사람은 어떻게 배우는가? 뇌와 행동

뇌를 공부할 때는 뇌 영역들의 이름과 기능을 외우느라 정신없게 되기 쉽다. 그런 모든 것을 배우기 전에 기억해야 할 두 가지 중요한 요점부터 이야기하자.

 

첫째는 우리는 뇌의 모든 부분을 사용한다는 것이다. 쉽게 말해 성적이 나쁜 운동선수도 자신의 모든 근육을 사용하기는 하는데, 다만 기술적으로 잘 사용하지 못할 뿐이다. 마찬가지로 뇌를 잘 사용하지 못하는 사람도 뇌의 모든 것을 사용하고 있다.

둘째는 일원론이라는 개념, 즉 정신 활동과 뇌 활동은 서로 뗄 수 없다는 생각이다.

 

뇌와 척수로 구성되는 중추신경계는 말초신경계를 통해 신체와 교신을 하는데, 말초신경계는 척수를 신체의 다른 부위와 연결하는 신경들로 구성되어 있다. 말초신경계는 피부 및 근육과 연결되는 체성신경계와 심장, 위 및 기타 장기와 연결되는 자율신경계로 구분된다. 감각신경은 신체 영역들로부터 정보를 척수로 전달하고, 운동신경은 척수로부터 근육으로 정보를 전달하여 수축이 일어나게 한다.

 

대뇌겉질

척추동물의 뇌는 세 주요 구획, 즉 마름뇌(후뇌), 중간뇌(중뇌), 그리고 앞뇌(전뇌)로 구성된다. 어류, 양서류, 파충류 및 조류에서는 중간뇌가 커다란 부분을 차지한다. 이난을 비롯한 포유류는 앞뇌가 단연코 가장 큰 영역이다. 뇌는 왼쪽과 오른쪽의 두 반구로 이루어진다. 각 반구는 신체 반대편의 감각과 운동을 통제한다. (왜 한쪽 반ㄱ가 신체의 같은 쪽이 아니라 반대쪽을 통제할까? 아무도 모른다. 모든 척추동물과 많은 무척추동물은 이와 똑같은 식의 연결을 갖고 있다.) 또한 대외겉질(대뇌피질)이라는 앞뇌의 바깥 표면이 인간에게서 유별나게 눈의 띄는 부분이다.

 

뒤통수엽

 

학자들은 대뇌겉질은 네개의 엽, 즉 뒤통수엽, 마루엽, 관자엽 및 이마엽으로 기술한다. 머리의 뒷부분에 있는 뒤통수엽(후두엽, occipital lobe)은 시각에 전문화되어 있다. 이 영역이 손상된 사람은 겉질시각상시래(피질맹, cortical blindness)을 나타내는데, 이는 눈 손상에 기인한 일반적인 종류의 시각상실과 다르다. 정상 시각을 갖고 있다가 눈 소상을 당한 사람은 시각 장면을 상상할 수 있고 여전히 시각적 꿈을 꿀 수 있다. 겉질시각상실이 있는 사람에게는 시각적 심상이 없는데, 꿈에서조차 그러하다. 하지만 그런 사람의 눈은 정상이어서 뇌의 다른 영역들로 계속 정보를 보내는데, 각성과 수면을 통제하는 정보도 보내진다. 따라서 겉질시각상실이 있는 사람은 여전히 낮에는 각성되며 밤에는 졸린다고 느낀다.

 

마루엽

 

뒤통수엽의 바로 앞에 있는 마루엽(두정엽, parietal lobe)은 촉감, 통증, 온도, 그리고 신체 부위의 공간적 위치에 대한 자각에 전문화되어 있다. 마루엽의 앞쪽 부분에 있는 띠 모양의 일차 몸감각겉질(일차체감각피질, primary somatosensory cortex)은 여러 신체 영역들에 대하 촉감에 민감하다. 입술이나 손 같은 가장 민감한 영역이 가장 큰 넓이를 차지하고 있다. 몸감각겉질의 어떠한 부분이라도 손상되면 거기에 대응되는 신체 부위로부터 들어오는 감각이 손상된다.

 

마루엽 손상은 또한 공간적 주의도 방해한다. 그런 손상을 입은 사람은 어떤 물체가 무엇인지는 알아도 어디에 있는지는 알지 못한다. 물체를 향하여 손을 뻗거나, 그것을 피해서 우회하거나, 주의를 한 물체로부터 다른 물체로 옮기는 데 어려움을 겪는다. 그런 사람은 걸어 다닐 때 보이는 것을 묘사할 수 있지만 그것을 피해서 돌아가지 못하고 부직힌다. 자기 집에 있는 가구를 기억하여 묘사할 수 있지만 그것이 집의 어디에 있는지를 말하지 못한다. 지신의 여러 신체 부위를 찾는 데 문제가 있는 경우도 가끔식 생긴다.

 

이마엽

 

뇌의 앞쪽 끝부분에 있는 이마엽(전두엽, frontal lobe)에는 손가락을 움직이거나 발가락을 꼼지락거리는 것 같은 섬세한 운동에 중요한 일차 운동겉질(일차 운동피질, primary motor cortex)이 있다. 일차 운동겉질의 각 영역은 신체의 각각 다른 부위를 통제하며, 예컨데 어깨와 팔꿈치 근육보다 혀와 손가락에 더 넓은 영역이 할당되어 있다. 이마앞겉질(전전두피질, prefrontal cortex)이라는 이마엽의 앞쪽 구획은 방금 전에 일어났던 일과 곧 하려고 계획하고 있는 일에 대한 기억에 중요하다. 이마앞겉질은 또한 의사 결정에, 특히 나중에 있을 더 큰 즐거움을 위해 현재의 즐거움을 포기하는 결정을 하는 데 중요하다. 오늘밤 영화 보러 나가는 것과 내일이 마감 시한인 보고서를 마무리하는 것 중 하나를 선택해야 한다고 가정해보자. 이런 결정은 이마앞겉질에 좌우된다. 이마앞겉질이 손상된 사람은 충동적인 결정을 내릴 때가 많은데, 왜냐하면 한 결과에 대해 얼마나 즐겁게 느끼게 될지 또는 다른 결과에 대해 얼마나 슬프거나 죄책감을 느끼게 될지를 잘 상상하지 못하기 때문이다.

 

두 반구와 그 연결

뇌의 각 반구는 신체 반대편으로부터 대부분의 감각 입력을 받아들이며 반대편 근육을 통제한다. 양 반구는 다른 면에서도 역시 차이가 난다. 거의 모든 오른손잡이와 60% 이상의 왼손잡이에게는 좌반구의 일부 부위가 말하기를 통제한다. 우반구가 말하기를 완전히 통재하는 사람은 거의 없다. 우반구는 다른 특정 기능에 더 중요한데, 물체가 회전되면 어떤 모습일지 상산하는 능력이나 얼굴 표정과 어조의 정서적 함의를 이해하는 능력 등이 그것이다.

 

양 반구는 끊임없이 서로 정보를 교환한다. 왼손으로 어떤 것을 만지고 오른손으로 다른 어떤 것을 만져보면 그 두 가지가 같은 재료로 만들어진 것인지 아닌지 알 수 있다. 왜냐하면 두 반구는 대뇌겉질의 왼쪽과 오른쪽을 연결하는 일군의 축삭들로 이루어진 뇌들보(뇌량, corpus callosum)를 통해 정보를 주고받기 때문이다.

 

경험과 뇌 가소성

뇌 해부학에 관한 이야기를 할 때면 뇌 구조물이 고정되어 있다는 인상을 받기 쉽다. 사실상 뇌 구조는 상당한 가소성(plasticity), 즉 경험의 결과로 생겨난 변화를 보인다. 예전에 연구자들은 신경계가 유아기 초기 이후에는 새로운 뉴런을 더 만들지 않는다고 믿었다. 나중에 줄기세포라는 미분화된 세포가 뇌의 몇몇 특정 영역에서만 새 뉴런으로 발단한다는 것이 밝혀졌다.(2002) 인간 및 기타 포유류에서 새 뉴런은 후각에 필수적인 후각 망울(후구, olfactory)과 기억 형성에 중요한 해마에서 발달한다.(2006)

 

새로운 경험은 다양한 축삭과 가지돌기를 자극하여 그 가지들이 확장되거나 위축되게 한다. 이런 변화는 젊은 사람에게서 더 빨리 일어나기는 하지만 평생 동안 계속되며, 변해가는 환경에 뇌가 적응할 수 있게 만든다. 예를 들면, 어떤 사람이 19세에 사고로 한 손을 잃었다. 35년 후 외과의사가 새로운 손을 그의 팔에 이식했다. 몇 달 내에 축삭이 자라나 그 새 손을 그의 뇌와 연결시켰고 이 사람은 그 손의 감각을 일부 회복하였다. 또한 사람이 읽기를 배우면, 심지어 성인기에 처음 배운다 하더라도, 상당한 뇌 변화가 일어난다. 사람들이 악기 연주를 배우고 나면 무슨 일이 일어나는지를 살펴본 연구가 많다. 청각에 할당된 한 뇌 영역은 직업적 음악가의 경우 평균보다 30% 더 크다. 그리고 손가락 감각에 반응하는 한 영역은 현악기 연주자의 경우 평균보다 더 크다.