6. 아인슈타인의 뇌를 현미경으로 보았더니
입시철을 맞이할 때마다 우리들은 그 어느 때보다도 우수한 두뇌의 중요성을 절감한다. 뛰어난 두뇌는 선천적으로 타고나는가, 아니면 후천적인 노력과 훈련으로 좋은 머리를 만들 수 있는가. 머리가 좋다는 것은 과학적으로 어떻게 설명될수 있는가. 이것은 인간이 오랫동안 간직한 물음이지만 과학이 발달한 오늘날까지도 확실한 해답을 얻지 못하고 있다.

지금부터 약 40년전 천재 과학자인 아인슈타인이 죽었을 때 과연 아인슈타인의 뇌가 어떻게 생겼길래 천재성을 발휘했는가하는 의문을 풀기 위해 그의 뇌의 조직표본을 현미경으로 자세히 관찰한 적이 있다. 그러나 광학현미경으로는 어떤 구조적인 차이점을 발견할 수 없었다. 미세한 구조적인 차이점이 있는데도 광학현미경으로는 발견할 수가 없었는지, 정말로 정상인의 뇌와 구조적인 차이점이 없었는지 확실히 알 수는 없었다.

그러나 현재는 적어도 현미경으로 볼수 있는 구조적인 차이점은 없지만 시냅스(synapse, 두 뉴런이 접합하고 있는 부위로서 이곳을 통해 흥분이 전달됨)회로의 기능적인 차이는 있지 않나 생각하고 있다. 고도의 사고기능을 가지고 있는 인간의 뇌신경세포와 하등동물의 뇌신경세포는 근본적로 신경세포(뉴런)하나 하나의 구조와 기능은 같지만 신경세포수와 세포간의 시냅스 회로의 다양성과 복잡성이 다르다고 생각하고 있다.

천재와 보통사람의 두뇌는 적어도 신경세포 수에서 차이가 있다고 보지는 않는다. 우리가 흔히 머리가 좋다고 이야기하는 것은 다른 사람보다 지식을 효율적으로 터득하고 오랫동안 그 내용을 기억하는 경우를 일컫는다. 그러면 학습기억은 무엇인가. 학습을 하면 뇌신경세포간의 시냅스회로가 활성화되며, 반복학습을 계속할수록 이 회로는 더욱 활성화되어 학습의 효과가 한번 수행할 때보다 더욱 강화된다. 다시 말해 학습을 연속해서 반복하면 신경세포간의 시냅스회로가 활성화 되어 학습의 효과는 더욱 높아지게 되지만, 쓰지 않으면 회로가 막히고 녹이 슬게 되는 것이다.

이시냅스 회로의 활성화가 일어날때 시냅스 전 뉴런(접합하고 있는 두 뉴런 중에서 앞에 있는 뉴런)에서 시냅스 회로 내로 신경전달 물질, 특히 글루탐산의 유리(뉴런 속에 있는 글루탐산이 자극에 의해 떨어져 나와 다음 뉴런을 흥분시킴)가 증가되어 글루탐산 신경계가 활성화된다. 이어 시냅스 후 뉴런(접합하고 있는 뉴런 중 뒷쪽에 있는것)의 세포막을 통한 칼슘이온(Ca )의 이동이 증가된다. 일련의 세포 내 화학반응에 의해 유전자에서 시냅스회로를 이루고 있는 단백질에 의해 시냅스 회로의 구조적인 변화가 동반된다. 즉 시냅스부는 더욱 넓어지고 두터워지며 시냅스 가지를 내어 정보전달과 저장이 용이하게 된다. 우수한 두뇌는 이런 시냅스 회로가 발달되어 있다. 그러나 보통사람이라도 끊임없는 노력으로 반복학습과 깊은 사고를 하면 시냅스 회로가 더욱 다양하게 연결되어 활성화된다.치밀한 전기회로는 간단한 회로보다 더 많은 일을 할 수 있는 것과 같다. 즉 좋은 머리를 어느 정도는 만들수 있다는 말이다.

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7. 기분좋으면 두뇌 회전 빨라져


합리적 사고와 이성에 몰두해 있던 프란시스 베이컨의 시대에는 인간의 감정은 도외시되었다. 그때는 문제를 인지하고 합리적인 판단을 통해 해결하는 이성의 논리성을 규명하는 것이 곧 인간의본질을 파악하는 중심적 과제였다. 따라서 감정에서 파생되는 기쁨과 슬픔, 공포와 불안, 혐오감 같은 것은 과학자들의 연구영역에서 사소하고 별것 아닌 것들로 여겨졌다.

그러나 동기를 유발시키고 구체적인 행동 및 삶의 양식을 꾸려나가는 주요 원천이 합리적 이성에만 있지 않다는 사실이 밝혀지면서 인간의 감정이 중심적인 연구대상으로 자리잡게 되었다. 감정은 인간정신의 사소한 파생물이 아니라 기억과 판단, 학습등 고도의 이성적 사고와 관련되어 있다는 것이다. 이성과 더불어 인간본질을 구성하는 양축의 하나로 새롭게 주목받게 된 감정에 대한 연구는 감정이란 정신현상이 인체의 어느 부분과 관련되어 있는가 하는 문제에 초점이 모아졌다.

20세기에 들어와서 과학자들은 뇌의 특정부위를 연구함으로써 감정의 진원지를 알 수 있는 것으로 보게 되었다. 오랜 연구 결과 대뇌피질 안쪽의 오래된 뇌인 변연계(대뇌피질 중 뇌의 한가운데 있으며 시상을 둘어싸고 있다고 해서 변연계로 불림)라는 조직이 감정과 관련된 정보를 받아들이고 신체적 반응까지도 조절한다는 사실이 밝혀졌다.인간의 생체조직과 감정의 연관성을 다루는 문제에서 중요한 것은 뇌의 좌우반구가 각기 다른 감정적 반응을 담당하고 있다는 사실이다. 예를 들면 왼쪽 뇌가 손상된 경우 웃는 표정을 짓지 못한다고 한다.

공포나 혐오와 같은 부정적인 감정표현이 요구될 때는 오른쪽 뇌의 활동이 활발해지고, 유쾌하고 행복한 기분에 젖어들 때는 왼쪽 뇌의 작용이 왕성해진다는 것이다.한편 손톱크기만한 편도핵(변연계의 일부로서 복숭아 씨처럼 생겼다고 편도핵이라 함)이 뇌의 각 부분과 작용하면서 감정을 주관하는 일종의 센터가 아닐까 하는 연구도 있다. 이미 1930년대에 원숭이를 대상으로 한 연구에서 편도핵이 손상되면 외부의 자극에 대한 반응을 망각하게 돼 위험을 전혀 알지 못하고, 보통 놀랄 만한 상황에서도 전혀 감정표현을 하지 못하는 경우가 발견되었다.

숲속을 걸으면서 무슨 소리를 들었을 때 총소리로 생각해서 불안과 공포를 느낄것인지, 나무 부러지는 소리이기 때문에 아무 동요를 느끼지 않을 것인지에 대해 편도핵이 먼저 반응을 한다. 이것은 감각정보가 뇌로 먼저 전달된 후 하부 신경계통으로 반응명령을 내린다는 과거의 과학자들 생각과는 다른 내용이다. 실제로 대뇌피질 등이 파괴되어도 불안, 공포와 같은 원초적 감정표현은 편도핵을 통한 긴급회로에 의해서도 이루어질 수 있다는 것이다. 이런 사실은 감정처리가 논리적 판단 이전에 무의식적으로 일어난다는 견해에 대한 생물학적 근거를 제시한다. 즉 감정은 사고보다 원초적인 기능이라고 할 수 있다.고등동물의 경우 고차원적인 감정은 고도의 사고기능과 밀접하게 연결되어 있지만 본능적인 공포나 놀람과 같은 원시적인 감정은 고도의 사고기능과 밀접하게 연결되어 있지만 본능적인 공포나 놀람과 같은 원시적인 감정은 대뇌피질까지 연결되지 않고 하부뇌에서 반사적으로 이루어 진다.

명랑하면 우울할 때보다 두뇌능력이 우수해진다. 어떤 문제를 풀기 위해 감각을 기록하고 이를 활용하는 기억작용이 얼마나 잘 발휘되는가는 그 사람의 기분에 따라 크게 좌우되기 때문이다. 특히 복잡한 과제의 해결에서는 명랑한 사람이 우울한 사람보다 훨씬 탁월한 능력을 보인다. 이같은 사실은 최근 독일 괴팅겐 대학 심리학과 게르트 뤼에 교수의 실험연구를 통해서 확인됐다. 실험 대상자들을 명랑한 그룹과 우울한 그룹으로 나누어 자연과학 학술도서를 읽게 하였다. 책을 읽은 후 내용을 그대로 반복해 옮기기와 그 내용을 응용해 어떤 문제를 푸는 두 가지 과제가 주어졌다. 그 결과 읽은 것을 그대로 옮기는 단순과제에서는 두 그룹 사이에 의미있는 차이가 발견되지 않았으나 좀더 복잡한 두 번째 과제에서는 명랑한 기분의 그룹이 훨씬 우수한 처리능력을 과시했다.뤼에박사는 이에 대해 "우리의 지식은 마치 그물과 같은 형태로 기억 속에 기록이 되며 한개 한개의 단위지식(그물의 매듭)은 서로 복잡하게 연결된다"고 밝혔다. 기분이 좋을때는 이러한 제어 관리의 막힘이 없이 문제처리를 위해 개인의 기억 속에 보유한 모든 처리능력을 동원할 수 있지만 기분이 나쁜 상태에서는 매듭들의 일부가 우울한 기분을 극복하는 데 쓰이기 때문에 그만큼 해결능력이 떨어지게 된다는 것이다.

다시 말해 명랑할 때는 신경세포를 연결해주는 시냅스에서의 신경전달물질의 유리가 원활하게이루어져 신경전도가 억제됨이 없이 순조롭게 이루어지지만 우울할 때는 시냅스에서의 전도가 더디게 일어나는 것이다. 따라서 즐겁고 명랑한 기분으로 공부하는 것이 마지 못해 우울한 기분으로 공부하는 것보다 훨씬 학습효과가 높다.















Brain Facts

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8. 화를 자주내는 것은 동물이 되는 길


하등동물은 뇌가 없는 대신 척수가 발달하여 몸 안팎으로부터 자극을 받아들이고 이에 대해 판에 박은 듯한 단순한 반응이나 반사활동을 일으키는 본능적인 생명보존 활동을 한다. 그러나 동물이 진화 발달하게 되면 눈, 코, 귀와 같은 특수 감각기를 통해 감각정보를 받아들이고 이를 종합하여 과거의 기억과 견주어 적절한 대응을 하는 높은 수준의 활동이 필요하게 된다. 이에 따라 척수 윗부분의 중추신경계가 크게 발달하여 대뇌를 이루게 된다.

대뇌는 대뇌피질과 변연계로 이루어져 있다. 변연계는 뇌의 중심부 아래에 자리하며 계통발생상 뇌에서 비교적 일찍 생긴 부분으로서 늦게 발달한 신피질에 의해 완전히 둘러싸여 있다. 대뇌피질은 외부환경과의 교신을 통하여 이를 입체적으로 인식하는 능력을 가져 목적지향성 이성행동을 주재한다. 구체적으로 말하면 고도의 사색기능, 판단기능, 창조적 정신기능 등의 고등 정신활동을 하며 운동과 감각을 주재한다. 이에 비하여 오래된 변연계는 본능행동과 정서 감정을 주재하는 기구로서 행동의 의욕, 학습, 기억과정에도 깊이 관여한다.

고등동물일수록 본능과 감정기능 등은 대뇌의 하부 변연계에 남고 시각, 청각, 등 정밀한 감각기능과 세밀한 운동기능은 점차 뇌의 아랫부분에서 윗부분인 대뇌피질부로 이관되어 대뇌피질부가 크게 발달한다. 이런 현상을 대뇌화라 한다. 높은 수준의 대뇌피질부는 변연계나 척수와 같은 낮은 수준의 중추 신경계 기능을 촉진 또는 억제하는 등의 조정역할을 한다. 따라서 대뇌부위가 손상되거나 기능이 약화되면 그 결손증상과 함께 대뇌부의 조절 통제하에 있던 하위뇌부위의 기능이 해방되어 동물화 현상이 촉진된다. 이를 백치가 되며 본능과 식물기능만 남아 식물인간이 되고 만다.

인간을 인간답게 라는 것은 고귀한 정신이며 정신활동의 극대화로 창조가 이루어진다. 끊임없는 창조활동으로 오늘날과 같은 인류문화가 발전된 것은 의심의 여지가 없다. 소크라테스는 인간이란 정신이 있는 신체를 사용하는 존재라고 하였으며, 플라톤은 정신은 지, 정, 의의 세 부분으로 구성되어 있으며 이 세가지가 잘 조화된 정신이 이상적이라 하였다. 중국에서는 만물을 만물이 되게 하는 도의 근원이 정신이라 하였다. 이러한 정신 가운데서 창조야말로 인간을 인간답게 만드는 근본이며, 인류문명 발달의 핵심이다.

앞에서 언급한 바와 같이 가장 높은 정신현상인 창조는 우리 뇌의 가장 높은 곳에 있으며 진화상 최근에 발달한 대뇌피질에서 나오지만, 본능이나 폭력과 같은 원초적인 감정은 오래 전에 형성된 변연계와 같은 하부뇌에서 나온다. 말하자면 인간을 인간답게 만드는 인간성은 상부뇌인 대뇌피질에서 나오며 동물성 기능은 하부뇌만으로도 충분하다고 할 수 있다. 오늘날 우리 사회는 건전한 정신, 창조적 혼이 깃들어 있는 인간성이 충만한 이성적 사회인가. 즉흥적 본능적 행위가 풍미하는 동물적 사회인가. 매일매일 접하는 수많은 자극이나 정보들을 받아들여 인류문화 발달에 유익한 방향으로 창조하기 위해서는 대뇌 신경회로의 발달과 활성화가 필요하다.

외부의 자극이 들어와서 이성적이고 창조적인 활동으로 연결되기 위해서는 맨 위에 있는 대뇌피질까지 회로가 열려 있어야 한다. 그래야만 모든 정보를 종합 분석함으로써 적절하고 사려깊은 행동이 나온다. 즉각적인 감정의 표출이나 폭력은 동물뇌인 하부뇌(변연계, 척수)까지만 회로가 열려 있어 대뇌까지 올라가지 못해 생기는 것이다. 흥분전도가 활발히 일어나는 신경회로는 발달되고 강화된다.

다시 말해 신경전도가 활성화될수록 회로를 형성하고 잇는 신경세포의 가지가 많이 돋아나며 회로가 튼튼해지고 넓어진다. 반대로 쓰지 않는 회로는 없어지고 막혀버린다. 이처럼 머리는 쓸수록 발달되고 좋아진다. 따라서 다른 사람의 말이 비위에 거슬린다고 별 생각 없이 즉각적인 폭력을 행사하는 것과 같은 사려깊지 못한 행위가 반복될수록 대뇌화는 위축되고 상부뇌보다 하부뇌가 커지는 동물화현상이 일어난다. 이러한 현상을 피하기 위해서는 외부에서 들어온 자극을 시간을 두고 깊이 생각하고 한 단계늦추어 행동으로 옮겨야만 한다.

강인한 정신력은 대뇌 신경회로의 강화에 신선한 활력소가 되며 우리의 삶에 창조적인 에너지를 제공해 준다. 인간의 뇌는 무한한 발전성을 가지고 있다. 이 때문에 오늘날 인간 뇌의 정신기능과 창조적 기능은 훗날에는 마치 네안데르탈인의 뇌처럼 원시적인 뇌로 생각될지도 모른다.

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