美 연구팀이 발견한 뇌의 비밀

대뇌피질 시각영역의 지도 통해
공간 위치·명암·너비·방향 분석
다양한 시각정보 인식하고 처리

언어피질에선 음높이·리듬 파악
실어증과 언어학습에 효과 볼 듯

이제는 신체 일부분처럼 된 스마트폰이나 내비게이션이 없었던 불과 십몇 년 전만 해도 자동차로 먼 길을 떠날 때 지도 책은 필수였다. 지금은 중요성이 떨어진 것처럼 보이지만 사실 책자에서 스마트폰 애플리케이션이나 내비게이션으로 형식만 달라졌을 뿐 지도는 일상생활은 물론 교통과 행정, 심지어 군사작전에 이르기까지 쓰임새가 무궁무진하다.

과학사를 보더라도 지도는 인류 발전을 이끈 핵심 수단이었다. 무엇보다 지도는 인류의 시야를 넓히는 디딤돌 역할을 톡톡히 했다. 고대 그리스 과학자 프톨레마이오스와 16세기 스웨덴 천문학자 튀코 브라헤가 만든 세계지도와 별자리 지도는 세계와 우주를 바라보는 관점을 완전히 바꿔 놨다. 갈레노스, 레오나르도 다빈치, 베살리우스가 만든 인체 지도는 현대 의학을 발전시키는 계기가 됐다. 뇌과학자들이 만들고 있는 뇌신경 지도는 인간이 무엇인지 더 잘 이해할 수 있게 돕는다.

최근 과학자들은 우리가 보고, 듣고, 맛보고, 느끼는 모든 것들도 지도를 보고 길을 찾는 것과 똑같은 과정을 뇌에서 거친다는 것을 밝혀냈다. 미국 뉴욕주립대(SUNY) 생명과학과, 캘리포니아공과대(칼텍) 생물학부, 독일 베를린 샤리테의대 신경과학연구센터, 번슈타인 계산신경과학연구센터 공동 연구팀은 사람들이 움직임을 계획하고 환경을 탐색하며 오감을 통해 세상을 인식하기 위해 뇌에 다양한 형태의 ‘지도’를 갖고 있다고 1일 밝혔다. 이 같은 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 4월 28일자에 실렸다.현재는 ‘눈’으로 받아들여지는 자극으로 인식되는 시각적 세계에 대한 뇌 지도가 가장 자세히 연구돼 있다. 이에 따르면 대뇌피질 시각 영역에 있는 ‘지도’는 공간 위치, 눈으로 입력되는 정보, 명암, 방향, 너비 등을 바탕으로 정보를 인식한다. 예를 들어 모음 ‘ㅣ’를 보는 순간 뇌는 x, y 평면 좌표로 표시할 수 있고, 검은색이며 수직으로 서 있는 선이라는 사실로 뇌에서 매핑한 뒤 저장된 정보(기억)를 찾아 ‘이’란 발음이 나는 글자라는 것을 알게 된다는 것이다.

연구팀은 ‘피질 지도 형성 이론’이라는 수학적 방법으로 사람을 포함한 영장류와 다른 동물종의 시각적 지도 형성 과정을 분석했다. 연구팀에 따르면 많은 종이 뇌에서 시각적 지도를 만드는 방식은 같지만 정확도나 속도에서 차이를 보인다. 대뇌피질의 작은 부분만으로는 시각적 지도를 형성하는 것이 쉽지 않다는 것이다. 뇌 속에서 형성되는 지도의 정확성과 다양성은 자극의 양에 따라 달라지기 때문에 동일한 자극에 반응하는 대뇌피질 영역이 넓을수록 정확한 지도를 갖게 된다는 것이다. 이 때문에 상대적으로 뇌 용적이 큰 인간에겐 시각적 지도뿐만 아니라 자극을 인식할 수 있는 ‘지도’들이 다양하고 자세할 수 있다는 것이다.

한편 미국 뉴욕대, 프랑스 고등사범학교, 독일 막스플랑크 실증미학연구소 소속 인지신경과학자들은 지난 4월 23~26일 미국 샌프란시스코에서 열린 ‘인지신경과학회 2022 연례학회’에서 인간이 언어와 음악을 구분할 수 있는 메커니즘에 대한 연구 결과들을 발표했다. 이들에 따르면 사람의 뇌 언어피질에 음높이와 리듬을 파악하는 영역이 있어 음높이와 리듬이 안정적이라고 인식할 경우는 음악으로, 그렇지 못한 경우는 단순한 말하기로 파악한다.

앤드루 장 뉴욕대 박사는 “뇌가 음악과 언어를 구분하는 메커니즘을 파악하는 것은 사람이 어떻게 소통하고 상호작용할 수 있는지에 대한 답을 얻을 수 있게 해 준다”며 “음악이 실어증을 앓고 있는 사람에게 언어 소통의 대안적 형태로 사용될 수도 있고 유아의 언어 학습을 촉진시키는 데도 도움을 줄 것”이라고 말했다.