신경과학이 심리학에 미친 영향

신경과학

신경과학자들의 심리학 연구

인간의 역사에서 과학자들은 오랫동안 살아있는 인간의 두뇌를 탐구할 수 있을 만큼 강력하면서도 동시에 해를 끼치지 않는 도구를 갖지 못하였습니다. 초기의 사례연구는 몇몇 두뇌 기능의 위치를 확인하는 데 도움을 주었습니다. 두뇌 한쪽 측면의 손상은 흔히 신체 반대쪽의 무감각이나 마비를 초래하였으며 이 사실은 신체의 오른쪽 두뇌의 왼쪽과 연결되어 있으며 그 반대도 마찬가지라는 사실을 시사하였습니다. 두뇌 뒷부분의 손상은 시각을 와해시켰으며 두뇌 왼쪽 앞부분의 손상은 발성 장애를 초래하였습니다. 초기 연구자들은 점차 두뇌의 지도를 작성하게 되었습니다. 이제 인간의 두뇌는 자신을 연구하는 새로운 방법들을 개발하고 있습니다. 새로운 세대의 신경지도 제작자들은 우리가 알고 있는 우주에서 가장 경이로운 기관을 탐색하고 그 지도를 작성하고 있습니다. 과학자들은 정상적이거나 손상된 극소수의 두뇌 세포만을 선택적으로 손상시키고 두뇌 기능에 대한 효과를 관찰할 수 있습니다. 실험실에 이러한 연구들은 예컨대 쥐의 두뇌에서 시상하부의 한 영역을 손상시키면 굶어 죽을 정도로 먹는 양이 감소하는 반면, 다른 영역의 손상은 과식을 초래한다는 사실을 밝혀냈습니다. 오늘날의 신경과학자들은 전기적으로 화학적으로 또는 자기력을 이용하여 두뇌의 다양한 부위를 자극하고 그 효과를 기록할 수 있습니다. 몇 가지 예를 들자면 자극을 가한 두뇌 부위에 따라서 사람들은 낄낄거리고, 목소리를 들으며, 고개를 돌리고, 낙하하는 느낌을 받으며 자 신체를 벗어나는 경험을 할 수 있습니다. 과학자들은 개별 뉴런들의 메시지조차 엿들을 수 있습니다. 그 끝부분이 아주 미세하여 단일 뉴런의 전기 펄스를 탐지할 수 있는 오늘날의 미세전극은 예컨대 고양이의 복부를 간질일 때 그 고양이 두뇌에서 정보가 흘러가는 위치를 정확하게 탐지할 수 있습니다. 전도가 유망한 새로운 도구에는 광유전학이 포함되어 있는데 이 기법은 신경과학자로 하여금 개별 뉴런의 활동을 제어할 수 있게 해줍니다. 뉴런이 빛에 민감하도록 프로그래밍함으로써 감각, 공포, 우울, 약물 남용 장애 등의 생물학적 토대를 살펴볼 수 있다. 또한 연구자들은 수십억 개 뉴런들이 소통하는 것도 엿들을 수 있습니다. 지금 이 순간 당신의 심적 활동은 전기, 신진대사, 그리고 자기 신호를 방출하고 있으며, 이 신호는 신경과학자들로 하여금 여러분의 두뇌가 작용하는 것을 관찰할 수 있게 해 줍니다. 수십억 두뇌 뉴런들의 전기 활동은 두개골을 통해서 규칙적인 전기파를 방출합니다. 뇌전도는 그러한 전기파를 증폭시켜 읽어낸 것입니다. 연구자들은 전도성 물질을 덧바른 전극들로 채워 넣은 샤워용 모자와 같은 장치를 통해서 뇌파를 기록합니다. EEG와 관련된 기법이 뇌자도입니다. 두뇌의 자기장을 분리해 내기 위하여 연구자들은 지구 자장과 같은 다른 자기 신호를 상쇄시키는 특수한 공간을 만들어냈습니다. 참가자는 미장원의 헤어드라이어를 닮은 헤드코일 아래쪽에 앉습니다. 참가자가 어떤 행위를 수행하는 동안 수많은 뉴런이 전기 펄스를 생성하는데 이것이 자기장을 만들어냅니다. 자기장의 속도와 강도는 연구자들로 하여금 특정 과제가 두뇌 활동에 어떤 영향을 미치는지를 이해할 수 있게 해줍니다.

 

두뇌 들여다보기

보다 새로운 신경 영상 기법들은 살아있는 두뇌의 내부를 들여다볼 수 있는 슈퍼맨과 같은 능력을 제공해 줍니다. 양전자 방출 단층촬영법(positron emission tomography, PET) 영상은 두뇌의 각 영역이 화학적 연료인 포도당을 소비하는 정도를 보여줌으로써 두뇌 활동을 나타냅니다. 활동하는 뉴런은 포도당 대식가로 두뇌는 체중의 단지 2%에 불과하지만 칼로리 섭취량의 20%를 사용합니다. 사람에게 반감기가 아주 짧은 방사 물질을 섞은 포도당을 주입하면, PET 영상은 그 사람이 어떤 과제를 수행할 때  '사고를 위한 자양분'이 방출하는 감마선을 추적할 수 있습니다. PET 영상의 핫 스폿은 사람들이 수학 계산을 하거나 음악을 듣거나 백일몽을 꿀 때 두뇌의 어느 영역이 매우 활동적인지를 보여줍니다. 자기공명 영상법(magnetic resonance imaging, MRI) 두뇌 영상에서는 두뇌를 강력한 자기장에 놓음으로써 두뇌 분자의 회전하는 원자를 정렬시킨다. 그런 다음에 라디오파를 두뇌에 쏘면 원자들이 순간적으로 흐러진다. 원자들이 원래의 회전상태를 회복할 때 밀집된 정도에 관한 영상을 제공하는 신호를 방출함으로써 두뇌를 포함한 부드러운 조직에 대한 상세한 그림을 그릴 수 있게됩니다.  MRI 영상은 절대 음감을 나타내는 음악가의 좌반구에서 비교적 큰 신경 영역을 보여줍니다. 또한 MRI는 조현병 환자에서 뇌척수액이 들어있는 뇌실이 확장된 것도 보여주었습니다.  특수하게 제작한 MRI인 fMRI는 두뇌의 구조뿐만 아니라 기능도 밝혀줄 수 있습니다. 특별히 활동적인 두뇌영역에는 혈액이 몰립니다. 연속적인 MRI 영상을 비교함으로써 특정 두뇌영역이 활성화함에 따라서 산소를 보유한 혈류가 증가하는 것을 관찰할 수 있습니다. 예컨대 어떤 장면을 쳐다볼 때 fMRI는 시각정보를 처리하는 두뇌의 뒤쪽 영역으로 혈액이 몰려가는 것을 탐지하게 됩니다. 또 다른 도구인 기능성 근적외선 분광분석기는 혈액 분자에서 빛을 발하는 적외선을 사용하여 두뇌 활동을 찾아냅니다.  두뇌 영상은 마음읽기를 가능하게 해준다. 한 신경과학 연구팀은 여덟 가지 상이한 심적 과제를 수행하고 있는 129명의 뇌 영상을 가지고 그 사람들이 어떤 과제를 수행하고 있는지를 80%의 정확도를 가지고 예측할 수 있었습니다. 다른 연구들은 두뇌 활동을 사용하여 공중보건 캠페인의 효과 그리고 학업, 마약 복용, 친구의 선택 등과 같은 미래행동을 예측해왔습니다. 

 

신경과학의 심리학에 대한 공헌

생각하고 느끼고 있는 두뇌의 속내를 들여다볼 수 있는 오늘날의 기법들은 현미경이 생물학에 공헌한 것이나 망원경이 천문학에 공헌한 것처럼 심리학에 공헌하고 있습니다.  지난 100년동안 우리는 이 기법들을 통해서 두뇌에 관하여 과거 만년보다도 더 많은 것을 밝혀왔습니다. 그리고 매년 두뇌 연구에 엄청난 연구비를 투자함에 따라서 향후 10년에 걸쳐서 훨씬 더 많은 사실을 밝혀내게 될 것입니다. 유럽의 인간두뇌 프로젝트는 뇌과학을 발전시키기 위하여 2013년부터 2023년까지 10억달러의 예산을 책정한 휴먼 커넥토미 프로젝트는 MRI 테크놀로지의 일종인 초강력 확산 스펙트럼 영상을 활용하여 두뇌에서 원거리 신경통로 지도의 작성을 시도하고 있습니다. 이러한 노력은 과거에는 기술하지 못하였던 100개의 신경중추를 가지고 있는 새로운 두뇌 지도를 만들어냈습니다. 이러한 작업에 토대를 두고있는 새로운 프로젝트는 36세부터 100세 이상까지 전형적으로 나타나는 두뇌 노화를 이해하고자 시도하고 있습니다. 오늘날 신경과학을 공부하는 것은 마젤란이 대양을 탐험하면서 세계지리를 연구한 것에 비유할 수 있습니다. 지금이 두뇌과학의 황금기임 틀림없습니다.