[20260324 워밍업] 1. 뇌 가소성

1.  요약 정리

인간은 지구에서 가장 번성한 동물이다.

인간의 뇌는 다양한 환경에 유연하게 변화하기 위해서 빠른 성장과 전문성을 포기한다.

대신 어떤 환경에도 유연하게 변화할 수 있는 적응력을 가지고 있다.

 

인간의 뇌에는 얼굴, 팔, 다리 등의 신체가 연결된 '호문쿨루스'라는 신체 지도가 존재한다.

호문쿨루스는 뇌와 신체의 대응 관계를 보여주는 지도이지만, 여러 사례를 보면 뇌의 특정 부위가 한 가지 역할만 고정적으로 담당하는 것은 아님을 확인할 수 있다.

 

1) 허레이쇼 넬슨 경

영국의 해군 제독 허레이쇼 넬슨 경은 괴사 위험으로 오른팔을 절단했다.

신체 절단 후에도 팔이 있는 것처럼 인지했고, 사후 세계와 영혼의 존재라고 생각했지만

현대에서는 이를 다르게 해석하였다.

팔을 절단되면 그 부위를 담당하던 뇌 부분이 다른 부분에 잠식되고, 뇌가 환경에 맞춰 스스로를 재구성했다는 것이다.

 

2) 야생아 다니엘과 감각 피질

다니엘은 평범한 인간에게서 찾아볼 수 있는 표정이나 행동이 없었고, 말도 불가능했다.

다니엘에게 말을 가르치고 사람들이 사는 방법을 알려주려 했으나 실패함.

인간의 뇌는 미완성으로 태어나 외부 세계를 스스로 공부하며 성장한다.

감각 피질은 유전자가 미리 기능을 정해놓은 것이 아닌 우연히 정해진다.

다니엘에겐 그런 것이 주어지지 않아 발달할 기회가 없었던 것이다.

 

과학자들이 청각과 시각 피질 회로를 서로 바꾸자 시각과 청각 피질은 금세 역할을 바꾼다.

흰 족제비들은 아무 문제 없이 그 일을 처리할 수 있었다.

즉, 뇌의 각 부위는 자신에게 정해진 일을 수행하는 것이 아니라 주어지는 일을 수행하는 것이다.

 

3) 벤 언더우드

두 살때 양쪽 눈에 생긴 암 때문에  두 눈을 모두 잃었다.

벤은 소리가 물체에 반사되는 소리로 주변을 파악할 수 있었다.

이러한 방향정위 능력은 벤뿐만 아니라 수 천명의 시각장애인들이 이런 능력을 발전시킨바 있다.

이들의 뇌에서는 청각 부서뿐 아니라 시각 부서였던 곳도 같이 활성화되어 있었다.

 

이러한 변화는 매우 빠르게 일어나며, 1시간 정도만 안대를 쓰고 있어도 활성화가 될 수 있다.

시각 부서가 수면과 같은 이유로 장시간 비활성화 상태에 이르게 되는 것을 막기 위해서 뇌간에서는 렘 수면(꿈)을 발생시킨다.

 

나이가 들 수록 렘 수면이 줄어든다.

또, 기린과 가젤 처럼 조숙성 동물도 렘 수면이 덜하다. 이는 뇌 가소성이 적기 때문에, 시각부서가 쉽게 해체되지 않기 때문이다.

 

4) 새로운 입력을 주입한 사례

사례1) 인공 각막 이식

백내장으로 인해 인공 각막 수술 이후, 자외선 관찰 사례가 존재한다.

인공 각막은 자외선을 차단 하지 않아 새로운 신호가 발생한다.

뇌의 각 피질은 '만능 데이터 처리 엔진'과 같다.

 

사례2) 1960년 시각 신호를 두피의 촉각 신호로 바꿔주는 '일렉트로프탈름' 개발.

두피 마사지로 알 수 없는 자극을 제공, 이를 뇌가 적응하여 촉각 감지가 아닌 시각으로 인지하였다.

 

인간의 신체기관은 각 기관마다 다른 종류의 자극을 받는다.

하지만, 그 모든 자극은 결국 전기로 치환되며, 뇌는 전기 신호에 들어있는 데이터의 특징이나 패턴 차이를 인식하여 구분할 수 있다.

 

즉, 어떤 전기 신호든간에 유의미한 정보와 패턴만 있다면 우리의 뇌는 처리할 수 있다는 뜻이다.

 

사례3) 새처럼 자기장을 감지해 진동으로 알려주는 벨트

사람이 착용 후 몇 주 지나면 길찾기에 활용 가능하다.

 

사례4) 눈을 가린 쥐의 시각 피질에 직접 전극을 통해 '디지털 나침판'의 신호를 전달하는 장치

시간이 흐르자, 눈 없이도 미로 속의 먹이를 능숙하게 찾아 먹을 수 있었다.

즉, 시각을 대체하는데 성공했다.

 

5) 포테이토 헤드 가설

지금까지의 연구로 볼 때, 정보와 상관없이 유의미한 정보가 뇌로 흘러들어오면, 제 6의 감각뿐 아니라, 제7, 제8의 감각도 처리가 가능할 것이다.

단순히, 새로운 정보만으로 새로운 감각을 활용하는 건 불가능하다. 

모든 잡음에 변화하면 일관성 없이 계속 변화할 것이기 때문이며, 뇌가 변화하기 위해서는 그 변화가 필요하다는 인식이 있어야 한다. 

 

뇌가 변화해야겠다고 생각할 떄는 흥미, 긍정적 정서를 느껴야 한다.

제대로 된 도구만 있다면 자외선, 중력파도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

하지만, 이를 위해서는 동기를 느끼는 것이 가장 중요하다.

 

Q. 우리가 가진 능력으로 어디까지 나아갈 수 있을까?
A. 바로 네 머릿속에 그 답이 있다.
— 데이비드 이글먼, 『우리는 각자의 세계가 된다』