간에 잠들고 깨어나게 된다.
이렇게 대뇌피질 아래의 하부 구조물 경로들은 온전하게 남아 있기 때문에
양쪽뇌는 신체의 신경으로부터 오감과 관련된 감각정보를,
그리고 근육, 관절, 힘줄 등에 위치한 감각신경으로부터 공간에서 몸이 차지하는 위치에 관한
자기 수용성 정보를 거의 그대로 전달 받는다.
양쪽뇌는 모두 안구의 움직임을 일으킬 수 있으며
특정자극을 다른 자극보다 우선적으로 선택할 수 있게 해주는 처리과정,
주의(attention)과정이 단 하나의 통합된 공간주의력 체계로 작동하면서
뇌가 분리된 후에도 지속적으로 단일초점을 유지할 수 있게 해준다.
이렇듯, 주의력또한 공간상 분리된 두개의 위치로 분산시킬 수 없다.
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다시 WJ이야기로 돌아가서..
수술은 대단히 성공적이었다.
WJ는 수술전과 어떤 차이도 느끼지 못했으며, 대발작이 완전히 사라졌다는 사실에 몹시 흥분했다.
마이클은 이제 자신이 다트머스대학 시절 준비했었던 테스트 절차를 다시 써먹을 기회를 가졌다.
마이클은 병원에 양해를 구하여
WJ에게 수술전과 수술 후의 검사하는 일을 맡았다
수술 전
WJ는 한쪽 시야에 보여 준 물체나 한쪽 손에 쥐어준 물체의 이름을 말할 수 있었다.
명령을 이해하고 한쪽 손으로 명령을 이행할 수 있었다.
쉽게말해, 그는 정상이었다.
수술 후, 다시 검사를 받을 때도
WJ는 별 이상을 감지하지 못했고
로체스터 병원의 환자들 처럼 더이상 발작이 나타나지 않는다는 점을
제외하고는 어떠한 변화도 느끼지 못했다.
마이클은 로체스터의 아켈라이티스가 사용한 테스트 절차와 다르게
인간의 시각계 해부 결과를 활용하는 테스트를 설계했었다.
인간의 경우 각 눈에서 나오는 시신경이 시교차(Optic Chiasm)이라는 곳에서 만나게 된다.
여기서 각 신경은 반으로 나뉘는데, 안쪽에 위치한 절반의 내측 신경은 시교차를 가로질러
반대쪽 뇌로 이어지고, 바깥에 위치한 절반의 외측 신경은 같은 쪽 뇌에 그대로 머무른다.
양쪽 눈에서 오른쪽 시야를 관장하는 부분은 좌뇌에 정보를 전달하고
왼쪽 시야에서 얻은 정보는 우뇌로 전달되어 우뇌에서 처리된다.
스페리의 동물 실험결과,
분리된 뇌에서는 시각 정보가 한쪽 뇌에서 다른쪽 뇌로 전달되지 않았다.
우뇌는 왼쪽 시야에서 전달된 정보만 인지할 수 있었고
그와 반대로 좌뇌는 오른쪽 시야에서 전달된 정보만 인지할 수 있었다.
시각계가 이런식으로 형성되어 있기 때문에,
마이클은 한쪽 뇌에만 시각적 정보를 입력할 수 있었다.
............
수술 후 처음으로 WJ를 진단하는 날이 되었다.
어떤 발견을 하게 될까?
처음에는 모든게 마이클의 예상대로 진행되었었다.
언어중추는 알려져있다 시피 좌측에만 위치하기 때문에
좌뇌에 물체를 보여주면(화면 스크린 상 오른쪽 시야) 물체의 이름을 말할 수 있을 터였다.
예상대로 그는 좌뇌에 보여준 물체의 이름을 쉽게 말할 수 있었다.
이런식으로 마이클은 오른쪽 시야에 숟가락 그림을 잠깐 비춘 후
"뭐가 보이던가요?"
라고 물었다.
WJ는 "숟가락이요" 라고 대답했다.
그런데 이 물체들을 좌측 시야를 통해 우뇌에 전달하면 어떻게 될까?
로체스터병원의 아켈라이티스에 연구는 양쪽 뇌가 서로 정보를 주고받는 데
뇌량이 중요한 역할을 하지 않는 다는 것을 보여주었다.
만일 아켈라이티스가 맞다면 WJ는 정상인처럼 물체를 묘사할 수 있을 것이다.
하지만 마이클은 그동안 로저 스페리 밑에서 실시한 동물 실험 결과를 보면서
이 결과에 판돈을 걸어도 되리라 확신했다.
WJ의 우뇌에 그림을 깜빡인 후 물었다
"뭐가 보이나요?"
......
마이클은 당시 몇 달치 월급이 걸린 룰렛 바퀴가
빨간색에 멈추는 순간을 상상할 때의 전율을 느꼈다고 한다.
생계와 수 시간의 노동을 결과에 투자해 놓은 상황에서
룰렛 휠의 속도가 느려질 수록 공이 빨간색에 멈추길 바라는 마음은 점점 커질 것이다.
마이클은 그 실험설계로 아직까지 알려지지 않은 진리가 밝혀지길 원하고 있었고
우뇌에 그림을 비출 순간이 다가오자 그 기대는 더욱 높아졌다.
무슨 일이 일어날까..
마이클의 아드레날린이 온몸에 솟구치고 심장은 축구공처럼 뛰고 있었다.
지금은 그 결과가 구식이 되고 파티에서 시시콜콜하게 떠들법한 이야깃거리가 되었지만..
WJ가
"아니요, 아무것도 안보여요"
라고 대답했을 때의 그 흥분은 말로 표현할 수 없었다.
분리뇌 수술을 받은 지 얼마 되지 않은 우뇌에 물체를 비추자
그는 좌뇌를 사용해 그 물체를 말로 표현하지 못했을 뿐 아니라 물체가 그곳에 있다는 사실조차 알지 못했다.
마이클은 풋내기 대학시절 계획하고, 대학원시절 실행에 옮길 수 있었던 실험으로
엄청난 발견을 해버린 것이다.
겉으로 보기에 WJ는 단순히 왼쪽시야, 즉 우뇌에 주어진 자극을 보지 못하는 것 같았다.
하지만 연구가 진행될 수록 사실은 그렇지 않았다.
양쪽뇌는 모두 안면근육을 조절할 수 있지만, 각각의 뇌는 각자의 손 원위근육을 관활한다.
즉, 좌뇌는 오른손을 관장하고, 우뇌는 왼손을 관장한다.
...........
실로 놀라운 발견이 계속해서 이어졌다.
그는 자신이 안보인다고 말했던 우뇌에 제시된 이미지 정보를
말은 할 수 없고, 보이지 않는다고 하여도
왼손으로 집어보라고 하면 그 물체를 집었던 것이다!
마이클은 좌뇌가 관장하는 언어를 사용해 반응하기 전에 모스부호를 사용해
우뇌가 관장하는 왼손으로 반응을 보일 수 있도록 실험을 다시 설계했다.
우뇌에 빛을 비추자, WJ는 왼손으로 키를 눌러 빛을 봤다는 반응을 하고도 아무것도 보지 못했다고 진술했다!
심지어 WJ가 좋아하는 책을 왼손으로 들고 읽을 때
왼손을 통제하는, 그러나 읽는 기능이 없는 우반구가 느끼기에 책을 바라다 보는 것은 지루한 일이다.
따라서 우반구가 왼손에 명령을 내려, 그는 입으로는 책을 보고 싶다 하지만
왼손은 책을 내려놓으려 했다.
또한 왼손으로 답답한 옷을 입을 때, 다른 손은 옷을 벗으려 했다.
이건 마치..
각자의 뇌 반구는 각자의 마음과 의지를 갖는 것 처럼 보였다!
그후 다른 환자들을 대상으로 한 실험에서
여러가지 물체를 왼손이 닿는 곳에 보이지 않게 놓아둔 뒤
그중 하나의 그림을 우뇌에 비추면 환자는 왼손으로 앞에 놓인 물체를 만져보고 우뇌에 비춘 물체를 정확히 골라냈다.
그런데
"무엇이 보이던가요?" 혹은 "왼손에 무엇이 있나요?"
라는 질문을 던지면 환자는 그림이 보였다는 사실을 부정했고 왼손에 있는 물체를 설명하지도 못했다.
다른 실험에서는 자전거 그림을 우뇌에 비추고 무엇을 보았는지를 물었다. 이번에도 환자는 그림같은 것은
보지 못했다고 부정했지만 왼손으로는 자전거를 그렸다.
다른 실험에서는 그림을 합쳐놓고 시선을 고정시킨채 반쪽씩 각각의 좌우반구에 제시했다.
어린아이와 성인여자가 붙어있는 사진을 제시한 후
"누구를 보았나요"
라고 물으면
우측에 제시되어 언어능력이 있는 좌반구로 들어간
"어린애가 보여요"
라는 답을 했다.
그러나 우반구가 관장하는 왼손이 무엇을 봤는지 손으로 가르킬 떄는
성인 여자를 지목했다!
앞서 말했다 시피 이 결과들은
의식(consciousness)도 단일한 하나의 과정이 아니란 것이다.
라는것을 보여준다
결국 이 분할뇌(split brain)연구의 업적을 바탕으로
로저 스페리는 노벨생리학상을 수상하게 된다.
그리고 그 대학원생 제자
마이클 가자니가는 후에, 산타바바라 대학 심리학과 교수로 있으면서
자신의 연구와 생각을 종합하여
인지신경과학(Cognitive Neuroscience)이라는 새로운 분야를 창시하게 되었다.
이런 연구들은 모두 의식에 대한 연구를 신경과학의 중심에 갖다 놓는 계기가 되었다.
한때 자아, 의식을 포함한 주제는 오직 철학의 영역에서만 논의될 수 있는 주제였다.
그러나
점점 의식은 신경과학자들의 관심사가 되어가기 시작했다.
오늘날 신경과학자들은 철학에서 말하는
의식적 경험에서의 주관성문제(Issue of subjectivity in conscious experience)
라는 것에 전혀 개의치 않고
특정한 의식적 경험과 관련된 신경활동의 패턴, 의식의 신경상관물(Neural Correlates of Consciousness, NCC)
를 이해하려 힘쓰고 있다.
프란시스 크릭과 크리스토프 코흐 같은 학자들은 의식의 가장 단순한 형태라고 생각했던
시각적 지각에서의 선택적 주의(Selective Attention)에 관한 연구에 몰두하고 있따.
그들은 불과 수천개에 불과한 뉴런들로 구성된
특정하고 제한적인 세포집단이 이런 간단한 의식의 형태에 관여하는 것으로 믿고 있다.
이와는 대조적으로
제럴드 에델만과 스타니슬라스 데헤네등과 같은 진영의 학자들은
의식이란 수많은 신경세포들과
앞먹임 살포(feedforward broadcasting)회로와 되먹임 재진입(feedback reetrant)회로의
복잡한 시스템이 관여하는 뇌의 전체적 성질로 믿고 있다.
지금까지의 정보글이 예시하듯이
어떤 정신활동이 뇌의 특정한 지역들에 의해 매개된다는 것을 이해하기 까지
정말 오랜 시간이 걸렸다.
그렇게 된 주 원인은 바로, 생물학에서 가장 어려운 난제인 '마음' 또는 '의식'을 다루고 있기 때문이다.
뇌는 시발 존나 대단한 기관이지만
그것이 이토록 어려운 문제인 이유는
그 뇌를 연구하는 것이 바로 뇌 자신이기 때문이기도 하다.
하나의 정신과정과 특정한 뇌 영역들 사이의 관계를 연구하려면
설명하고자 하는 정신과정의 구성요소들을 찾아내야 한다.
그러나 모든 행동들 중에서 고위 정신과정들을 묘사하거나, 객관적으로 측정하거나,
기본 구성요소로 쪼개기란 정말 어려운 일이다.
또한 뇌의 해부학적 구조는 너무나 복잡하기 때문에
각 부분들의 구조 및 그들간의 연결은 아직도 이해되지 못하고 있다.
최근에 이르러서야 이런 일들이 가능하게 되었다.
심리학의 개념적 도구들과 새로운 생리학적 기술 및 뇌 영상 촬영술과 같은 공학의 발달이
결합함으로써 이제 우리는 진정한 마음의 생물학을 할 수 있게 된 것이다.
하나의 특정한 정신활동이 뇌에서 어떻게 처리되는지를 분석하려면
뇌의 어느 지역에서 어떤 방식의 활동이 일어나는지를 알아내야 할 뿐 아니라
정신활동이 어떻게 표상되는지도 알아내야 한다.
뇌는 어떻게 발생하는가? 뇌에 있는 신경세포들은 서로 어떻게 소통하는가?
서로간의 상호연결 패턴은 어떻게 '생각' 이라던가 '의식', 같은 마음을 만들어 내는가?
뉴런들간의 의사소통은 어떻게 경험에 의해 바뀌고 수정되는가?
뇌과학의 역사에서
한때 이런 질문들은 세포생리학적 수준으로만 답할 수 있었다.
그러다 이 문제는 분자수준에서 연구가 되기 시작했다.
지금도 분자생물학은 문제들을 분석하는데 여전히 큰 도움을 주고 있다.
신경기능의 분자메커니즘을 규명하는 분자생물학의 힘에도 불구하고,
뇌의 해부학적 구조와 그 신경 네트워크들은 너무나도 복잡하여,
아직도 많은 부분을 알지 못한다.
뉴런이 어떻게 작용하여 복잡한 행동들을 만드는지 자세히 이해하기 위해서는
뉴런들이 참여하고 있는 이런 회로와 네트워크에 대한 분석이 필요하다.
이에 수학과 물리학, 컴퓨터과학이 계속해서 뇌를 모델링하는 놀라운 기법들을 개발하여 도와주고 있다.
또한 신경과학의 궁극적인 목적인 마음의 생물학을 위해
지각, 행동, 생각, 학습, 기억과정등을 연구하기 위해
단일 신경세포로 부터 인지의 기질을 포함하는
시스템들의 작용과정을 이해하기 위한 심리학이 융합되어
드디어 복잡한 정신과정들을 직접적으로 연구할 수 있게 되었다.
4줄 요약
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1. 20세기 후반부에서 생물학의 중심 초점은 유전자에 있었다.
2. 이제 21세기의 전반부를 시작하는 시점에서 생물학의 중심 초점은
3. 신경과학, 마음의 생물학으로 이동하기 시작하여 종합학문으로 가고 있다.
4. 길어서 미안 굽신굽신
일베로 배우는 뇌과학사!
끝.
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*참고 문헌*
Principles of Neural Science
Neuroscience, exploring the brain
에릭 캔들, 기억을 찾아서
Stanley Finger, Origins of Neuroscience
마이클 가자니가, 뇌로부터의 자유
Joseph LeDoux, The Emotional Brain
미구엘 니코렐리스, 뇌의 미래
세바스찬 승, 커넥톰
다큐게이 '인간 vs '시리즈
