하고 싶은 말
안녕하세요?
박문호박사의 뇌과학 공부, [뇌공] 소식 2탄입니다.
우선 이번 주 [과학분야 주간베스트 순위]를 보실까요?
교보 (11/28~12/5) : 2위
예스24 (최근7일) : 7위
알라딘 (최근1주) : 7위
교보는 출간이후 계속 과학분야 2위의 자리를 차지하고 있고 (1위는 코스모스 보급판. ㅠㅠ), 예스 24와 알라딘의 순위도 계속 상승 중입니다. 광화문 교보매장에는 과학베스트셀러 책꽂이에 당당하게 5위에 입성해서 일반매대와 두 곳에 깔리는 기염을 토하고 있구요. 서점 관계자들도 교양서로는 분명히 어려운데, 반응이 좋고 잘 나가는 편이라고 한다는군요. 회원들의 뜨거운 관심이 주변으로 전파되고 있는 중인가 봅니다.
지난 11월 28일자 조선일보 전면광고에 이어, 어제 동아일보에도 전면광고가 소개되었습니다. 12월 5일자 A15면 전면광고에 소개를 실었습니다.
김영사 동아일보 광고 2017.12.5 A15
김영사가 야심차게 준비한 네이버 포스트가 있습니다.
확실히 출판사가 정리하니, 가독성이 좋게 시각적으로 잘 처리된 것 같습니다.
[연재] 박문호 박사의 뇌과학 공부 시리즈 인데, 책의 핵심내용을 섹션별로 잘 소개하고 있어서, 주변에 소개할 때 아주 유용할 것 같습니다.
1탄 : [연재] 박문호 박사의 뇌과학 공부 #뇌공부의 모든 것
http://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=11055681&memberNo=2367855
2탄 : [연재] 대칭성을 찾으면 자연은 본래 모습을 드러낸다 #뇌공부의 모든 것
http://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=11083383&memberNo=2367855
3탄 : [연재] '지각'은 사람마다 다른 창조적 과정이다 #뇌공부의 모든 것
http://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=11081022&memberNo=2367855
4탄 : [연재] 뇌 구조의 10가지 핵심 프레임 #뇌공부의 모든 것
http://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=11082273&memberNo=2367855
5탄 : [연재] 동물의 행동은 감각에서 나오며, 인간의 행동은 의미에서 나온다 #뇌공부의 모든 것
http://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=11082863&memberNo=2367855
6탄 : [연재] 기억과 꿈: 뇌는 스스로 상태 조절의 문을 열고 닫는다 #뇌공부의 모든 것
http://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=11085309&memberNo=2367855
조만간 김영사와 함께하는 북리뷰 이벤트가 오픈할 예정인데다가,
2018년 1월 중에는 교보문고에서 [인생학교 365]라는 저자 강연회를 진행할 계획이라고 합니다. 어서어서 책 읽어보시고 감동을 정리해 보심이 어떨까요? 물론 주변에도 널리 알려주시구요.
소식이 진행되는 대로 소식지 3탄에서 전해드리겠습니다.
[연재] '지각'은 사람마다 다른 창조적 과정이다 #뇌공부의 모든 것
http://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=11081022&memberNo=2367855
살아간다는 것은 느끼고 분별하는 뇌 작용의 연속이다. 감각과 지각 그리고 행동은 서로 엮이면서 우리를 의식적 존재로 만든다. 뇌는 감각과 지각을 통해 주변 환경을 재구성하는데, 이러한 세계상의 구성은 감각입력에서 시작한다. 감각의 중요한 특징은 전송 채널과 감각지도다. 소리 자극은 달팽이관의 청신경에서 출발하여 전용 청각신경 전달 경로를 따라서 대뇌 일차청각피질로 전달된다. 일차청각피질은 신호 처리 영역이 주파수별로 배열되는 청각피질지도를 형성한다. 촉각도 마찬가지다. 일차체감각피질에는 신체 피부의 촉각 정보가 감각의 중요도에 비례하는 면적으로 지도화되어 있다. 지각은 감각과 연결되어 계속 감각정보를 처리한다. 즉 지각은 감각입력의 단편 자극이 ‘무엇’인지 그리고 ‘무엇을 의미하는지’를 밝혀내는 구성적 과정이다. 감각 자극의 전달 초기 단계에는 감각이 의식되지 않는다.
시각의 경우 망막에서 일차시각피질에 도달하는 0.05초까지는 무엇을 보았는지 의식할 수 없다. 후두엽 일차시각피질에서 시각의 흐름은 두정엽과 측두엽의 두 갈래로 갈라진다. 측두엽으로 전달되는 시각 처리 과정이 진행되어 0.1초가 지나면 색깔과 형태를 의식적으로 알 수 있다. 앞쪽 측두엽에 시각 정보가 전달되면서부터 감각이 의식되어 지각이 된다.
‘시각 정보가 전달된다’는 표현은 엄밀히 말하면 맞지 않다. ‘사과를 본다’는 현상은 사과에서 반사된 빛 알갱이의 자극으로 생성된 전압파가 신경세포의 연결을 통해 측두엽까지 전달되면서 전압파열의 흐름이 ‘색깔’과 ‘형태’라는 놀라운 인식 작용을 창출해내는 현상이다.
그래서 모든 지각 과정은 창조적 과정이다. 감각 정보가 지각으로 전환되는 과정은 결코 수동적 과정이 아니며, 사람마다 고유한 창조적 과정이다. 단편적 감각 자극이 ‘무엇’인지 알아가는 과정은 수억 개 이상의 신경세포가 서로 연결되어 상호작용하는 과정에서 생겨나는 확률적 과정이다. 신경세포는 서로 연결하려는 ‘열정’을 갖고 있다. 이는 ‘연결되어 함께 신경 펄스를 방출하는 신경세포는 함께 묶인다’는 신경과학의 기본 원리인 헤브의 법칙Hebb’s law이다.
신경세포가 서로 결합하여 작용한 결과로 나타나는 것은 기적 같은 인지 능력이다. 우리의 청각은 시간적으로 바뀌는 공기 압력의 변화를 엮어서 소리를, 소리를 엮어서 단어를, 단어를 엮어서 문장과 노래를 창조한다. 뇌 운동신경세포의 무수한 연결을 이용해 단순한 동작을 적절한 순서로 연결하면 건축, 베 짜기 같은 인간 문화를 이룬 고도의 적응적 능력이 출현한다.
감각 단서가 ‘무엇’인지를 알아내는 과정이 더 진행되면 그 단서가 ‘무엇을 의미하는지’ 추론할 수 있게 된다. 무엇인지를 안다는 과정의 전제 조건은 이전의 기억이 인출되어야 한다는 것이다. 어떤 과일이 사과인지 배인지 안다는 것은 구별할 수 있다는 것과 동일한 정신 작용이다. 지각이 알아차린 대상이란 그 속성을 구별하는 한 묶음의 관계들의 집합이다. 구별은 관계의 집합으로 바로 의미가 된다. 대상들은 속성에 따라 구별되고 범주화된다.
감각적 인상은 의식적 지각 과정이고, 의미가 창출되는 뇌 작용이다.
그래서 우리는 하루 종일 보거나 듣는 내용을 평가하고 분류하여 의미를 생성해낸다. 그래서 주변 환경은 더 이상 가치중립적일 수 없다. 우리의 주변은 지각으로 생성된 가치로 물든 환경이 된다. 좋거나 싫은 감정은 우리의 행동을 선택하게 만든다. 그래서 행동은 지각의 결과다. 지각의 일부는 기억되기도 한다. 기억이란 지각의 갱신 과정이며, 우리는 지각되는 과정을 기억하기도 하고 기억의 인출을 지각하기도 한다.
뇌의 기본 작용은 감각과 운동의 생성이다. 감각은 지각과 기억으로 진행되며, 운동은 골격근을 움직이는 수의운동과 무의식적 자율운동으로 구분된다. 자율운동에는 신체를 활동하게 하는 교감신경과 신체의 에너지를 축적하는 부교감신경 작용이 있다. 감각은 피부, 내부 장기, 골격근에서 대뇌로 입력되는 일반감각과 시각, 청각, 미각, 균형감각의 특수감각으로 구분된다. 일반감각에는 온도, 통증, 촉각, 고유감각이 있으며, 척수후각으로 입력되어 시상 감각핵의 중계로 대뇌피질로 신경 흥분이 전달된다.
등쪽신경절 세포의 양방향 축삭의 한쪽 가지는 피부의 감각 감지 세포와 골격근에서 시냅스하며, 다른 쪽 가지는 피부감각과 고유감각을 척수 후근을 통해 척수 중간 신경세포와 시냅스한다.
그림 2-16에서 통증은 등쪽신경절을 구성하는 감각신경세포 축삭말단이 피부 속에 노출된 자유말단종말의 흥분 자극에서 시작되며, 막구조에 쌓여 있는 축삭말단에서 진동과 압력감각이 전달된다.
척수중간뉴런은 척수전각의 알파와 감마운동뉴런으로 자극을 전달하여 방추내근과 방추외근을 수축한다. 알파운동뉴런은 렌쇼세포에 의한 억제성 피드백으로 더 정밀하게 운동출력을 조절한다.
등쪽신경절 감각세포의 축삭이 척수후각으로 입력되어 중간뉴런과 시냅스하고, 중간뉴런은 척수전각의 운동뉴런과 시냅스한다. 운동뉴런의 출력이 교감신경절에서 시냅스하고, 교감신경절의 신경세포 출력이 심장과 위장의 운동을 조절한다.
교감신경절은 척수 양 옆에 상하로 두 줄의 기둥 형태를 이루기 때문에 교감신경기둥이라 한다.
피부의 통증은 등쪽신경절 감각세포 축삭의 자유말단에서 입력되는 통각 신경 흥분이 척수 중간뉴런을 통해 척수전각 알파운동뉴런으로 전달되고, 알파운동뉴런에서 골격근으로 신경 흥분이 신속히 전달되어 자극원에서 회피하는 반사운동을 일으킨다. 척수의 마디마다 피부, 내장, 골격근으로 신경이 연결되며, 척수 마디 단위로 신경 처리가 구분되어 신체 분절을 조절한다. 경수, 흉수, 요수, 천수의 척추신경과 교감신경기둥의 상호연결이 그림 2-19에 나타나 있다.
창자에는 세로 방향의 종주근과 원형으로 수축하는 돌림근이 존재한다. 창자에 분포하는 신경으로는 내장감각신경과 부교감신경, 내장신경절의 내장신경이 돌림근에 근육층신경총과 장막밑신경총을 형성한다. 내장에 분포하는 신경세포는 척수신경세포만큼 많으며, 따라서 장내 신경총을 제2의 뇌라고 한다.
4탄 : [연재] 뇌 구조의 10가지 핵심 프레임 #뇌공부의 모든 것
http://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=11082273&memberNo=2367855
인간 뇌를 공부할 시간이 한 달만 주어진다면, 무엇에 집중해서 공부해야 할까? 인간의 감정과 기억 그리고 행동을 만드는 뇌에 단 한 달 만에 익숙해지는 학습 방법이 있을까? 뇌 구조와 작용을 배우는 방법은 어쩌면 한 가지 방법뿐일 수 있다. 뇌 구조를 반복해서 그려서 익숙해지고, 뇌 각 영역의 이름을 기억하는 것이다.
인간 뇌의 구조와 기능에 한 달 만에 익숙해지려면, 핵심 뇌 구조 그림 10개와 뇌 용어 100개를 기억하면 된다. 하루에 10개 단어씩 기억한다면 열흘이면 가능하다. 뇌 해부 용어는 대부분 라틴어이므로 단어는 생소하지만, 100개 용어가 그림마다 반복해서 나오기 때문에 한 번 기억해두면 공부에 자신이 생긴다. 핵심 뇌 구조 10개를 순서대로 적어보면 다음과 같다.
1. 뇌간과 뇌신경
2. 뇌간의 앞쪽과 뒤쪽 그림
3. 척수 단면
4. 변연계 기억 회로
5. 소뇌 연결
6. 시상 구조
7. 척수와 대뇌의 발생
8. 감각과 운동신경로
9. 브로드만 맵
10. 대뇌의 단면 구조
인간 뇌의 핵심 구조 그림 10개를 그리는 방법을 간략히 살펴보자.
1번 뇌 프레임 그림 (책 188쪽)
1번 뇌 프레임 그림: 뇌간과 뇌신경 그림으로, 상구 단면에서 경수 단면까지 뇌간에 위치하는 뇌신경의 신경로와 신경핵을 그린다. 뇌간은 척수의 1번 경수 위로 뻗은 연수, 교뇌, 중뇌로 구성된다. 연수는 개방연수와 폐쇄연수로 나뉘고, 교뇌는 교뇌기저부와 피개tegmentum 영역, 그리고 제4뇌실로 나뉘며, 소뇌가 배쪽에서 등쪽으로 위치하고 있다. 뇌신경은 12개이며, 1번 후신경, 2번 시신경, 3번 동안신경, 4번 도르래신경, 5번 삼차신경, 6번 외전신경, 7번 안면신경, 8번 전정와우신경vestibulocochlear nerve, 9번 설인신경glossopharyngeal nerve, 10번 미주신경, 11번 부신경, 12번 설하신경이 있다.
뇌신경 12개에서 감각 성분만으로 구성된 신경은 후신경, 시신경, 전정와우신경이며, 운동 성분만 존재하는 신경에는 동안신경, 도르래신경, 외전신경, 부신경, 설하신경이 있으며, 감각과 운동 성분 모두 존재하는 신경은 삼차신경, 안면신경, 설인신경, 미주신경이다. 부신경accessory nerve은 경수 1번에서 5번까지의 출력 신경인 척수부신경과 뇌부신경으로 구분된다. 첫째 그림의 핵심은 뇌신경을 감각신경과 운동신경으로 구분하여 뇌간에 배치하고, 상구 단면에 적핵, 흑색질, 중뇌수도관을 표시하고, 고립로핵solitary tract nucleus과 의문핵을 자세히 그리는 것이다.
2번 뇌 프레임 그림: 뇌간의 앞면 (책 199쪽)
2번 뇌 프레임 그림: 뇌간의 뒷면 (책 198쪽)
2번 뇌 프레임 그림: 뇌간 앞면 그림으로, 뇌간의 위쪽으로 대뇌각을 그리고 시신경과 시각교차, 그리고 시각로가 대뇌각의 신경섬유다발을 감싸는 구조를 그리고, 대뇌각 위에 시상을 크게 그린다. 뇌간의 앞면에는 4번 뇌신경인 도르래신경만이 보인다. 눈동자를 대각선 방향으로 움직이게 하는 상사근에 연접하는 도르래신경은 좌우의 중뇌 하구 부근에서 출발하여 신경다발이 서로 교차하면서 뇌간 앞쪽으로 뻗어나온다. 뇌간 뒷면 그림은 소뇌를 뇌간과 연결하는 상소뇌각superior cerebellar peduncle, 중소뇌각middle cerebellar peduncle, 하소뇌각inferior cerebellar peduncle의 절단면을 그리고, 하구, 상구, 유두체를 그린다. 유두체 위로 고삐핵과 시상을 그린다. 시상은 제3뇌실과 접하는 구조이며, 시상과 렌즈핵 사이에 내낭의 섬유다발이 통과한다. 이 그림을 반복해서 그리면, 시상과 뇌간의 뒷면 구조가 명확해지고, 제3뇌실, 제4뇌실, 척수중심관의 연결과 소뇌가 뇌간에 부착된 과정이 자명해진다.
3번 뇌 프레임 그림: 척수 감각신경 (책 174쪽)
3번 뇌 프레임 그림: 척수 단면 그림으로, 경수, 흉수, 요수, 천수의 단면에 따라 조금씩 다르지만, 척수의 상행감각신경로와 하행운동신경로, 척수 회색질의 클라크기둥, 척수 중간뿔회색질인 교감, 부교감신경세포, 척수전각의 운동뉴런의 분포를 가능한 한 자세히 그린다.
4번 뇌 프레임 그림: 변연계 기억 회로 (책 250쪽)
4번 뇌 프레임 그림: 변연계 기억 회로 그림으로, 해마의 신경출력 다발이 뇌궁을 통해 유두체, 유두체에서 시상전핵, 대상다발, 해마방회, 내후각뇌피질을 통해 다시 해마로 입력되는 파페츠회로를 그린다. 이 그림은 세 개의 그림이 한 개의 핵심 프레임을 구성하는데, 파페츠회로가 중심이 된 그림, 내측전뇌다발의 입출력 관련 그림, 중격영역septal area, 시상전핵, 고삐핵, 편도체, 해마의 상호연결에 관한 그림으로 구성된다.
5번 뇌 프레임 그림: 소뇌의 신경 연결 (책 223쪽)
5번 뇌 프레임 그림: 소뇌의 신경 연결 (책 224쪽)
5번 뇌 프레임 그림: 소뇌의 입출력 그림으로, 소뇌는 기능에 따라 전정소뇌, 척수소뇌, 대뇌소뇌로 구분된다. 전정소뇌는 균형감각을 처리하는 타래결절엽과 소뇌심부핵인 꼭지핵이 관련되는 원시소뇌이며, 척수소뇌는 소뇌전엽과 중간위치핵이 관련되는 구소뇌이고, 대뇌소뇌는 소뇌 후엽과 치아핵이 관련되는 신소뇌다. 타래결절엽은 균형감각, 소뇌전엽은 고유감각이 주로 관련되며, 소뇌후엽은 대뇌운동피질과 함께 운동 계획에 관련되며, 대뇌운동피질의 운동 명령이 교뇌핵에 시냅스한 후 교뇌가로섬유pontine transverse fiber를 통해 소뇌피질로 전달된다.
7번 뇌 프레임 그림: 척수와 대뇌의 발생 _ 신경 발생 예정 지도 (책 43쪽)
7번 뇌 프레임 그림: 척수와 대뇌의 발생 그림이다. 외배엽에서 발생하는 신경판에 대뇌 영역과 척수 영역의 지도가 존재한다. 발생 과정의 뇌를 공부하면 대뇌피질, 대뇌기저핵basal ganglia, 시상, 시상하부, 중뇌, 교뇌, 소뇌, 연수, 척수의 구조가 변화해가는 과정을 상상할 수 있다.
8번 뇌 프레임 그림: 감각과 운동신경로 (책 154쪽)
8번 뇌 프레임 그림: 감각과 운동신경로 그림으로, 척수에서 상행하는 감각신경로와 대뇌운동피질에서 척수로 하행하는 운동신경로는 뇌 작용의 고속도로다.
9번 뇌 프레임 그림: 브로드만 맵 (책 130쪽)
9번 뇌 프레임 그림: 브로드만 맵 그림으로, 대뇌피질을 구성하는 신경세포의 차이에 따라 형성된 구역으로, 뇌의 영역별 기능을 공부할 수 있다.
10번 뇌 프레임 그림: 대뇌의 단면 구조 (책 111쪽)
10번 뇌 프레임 그림: 대뇌의 단면 구조 그림으로, 시상 단면 구조와 함께 대뇌기저핵의 입체 구조는 뇌 구조 공부의 핵심 내용이다.
그림 3-1은 뇌 핵심 구조의 하나인 6번 대뇌 시상 단면이다. 좌뇌와 우뇌를 연결하는 뇌량은 신경섬유다발이며, 절단된 섬유다발은 점으로 표시했다. 전교련과 후교련은 대략 같은 높이에 위치한다.
좌우 대뇌 반구를 연결하는 뇌량의 절단면은 점으로 표시했으며, 뇌량팽대와 인접하여 송과체가 위치한다. 유두체에서 시상전핵 사이는 유두시상로로 연결되며, 유두체에서 뇌간으로 뻗어나온 신경축삭은 초록색으로 표시되어 있다. 시상하부에서 뇌간으로 등쪽세로다발dorsal longitudinal fasciculus은 청색, 내측전뇌다발은 붉은색으로 나타나 있다.
그림에서 점선 영역은 중뇌수도관주위회색질 영역을 표시하는데, 중뇌수도관의 등쪽은 중뇌이며, 배쪽은 피개영역이다. 중뇌는 무의식적 눈동자 운동과 관련된 상구와 청각을 중계하고 처리하는 하구로 구성된다. 대뇌기저핵은 그것을 구성하는 조가비핵, 꼬리핵, 창백핵의 입출력 관계를 중심으로 삼고, 대뇌기저핵과 시상 그리고 대뇌피질의 상호연결로 운동출력을 제어하는 회로를 공부하는 것이 핵심이다.
변연계의 구성 요소인 측좌핵nucleus accumbens에서는 전전두엽과 뇌간의 배쪽피개영역과 연결되는 도파민성 중독 회로가 중요하다. 측좌핵은 해마와 편도체와 상호연결되며, 운동 기능보다 정서적 정보 처리와 관련된다. 대뇌피질의 중심고랑 뒤쪽 피질인 후반구에는 체감각, 청각, 시각의 감각피질이 위치한다. 중심고랑 앞쪽에는 전전두피질, 보완운동영역, 전운동영역, 일차운동영역이 있으며, 의식적인 눈 운동 영역인 전두안구피질과 운동 언어 피질인 브로카영역이 중요하다. 일차운동피질은 골격근 제어, 보완운동영역은 언어와 내부 생성 운동, 전운동영역은 외부 자극에 대한 궤적 운동을 담당한다.
대뇌운동피질, 선조체, 창백핵, 흑색질그물부, 시상은 서로 연결되어 몸 동작과 운동 순서를 생성한다. 그림 3-3에서처럼, 대뇌운동피질에서 선조체로 글루탐산이 분비되고, 선조체의 출력은 창백핵과 흑색질그물부와 연결된다. 선조체는 조가비핵과 꼬리핵을 합친 이름이다. 시상은 창백핵에서 입력을 받아서 대뇌
운동피질로 전달한다. 뇌간 솔기핵에서 선조체로 세로토닌을 분비하고 뇌간 흑색질에서 선조체로 도파민을 분비한다. 흑색질치밀부의 도파민 뉴런이 60퍼센트 이상 감소하면 흑색질에서 선조체로 도파민 분비가 줄어들어 파킨슨병이 생긴다.
그림 3-4에는 대뇌 관상단면 구조를 배경으로 대뇌 기저핵, 뇌간, 소뇌의 구조가 드러나 있다. 외측뇌실에 인접하여 꼬리핵이 위치하고, 꼬리핵 앞쪽으로 창백핵과 시상이 돌출해 있고, 해마와 편도체가 보인다. 편도체의 출력 축삭다발이 분계선조이며, 뇌실 위로 뇌량이 좌우 대뇌 반구를 연결한다. 대뇌각은 수직 방향의 축삭다발이 대뇌를 받치고 있는 형상이며, 교뇌의 수평 방향 섬유다발은 중소뇌각을 통해 소뇌피질에 입력되는 교뇌가로섬유에 수평 방향으로 줄무늬로 표시되어 있다.
대뇌 관상 단면 구조 둘째 그림(그림 3-5)에는 대뇌피질을 장거리로 연결하는 위세로다발과 아래세로다발의 단면을 점으로 표시하였고, 대상회와 인접하여 대상다발이 나타나 있다. 초록색으로 표시된 내낭이 선조체 구조를 관통하며, 제3뇌실에 인접하여 시상하부가 보인다. 조가비핵과 뇌섬엽 사이에 얇은 막 형태의 신경세포층이 전장이며, 관상면 구조의 아래에 시교차 이후의 시각로 단면이 보인다. 관상 단면에서 앞에서 뒤로 시신경, 시각교차, 시각로의 단면이 순차적으로 나타난다.
그림 3-6은 뇌실에 인접하는 꼬리핵과 조가비핵을 대뇌피질 속에 보이는 방식으로 표현한 그림이다. 가운데의 작은 원은 좌우 두 개의 시상을 연결하는 시상간교가 통과하면서 생성된 구멍이다. 세포다리는 조가비핵과 꼬리핵 사이를 신경축삭다발이 통과하면서 형성된 바퀴살 모양의 구조로, 신경세포가 존재하는 회색질 영역이다. 측좌핵은 꼬리핵 머리와 인접해 있으며 전전두엽과 배쪽피개영역과 서로 연결되어 있다.
그림 3-7에서 보듯이 꼬리핵과 조가비핵이 합쳐져서 선조체가 되고, 조가비핵과 창백핵을 합쳐서 렌즈핵이라 하며, 창백핵은 외절과 내절로 나뉜다. 꼬리핵은 머리, 몸체, 꼬리 부위로 세분되고 꼬리핵 머리와 측좌핵이 인접하고 꼬리핵 꼬리 부근에 편도체가 위치한다. 꼬리핵과 조가비핵은 유사한 기능의 세포들이
내낭의 신경섬유다발로 분리되어 일부 연결된 회색질 영역이 만들어진다. 뇌간 상구 단면의 적핵과 부근의 흑색질이 입체 구조로 나타나 있다. 전교련 섬유다발이 좌우 양쪽 편도체를 연결한다.
조가비핵과 꼬리핵에도 발가락, 손가락, 입술, 눈의 감각 지도가 존재한다(그림 3-8). 조가비핵은 초록색의 손가락 운동 영역과 파란색으로 표시된 입술 운동 영역이 같은 영역에 중첩되어 있다. 종이에 그려진 정교한 도형을 가위로 오릴 때 우리는 무의식적으로 입술을 움직이는데, 이 현상은 입술과 손가락의 절차운동 순서를 처리하는 영역이 조가비핵에서 중첩되는 현상과 관련이 있다.
[연재] 동물의 행동은 감각에서 나오며, 인간의 행동은 의미에서 나온다 #뇌공부의 모든 것
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망각은 자연스러운 현상이지만 기억은 특별한 능력이다. 동물은 사건기억이 빈약하며, 인간의 사건기억은 일생 동안 지속된다. 경험이 사라지지 않고 기억으로 남는다는 현상은 놀랍고 예외적인 현상이다.
공포 반응을 동반한 기억처럼 생존에 직결되는 기억은 동물에게서도 오랫동안 유지된다.
그러나 인간처럼 일상 행동의 대부분을 기억에 의존하는 동물은 없다. ‘언제 어디서 무엇을 어떻게’라는 형식으로 표현할 수 있는 기억은 인간 고유의 사건기억이며, 이야기의 형태가 되는 일화기억이다.
특정한 장소에서 경험한 내용을 이야기 형태로 구성하는 일화기억은 생존에 중요한 사건에서 시작된다. 대부분의 감각 정보는 망각되지만, 새롭거나 중요한 자극에 주의를 집중하게 되면 그 자극은 감정을 동반한 순간적 인상이 되어 기억된다. 일단 주의집중을 촉발한 자극은 의식되며, 그 현장을 시각과 청각으로 계속 관찰하게 한다. 이처럼 의식 수준에 도달한 감각 정보를 처리하는 과정이 바로 작업기억이다. 작업기억은 현재 전개되는 상황 그 자체에 대한 인식이며 우리의 현실을 구성한다.
그래서 작업기억은 의식의 핵심 요소이며 현재 그 자체다. 우리는 가정과 직장에서 시간에 따라 행동이 바뀌는 매 순간 작업기억으로 현실에 적절히 반응한다. 성공적으로 환경에 적응할수록 그 감각경험은 잊게 된다. 왜냐하면 적절한 적응 과정은 반복되어 습관이 되고, 습관적 행동은 의식되지 않기 때문이다. 새롭고 중요한 정보는 반복해서 살펴보게 되며, 시각적 주의와 중얼거림을 통한 대뇌피질의 활성 덕에 중요한 대상은 좀 더 오랫동안 작업기억에 유지된다. 반복되는 자극 반응 과정을 통해 작업기억은 장기기억으로 전환된다.
장기기억은 절차기억과 선언기억으로 구분된다. 절차기억은 의식이 개입하지 않는 운동 순서 기억이며, 의식되지 않기에 절차기억을 암묵기억이라 한다. 수의근을 움직여 행동을 만드는 대부분의 과정이 바로 절차기억이다. 자전거 타기, 글씨 쓰기, 악기 연주는 모두 반복 훈련으로 획득한 절차기억이다. 양쪽 해마를 제거한 H. M. 환자도 새로운 절차기억 학습은 가능했다.
선언기억은 언어로 표현되어 의식되는 기억이며, 사건기억과 사실기억으로 구분된다. 사건기억은 장소와 시간에 결합된 기억으로, 일상에서 겪는 대부분의 기억이 바로 사건기억이다. 특정한 장소가 특정한 행동을 유발한다. 식당, 교실, 침실에서 인간은 먹고, 공부하고, 잠을 잔다. 인간은 특정한 장소에서 그 장소에 걸맞는 행동을 반복적으로 하여 습관을 형성한다. 일상은 반복되는 습관적 행동으로 구성되며, 시간과 장소 정보로 구성되므로 사건기억은 사건이 발생한 순서로 나열할 수 있다.
각각의 장소에서 일어났던 사건의 순차적 연결이 바로 이야기를 구성하므로 사건기억을 일화기억이라 한다.
일화, 즉 이야기 형태로 구술되는 기억은 인간의 고유한 능력이다. 동물은 사건기억이 약해서 새로운 장소에 가는 것을 두려워한다. 그리고 사건의 순서를 기억하지 못해 염소는 목줄에 얽히게 되면 빠져 나오기 어렵다. 얽힌 순서의 역순으로 줄을 풀면 되는데 순서에 대한 기억이 약해서 역순으로 돌아갈 수 없게 된다. 반면에 인간은 전운동피질premotor cortex의 일부 영역에서 몸통 회전 운동을 담당하기 때문에 몸의 동작을 역순으로 할 수 있다.
특정한 장소에서 비슷한 경험이 반복되면 감각경험에서 유사한 자극 패턴이 중첩되어 더욱 강화된다. 유사한 지각이 반복되면서 지각의 공통 부분이 범주화되고, 범주화된 지각 자극들이 시간 순서로 연결되는 과정에서 사건들의 의미가 드러나게 된다.
일련의 사건이 시간 순으로 배열되면 사건 사이의 순서화된 맥락에서 인과관계에 대한 의식이 생겨난다. 그리고 사건의 인과적 관계가 사건의 맥락이 되고, 곧 사건의 의미가 된다. 결국 사건의 연쇄로 구성되는 일화기억에서 추출된 사건의 인과관계가 바로 의미기억이다.
유사한 사건의 반복이 신경회로에 공통의 패턴을 형성하고, 그 범주화된 공통 패턴이 바로 사건의 의미가 된다. 그래서 일화기억은 시간이 지나면서 서서히 의미기억으로 농축된다. 사건기억은 반복되지 않으면 쉽게 잊힌다.
그러나 특정한 사건의 구체적 내용은 기억에 희미하지만 ‘사건의 의미’는 범주화되어 오랫동안 기억에서 유지되어 의미기억이 된다. 의미기억을 지속적으로 반영하여 인간의 사고와 행동이 선택된다. 따라서 동물의 행동은 감각에서 나오며, 인간의 행동은 의미에서 나온다.
뇌 구조를 알면 생각과 행동이 바뀐다.
뇌 작용을 알면 감정을 이해하게 되어 자유로워지고, 자신과 타인을 이해하는 데 도움이 된다. 뇌를 그리는 이유는 뇌 작용을 이해하는 데 가장 효율적인 공부 방식이기 때문이다.
뇌 구조를 기억하는 동안 이미 뇌의 연결이 바뀌고, 그래서 자신이 변화한다.(27쪽에서)
[연재] 기억과 꿈: 뇌는 스스로 상태 조절의 문을 열고 닫는다 #뇌공부의 모든 것
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뇌는 스스로 상태 조절의 문을 열고 닫는다
뇌는 스스로 문을 열고 닫는다. 뇌의 상태는 신경세포가 분비하는 화학물질의 종류에 따라 바뀐다. 뇌는 낮에는 각성 상태, 밤에는 수면 상태로 작동한다. 신생아는 하루 동안 자동 스위치처럼 각성 상태와 수면 상태를 오가며, 자라면서는 낮과 밤의 주기에 따라 수면 시간이 밤에만 몰리게 된다. 수면 상태도 비렘수면과 렘수면의 두 가지 상태로 구분된다. 비렘수면은 렘수면이 아닌 수면 상태란 의미다.
하루 동안 뇌는 각성, 비렘수면, 렘수면의 세 가지 상태를 순환한다. 각성 상태가 비활성화되면 뇌가 휴식하는 비렘수면 상태가 된다. 비렘수면의 3단계와 4단계는 주로 저주파의 높은 전압파인 델타파가 많이 나와서 서파수면이라 한다. 깊은 잠에 빠진 상태인 서파수면에서 다시 점차 잠이 얇아지면서 렘수면 단계로 전환한다.
렘수면을 켜는 스위치인 렘온REM-ON 세포는 대뇌각교뇌피개핵pedunculopontine tegmental nucleus과 등쪽외측피개핵lateral dorsal tegmentum nucleus에서 아세틸콜린을 생성하는 세포이며, 렘오프REM-OFF세포는 청반핵에서 노르에피네피린을 생성하는 세포들이다. 렘오프세포의 활성이 줄어들어 노르에피네피린 분비가 중단되어야 렘수면 꿈이 만들어진다. 청반핵의 노르에피네피린 생성 세포의 발화가 중단되면, 뇌는 렘수면 상태로 진입한다. 렘수면시 활성화되는 대뇌각교뇌피개핵과 등쪽외측피개핵 세포에 의해 생성되는 아세틸콜린은 기억의 연상 작용을 활발하게 하는 물질이다.
그리고 노르에피네피린은 주의집중을 유도한다. 청반핵에서 노르에피네피린 방출 세포는 렘수면시 거의 활동하지 않아 렘수면 꿈에서는 주의집중 상태가 사라진다. 렘수면과 비렘수면은 완전히 구별되는 다른 뇌 상태다. 그래서 수면의 뇌과학은 렘수면과 비렘수면의 구별에서부터 시작한다. 렘수면과 비렘수면은 아주 다른 뇌의 상태다.
수면과 각성 상태의 전환은 각성 중추인 청반핵, 솔기핵, 유두융기핵과 수면 중추인 복내측시삭전핵 사이의 억제와 활성에서 생긴다. 각성 상태에서는 전뇌기저핵과 그물형성체가 시상을 자극하고, 청반핵과 솔기핵이 복내측시삭전핵을 억제한다. 아세틸콜린을 분비하는 대뇌각교뇌피개핵과 외측등쪽피개핵은 각성시 솔기핵과 청반핵에 의해 어느 정도 억제되며, 렘수면에서는 이 억제가 해제되어 아세틸콜린 분비가 촉진된다. 비렘수면에서는 수면 중추인 복내측시삭전핵이 청반핵, 솔기핵을 억제하여 대뇌피질의 활성도가 낮아진다.
뇌의 상태는 비렘수면 상태에서 활성도가 증가하면 렘수면 상태로 전환되고, 렘수면 상태에서 외부 자극을 처리할 수 있을 만큼 활성도가 더 높아지면 각성 상태가 된다. 각성 상태에서 뇌가 정보를 처리하느라 신경세포에 피로물질이 축적되면 뇌는 스스로 활동을 줄이는 상태인 비렘수면 상태로 바뀌면서 외부 자극을 차단한다. 이처럼 비렘수면→렘수면→각성→비렘수면 상태로 전환하는 것을 뇌는 스스로 결정한다. 즉 뇌는 스스로 문을 열고 닫는다.
꿈을 주로 꾸는 수면은 서파수면의 입면 시기와 렘수면이다. 꿈은 렘수면시에 80퍼센트, 비렘수면인 서파수면시에 20퍼센트 발생한다. 렘수면 때는 외부 시각 입력은 원래 존재하지 않는데, 그럼에도 시각 이미지가 생생하게 전개되는 이유는 연합시각피질에 저장된 시각 기억을 인출하기 때문이다. 렘수면 때 꾸는 꿈은 놀라움과 매 순간 바뀌는 움직임으로 가득한 내용이며, 서파수면 때 꾸는 꿈은 시각 장면의 반복이 흔하며 이야기로 엮이지 않는다.
낮 동안에는 관심의 대상에 주의를 집중하면서 정신 활동이 진행된다. 반면에 렘수면 때 꾸는 꿈에서는 등장하는 장면에 따라 주의가 분산된다. 변화하는 꿈 내용에 따라 주의가 분산되지만 아세틸콜린의 작용으로 꿈에 등장하는 기억 단편들이 신속히 연결되면서 꿈의 짧은 이야기가 만들어진다. 꿈 이야기의 소재에 제한이 없는 이유는 렘수면 꿈에서 해마와 신피질의 연결이 약화된 상태에서 기억이 제한 없이 연결되기 때문이다. 이전 기억들의 흔적을 지니고 있는 해마는 신피질과 연결됨으로써 각성시에는 작업기억 영역인 배외측전두엽에 기억 저장 장소에 대한 정보를 전달해주는 지시 기능을 한다. 그런데 렘수면 꿈에서는 이러한 연결이 단절되어 사건기억 저장 주소를 알려줄 수 없다.
렘수면 꿈에서는 놀라운 장면이 맥락 없이 등장한다. 꿈에서 위태로운 몸동작이 반복해서 나타나는 이유는 꿈의 진화적 관점에서 설명된다. 낮 동안에는 위험한 현장에서 사건에 대한 도망이나 회피 반응을 학습하기가 마땅치 않다. 그래서 동물들은 안전한 보금자리에서 낮 동안 경험한 상황을 꿈으로 재연replay한다. 그래서 꿈에 가장 많이 등장하는 장면은 도망가는 장면이다. 꿈에서는 정교한 몸동작이 반복적으로 등장하는데, 일차운동 피질에서 운동 명령이 출력되지만 뇌간의 연수에서 신경 흥분이 차단되어 척수로 전달되지는 않는다. 그래서 렘수면은 몸의 휴식이며 서파수면은 뇌의 휴식이다. 낮 동안에는 운동 명령이 출력되면 곧장 체감각피질에 운동 명령의 출력이 전달되어 운동의 결과를 미리 예상할 수 있게 된다. 그러나 꿈에서는 일차운동피질에서 운동 명령이 출력되더라도, 일차체감각피질과 일차시각피질에 운동결과로 생긴 감각은 전달되지 않는다. 그 결과 꿈에서는 감각운동환각sensorimotor hallucinosis이 생겨난다. 꿈은 자신의 몸동작을 센서로 연결하여 화면에 투사하는 현상과 비슷한 감각운동환각이다.(418-420p)
꿈에서는 외부 세계의 공간과 시간 정보를 반영할 수 없으며, 정서의 강한 영향을 받는다. 그래서 꿈은 정서적 놀람 반응을 동반한 운동으로 가득하다. 외부 세계의 비교 대상이 없는 상황에서 꿈은 시각적 장면과 운동이 주도하는 환상의 세계상을 상영한다. 그래서 꿈은 꿈을 깨기 전에는 꿈인지 모른다. 꿈이라는 스스로 완결적인 세계 속에서 나는 느끼고 맹목적으로 움직일 뿐이다. 꿈속에서 나는 과거의 기억에 접근할 수 없는 기억상실 상태다. 그래서 꿈에서 나는 과거가 없는 존재지만 감정의 뇌가 영화감독이 되어 시각 이미지를 불러와서 은유적으로 상영한다. 낮의 ‘현실’이라는 영화의 감독이 전전두엽이라면 꿈속 드라마의 감독은 정서의 뇌다.(443-444p)
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뇌의 대칭 구조: 대칭성을 찾으면 자연은 본래 모습을 드러낸다
기억의 첫째 법칙은 대칭화다. 구름과 바위 같은 자연에서 대칭성을 찾아내기는 어렵다. 바람에 흩어지는 구름처럼 자연 현상은 변화의 형태를 예측하기 어렵다. 지식의 내용이 구름과 바람처럼 일정한 형태나 방향 없이 스쳐지나가기만 한다면 지식은 기억되지 않는다. 애매한 정보를 기억 가능한 형태로 만드는 방식이 바로 대칭화다.
인간 크기의 규모에서는 식물, 구름, 바위가 전혀 대칭 구조가 아니다. 그러나 세포 안의 생체 분자나 바위의 결정 구조는 대칭이다. 물, 공기, 동식물 모두 분자 수준에서는 대칭성이 확실하게 보인다. 단백질, 포도당, 지방산도 거대 분자이며 일정한 구조를 가진다. 세포의 작용을 생화학적으로 설명하는 세포생물학에서는 세포의 구조가 핵심인데, 세포의 구조는 유동성 있는 막으로 되어 있어 계속 변화할 수 있다. 특히 신경세포의 원형질막은 무수한 돌기와 가지를 만들어낸다. 그래서 일정한 형태의 신경세포를 그려볼 시도를 하지 않는다.
다양한 형태로 변화하는 구조를 하나의 대칭 구조로 정리하면, 그 분야의 애매했던 지식이 명확해진다.
분산적으로 전개되는 사건에서 핵심 사건의 줄거리를 인과 순서에 따라 나열해보면 사건의 전모가 드러나듯이, 세포의 생화학 작용 역시 단백질 상호작용을 대칭 구조의 도표로 정리하면 그 전체 과정이 드러 난다. 입자물리학은 대칭성을 찾는 학문인데, 그에 따르면 빅뱅 우주론과 우주의 네 가지 힘의 출현은 대칭과 대칭 붕괴의 이야기다.
생물학과 역사학에서 배운 내용 혹은 그 상호 관계 도표를 대칭 구조의 그림으로 그려보자. 대칭 구조는 대칭축을 중심으로 반쪽만 보아도 전체를 정확히 알 수 있다. 그래서 대칭화는 정보를 줄이지 않고 쉽고 빠르게 기억하는 방법이며, 나아가 단순히 기억을 돕는 임시방편이 아니라 자연법칙을 밝혀내는 공부 방법이다.
대칭 구조를 가지는 문장은 오래 기억된다. 그래서 하나의 단어를 기억하기는 어렵지만 대칭적 의미를 가지는 두 단어는 기억하기 쉽다. 곡선으로 된 부정형의 도형은 정확히 기억해내기 어렵지만 대칭적인 직사각형은 쉽게 기억된다. 다양한 형태의 벽돌로는 높은 건물을 짓기 어렵지만 일정한 대칭 구조의 벽돌로는 고층 빌딩도 지을 수 있다. 마찬가지로 대칭성이 부족한 지식은 서로 연결되어 고차적인 지식 구조를 형성하기 어렵다.
아름다운 얼굴은 대칭적인 얼굴이며, 인간이 느끼는 아름다움의 바탕에는 대칭성이 존재한다.
사물의 형태가 대칭이면 머릿속으로 그 사물을 쌓아서 다양한 입체 구조를 쉽게 만들어낼 수 있다. 석회암은 쉽게 원기둥과 직육면체로 만들 수 있다. 그래서 원기둥과 직육면체 판들로 건물과 도로를 만들어낸 그리스와 로마에서 과학과 서양 문명이 시작된 것은 우연이 아니다. 대칭 구조로 된 생활 환경에서 자란 사람들은 자연히 건물 구조의 대칭성에 따라 기하학적 논리를 내면화하게 된다. 기하학에서 시작된 논리와 논증의 엄밀성은 대칭 구조가 가져다준 선물이다.
런던 브릿지