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의식은 어떻게 형성될까…4종류의 '뇌 신경 활성' 패턴 발견

  • 김명수 기자
  • 승인 2019.02.10 16:43
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미국·유럽 합동연구팀 보고서 발표
"뇌의 조화로운 정보처리 능력에서 의식 형성"

[김명수 기자] 인간의 두뇌에서 어떻게 의식이 형성되는지는 과학계의 오래된 미스터리다.

그런데 미국과 유럽의 신경과학자들이 그 '해답'이 될 수도 있는 주목할 만한 연구결과를 내놨다고 과학 전문매체 '퓨처리즘(www.futurism.com)' 등 외신이 7일(현지시간) 전했다.

핵심은 의식의 신경학적 특징, 다시 말해 사람의 각성 반응(awake and responsive) 상태에서만 나타나는 뇌 전반의 활성 패턴을 발견했다는 것이다.

보고서는 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 최근호에 실렸다.

세계 최초로 제작된 '뇌 신경 지도' / [가천대 뇌과학연구소 제공]
세계 최초로 제작된 '뇌 신경 지도' / [가천대 뇌과학연구소 제공]

연구팀은 뉴욕, 파리, 온타리오, 리에주(벨기에) 등의 자원자 159명의 뇌를 fMRI(기능적 자기공명 영상법)로 촬영했다.

건강한 사람은, 긴장을 푼 상태와 어떤 정신적 과제에 집중한 상태로 나눠 각각 촬영했다.

아울러 뇌를 다쳐 '무반응 각성 증후군(unresponsive wakefulness syndrome)'이 생긴 혼수상태의 환자 등으로 대조군을 구성했고, 그 중간 그룹으론 최소 의식 상태에 있는 사람들을 추가했다.

그 결과 의식의 수위에 따라 서로 다른 네 가지의 뇌 신경 활성 패턴이 확인됐다.

가장 복잡한 첫 번째 패턴은 뇌의 넓은 영역에서 고도로 효율적인 협응(coordination)을 보였다. 이 유형은 각성 상태의 건강한 사람에서 두드러졌다. 하지만 최소 의식 상태와 혼수상태의 환자에선 별로 눈에 띄지 않았다.

뇌 반응이 전혀 없는 그룹에선 뇌의 특정 영역에 국한해 덜 복잡한 패턴이 나타났다. 이는 뇌 협응 수준이 상대적으로 낮다는 걸 의미한다. 나머지 두 유형은 그 중간에 걸쳐 있는 것이다.

결국 기능이 다양하게 특화된 뇌엽과 피질을 활용해 정보를 조화롭게 처리하는 뇌의 능력에서 의식이 형성된다는 게 연구팀의 최종 결론이다.

반면 의식이 약한 상태에선 특정 영역의 신경망만 연결돼 뇌 활성의 고립도가 높아진다는 것이다.

연구팀의 다음 과제는, 이렇게 상이한 패턴들이 부상이나 약물 복용 등의 요인에 따라 어떻게 달라지는지 규명하는 것이다.


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