신경과학에 관한 주제: 뇌의 휴지기

1. 뇌의 휴지기

 

  가. 설명

우리가 한층 활동적일 때, 뇌는 우리의 감각을 통해 들어오는 엄청난 양의 정보를 처리해야 한다. 여기서 우리는 이 모든 신호들을 동시에 처리하려 애쓰기보다, 물 속의 상어 지느러미처럼 우리의 주의를 끄는 것들이나 또는 자칫 손에서 날아갈 듯 시원한 음료수처럼 우리에게 중요한 물건 등에 선택적으로 집중한다. 선택적 주의력, 또는 간단히 주의력(attention)은 감각 입력들 가운데 한 측면에 집중할 수 있는 능력을 의미한다. 시각체계에서 주의력은 시각 범위에 들어 있는 다양한 대상들 가운데 하나에만 집중할 수 있게 해준다. 감각 양상들 간의 상호작용 또한 일어난다. 예를 들어보자. 우리 스타벅스에서 책을 읽는 것처럼 주의력이 요구되는 과제를 수행할 때는 주위에서 떠드는 사람들의 소리에 덜 민감해진다. 뇌로 들어오는 모든 장면, 소리, 맛 중에서서 몇몇 정보를 우선해서 처리할 수 있고 나머지는 아예 무시할 수도 있다. 우리는 주의력이 지각에 중요한 영향을 미친다는 것 그리고 그에 상응하여 뇌의 다양한 영역들에서 뉴런의 민감성에 변화가 있다는 것을 보게 된다.

 

자 본론으로 들어가보자. 조용한 방에 들어가 누워서 눈을 감고 있다면 자신의 뇌가 어떤 일을 하고 있다고 생각하는가? 아마 대다수의 사람은 '별 일 안 한다.' 이야기 할 것이다. 평온한 상태에 있기 때문일 것이다. 마찬가지로 해변가에서 몽상을 하고 있는 사람의 뇌는 종이의 텅 빈 여백을 바라보고 있을 때와 비슷할 것이라고 생각하는 것이 어쩌면 논리적일지도 모른다. 하지만, 정반대로 최근 연구 결과 휴지기의 뇌에서 영역들로 이뤄진 네트워크가 주변을 다각도로 탐색하고 몽상하는 것을 처리하느라 바쁘다는 것을 보여 준다. 

  나. 뇌의 기본 상태 네트워크

뇌가 휴지기 상태일 때와 우리가 과제를 수행하는 동안 기록된 활성 상태일 때의 차이를 살펴 보면 휴지기 상태의 뇌의 본질과 그 때 수행하는 기능 등에 대해 중요한 가르침을 얻을 수 있다. 첫째, 휴지기에 비해 감소된 활성을 보이는 영역들은 과제의 본질이 바뀌어도 일정하다는 것이다. 행동 과제를 수행하는 동안 활성 감소를 보이는 영역들은 휴지기에는 항상 활성화되어 있고 어떤 과제를 수행하는 동안에는 덜 활성화 되는 것으로 보인다. 둘째, 뇌의 활성 변화 양상이 피험자들 사이에 차이 없이 동일하다는 것이다. 이런 관찰 결과들은 뇌가 아마도 휴지기라고 부르는 상태에서도 '바쁠지' 모른다는 것, 휴지기 활성들은 일관적으로 나타난다는 것, 이런 활성들이 과제를 수행할 때 감소한다는 것 등을 제시해 준다. 그리고 행동 과제를 수행할 때보다 휴지기에서 더 활성화되는 뇌 영역에는 내측 전전두피질, 후측 대상피질, 후두정피질, 해마, 외측 측두피질 등이 포함된다. 이를 모두 합쳐 '기본 상태 네트워크(default mode network)라고 부른다.

  다. 기본 상태 네트워크의 기능

이에 관해서는 다양한 가설들이 존재한다. 그리고 우리가 고려할 두 가지 가설은 파수꾼 가설과 내부 정신작용 가설이다.

 

1) 파수꾼 가설(sentinel hypothesis)

파수꾼 가설은 우리가 쉬고 있을 때조차도 주변 환경을 폭넓게 감시하고 있음이 분명하다는 것이다. 그와 비교하여 우리가 활동적일 때는 즉각 고려해야 할 것들에 주의를 집중한다는 것이다. 각종 위협이 끊임없이 난무하는 세상에 살았던 고대 조상들은 상상해 보면 우리 인류가 항상 '경계하는' 방향으로 진화해 왔을지 모른다고 이해하는 것이 당연하다. 실험을 통해 확인해본 결과, 사람들이 휴식을 취하다가 중심과 시각 과제로 전환할 때보다 주변 시각이 연관된 과제로 전환할 때 기본 네트워크의 활성이 덜 감소한다는 것이 입증됐다. 이는 우리가 휴식을 취하고 있을 때 폭넓은 시각장을 항상 널리 감시하기 때문에 활동 과제가 주변 시각을 포함할 때 감소 정도가 덜할 것이다. 

 

2) 내부 정신작용 가설(internal mentation hypothesis)

내부 정신작용 가설에서는 우리가 조용히 앉아서 하는 몽상의 일종인 생각과 기억을 기본 상태 네트워크가 지원한다고 말한다. 이 가설을 제안한 실험에서는 피험자들이 과거 자기 삶에서 겪었던 사건들을 조용히 회상하거나 미래에 일어날지 모르는 일들을 상상하는 동안 뇌의 활성을 촬영했다. 확인 결과, 이런 자서전적 기억 과제들을 수행하는 동안 뇌의 활성은 자서전적 정보에 대한 회상이나 생각이 아닌 사실들을 간단히 사용하는 대조 과제를 수행하는 동안 기록된 활성과 대비된다. 과거 사진을 회상하거나, 새로운 것을 상상하는 것이 내측 전전두 피질과 후측 대상피질의 비슷한 영역을 활성하는 것이 확인됐다.