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🎁댓글 이벤트🎁 로봇이 나의 몸을 좋아지게 해준다니?!🤔 가능성을 입다, 한계를 넘다 Part.2 l 선을 넘는 과학자들

과거의 웨어러블 로봇이 단순히 장애인의 이동을 돕는 보조 수단에 그쳤다면, 이제는 신체 기능을 실질적으로 회복시키는 재활의 영역으로 진화하고 있습니다. 하반신 완전 마비 환자를 위한 로봇과 달리, 어느 정도 움직임이 가능한 노인이나 질환자를 위한 '엔젤슈트'는 사용자의 부족한 근력만을 정밀하게 보조합니다. 이는 사용자의 동작을 강제로 구속하지 않으면서도 보행의 효율성을 극대화하는 방식입니다. 특히 장애를 가지고 태어나는 아이들에게 로봇을 입혀 보행을 유도했을 때, 단순한 이동을 넘어 신체 데이터가 점진적으로 개선되는 놀라운 가능성을 확인하게 되었습니다. 연구진은 2019년 '미라클 프로젝트'를 통해 웨어러블 로봇의 일상화를 시도했으나, 사용자들로부터 예상치 못한 피드백을 받았습니다. 많은 이들이 로봇을 착용했을 때 주변에서 자신을 장애인으로 바라보는 시선을 부담스러워했으며, 타인의 도움보다는 스스로의 힘으로 걷고 싶다는 강한 의지를 보였습니다. 이러한 심리적 저항은 기술 개발의 방향을 완전히 바꾸는 계기가 되었습니다. 일상용 보조기기보다는 신체 기능을 근본적으로 회복시켜 로봇 없이도 걸을 수 있게 만드는 '의료기기'로서의 정체성을 확립하고, 뇌와 신경계의 가소성을 자극하는 재활 로봇 개발에 집중하게 된 것입니다. 재활 로봇의 핵심 원리는 인간의 뇌와 신경계, 그리고 근골격계의 상호작용을 최적화하는 데 있습니다. 사용자가 보행 의도를 가지고 아주 작은 움직임을 만들어내면, 로봇은 이를 즉각적으로 감지하여 필요한 만큼의 보조력을 제공합니다. 이 과정에서 사용자는 스스로 걷기 위해 엄청난 노력을 기울이게 되며, 이러한 반복적인 시도는 뇌의 인지 기능을 자극하고 신경 경로를 재구성하는 효과를 가져옵니다. 단순히 기계가 몸을 움직여주는 것이 아니라, 사용자의 의지와 로봇의 기술이 결합하여 뇌가 보행 메커니즘을 다시 학습하도록 유도하는 것이 이 기술의 진정한 가치입니다. '엔젤렉스 메디컬'은 이러한 철학을 바탕으로 탄생한 정식 의료기기입니다. 병원 환경에 최적화된 이 로봇은 물리치료사와 의사가 환자의 상태를 실시간으로 확인하고 제어할 수 있도록 설계되었습니다. 특히 일어서기, 앉기, 계단 오르내리기 등 다양한 일상 동작을 지원하며, 모든 훈련 데이터를 디지털로 저장하여 체계적인 맞춤형 재활을 가능하게 합니다. 실제로 뇌성마비 아동이나 파킨슨병 환자들이 이 로봇을 통해 보행 속도가 빨라지고 종종걸음 증상이 완화되는 등 실질적인 신체 개선 효과를 거두고 있으며, 이는 로봇이 단순한 기계를 넘어 치료의 파트너가 될 수 있음을 증명합니다. 한국의 웨어러블 로봇 기술은 이제 세계적인 수준에 도달하여 그 효능을 공식적으로 인정받고 있습니다. 90명을 대상으로 진행한 대규모 임상시험 결과는 국제 학술지에 게재되었으며, 전 세계적으로 유일무이한 사례로 주목받고 있습니다. 현재 국내 100여 곳 이상의 병원에서 실제 의료보험 수가 적용을 받으며 수많은 환자의 재활을 돕고 있는 이 기술은, 로봇 공학의 역사가 시작된 곳은 비록 해외일지라도 그 기술적 정점은 우리가 주도하고 있음을 보여줍니다. 보행이 불편한 모든 이들이 다시 스스로의 힘으로 대지를 딛고 설 수 있는 날을 위해, 웨어러블 로봇은 오늘도 끊임없이 진화하고 있습니다.

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[연구뭐하지?] 과거를 회상할 때, 미래를 상상할 때 벌어지는 뇌인지 메커니즘_이상아 교수 | 서울대학교 “인지발달신경과학 연구실”

인간의 뇌는 환경으로부터 정보를 받아들이고 이를 역동적인 기억으로 재구성하는 정교한 능력을 갖추고 있습니다. 이러한 과정은 과거의 사건을 회상하는 것뿐만 아니라, 아직 일어나지 않은 미래를 상상하고 시뮬레이션하는 데에도 핵심적인 역할을 합니다. 이 놀라운 정신적 활동의 중심에는 해마라는 뇌 부위가 있으며, 해마는 대뇌 피질의 다양한 영역과 협력하여 우리의 경험을 풍부한 기억으로 만들어냅니다. 발달 인지 신경과학 연구실에서는 영유아기부터 노년기에 이르기까지 전 생애에 걸쳐 이러한 고등 인지 기능이 어떻게 형성되고 변화하는지를 심도 있게 탐구하고 있습니다. 기억의 기전은 연령에 따라 각기 다른 양상을 보입니다. 대뇌 피질-해마 네트워크가 완전히 성숙하지 않은 어린 시절이나, 기능이 점차 저하되는 노년기의 기억은 건강한 성인의 기억과는 차이가 있습니다. 연구자들은 특히 노화 과정에서 나타나는 개인차에 주목합니다. 어떤 이는 나이가 들어도 젊은 시절과 비슷한 기억력을 유지하는 반면, 어떤 이는 현저한 저하를 겪기도 합니다. 이러한 차이가 발생하는 뇌과학적 기전을 밝혀냄으로써, 우리는 뇌 기능을 유지하거나 개선할 수 있는 실질적인 방법을 모색할 수 있습니다. 이는 인간의 삶의 질을 높이는 데 중요한 열쇠가 됩니다. 뇌과학 연구는 단순히 기억의 유무를 넘어 감정과의 상호작용이나 감각 정보의 통합 과정까지 아우릅니다. 우울감이나 불안감이 기억 처리에 미치는 영향을 분석하여 정서적 어려움을 겪는 이들에게 도움을 주고자 노력하며, 아이들이 보다 효율적으로 학습하고 기억할 수 있는 발달 과정을 관찰하기도 합니다. 또한, 시각이나 청각 등 다양한 감각 정보들이 해마를 중심으로 어떻게 하나의 통합된 기억으로 형성되는지를 연구합니다. 이러한 다각적인 접근은 인간의 인지 구조를 더욱 입체적으로 이해하게 하며, 복합적인 정신 활동의 신비를 풀어나가는 밑거름이 됩니다. 현대 뇌과학은 행동학적 관찰을 넘어 첨단 기술을 적극적으로 활용합니다. fMRI를 통해 뇌의 활성도를 직접 확인하거나, EEG로 전기적 활동을 측정하고 fNIRS를 활용하는 등 다양한 방법론이 동원됩니다. 연구자들은 가설을 검증하기 위해 직접 실험 과제와 영상을 디자인하며, 아이들이나 성인 피험자들이 연구 의도에 따라 반응하는 과정을 통해 이론을 실체화합니다. 각 방법론의 장단점을 파악하고 연구 목적에 가장 적합한 도구를 선택하는 과정은 과학적 엄밀성을 높이는 필수적인 단계입니다. 이러한 기술적 숙련도는 뇌의 복잡한 네트워크를 분석하는 강력한 무기가 됩니다. 진정한 과학적 성취는 성과에 대한 압박보다는 내면의 호기심과 즐거움에서 비롯됩니다. 자유로운 토론과 소통이 활발한 연구 환경은 연구자들이 자신의 연구 주제를 깊이 있게 탐구하고 발전시킬 수 있는 토대가 됩니다. 동료들과의 협력은 어려운 연구 과정에서 회복탄력성을 높여주며, 서로의 연구에 대한 피드백을 주고받는 과정에서 지식의 스펙트럼은 더욱 넓어집니다. 새로운 지식을 창조하는 과정은 때로 고되고 불확실하지만, 함께 웃고 의지할 수 있는 동료들이 있다면 그 여정은 더욱 가치 있는 탐험이 됩니다. 과학은 결국 인간이 함께 만들어가는 지적 유산이기 때문입니다.

이상아

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[과학책수다] 10대의뇌

‘10대의 뇌’는 청소년기를 이해하기 위한 현대의 교과서와 같은 책입니다. 신경과학자 프랜시스 젠슨과 언론인 에이미 엘리스 너트가 공동 집필한 이 도서는, 단순히 양육법을 제시하는 것을 넘어 뇌과학적 근거를 통해 10대의 행동을 분석합니다. 저자는 두 아들을 키운 어머니로서의 경험과 전문적인 연구 결과를 결합하여, 혼란스러운 청소년기의 원인을 뉴런의 연결망과 뇌 발달 과정으로 명쾌하게 설명해 줍니다. 이를 통해 우리는 10대를 바라보는 새로운 시각을 갖게 됩니다. 청소년이라는 개념이 독립적인 시기로 인정받기 시작한 것은 그리 오래되지 않았습니다. 19세기까지만 해도 아이들은 단순히 ‘작은 성인’으로 취급받으며 가혹한 노동 현장에 투입되곤 했습니다. 하지만 20세기 중반 대공황으로 인한 고용 변화와 고등학교 교육의 보편화는 10대라는 독특한 문화를 형성하는 계기가 되었습니다. 이 시기부터 청소년 특유의 자기중심적 성향과 반항이 하나의 발달 단계로 연구되기 시작했으며, 이는 인류 역사에서 매우 중요한 인식의 전환점이 되었습니다. 10대의 뇌는 흔히 ‘갓 조립된 페라리’에 비유됩니다. 엔진은 강력한 소리를 내며 돌아가지만, 정작 어디로 가야 할지 목적지를 모르는 혼란스러운 상태와 같기 때문입니다. 이 시기에는 뇌의 가소성이 정점에 달하여 외부 자극과 경험에 따라 신경 경로가 역동적으로 재구성됩니다. 반복적인 학습과 경험은 뉴런 사이의 연결을 강화하며, 이는 청소년기가 새로운 지식과 기술을 습득하기에 가장 최적화된 시기임을 시사합니다. 따라서 이 시기의 환경적 자극은 성인기 뇌의 밑바탕이 됩니다. 많은 청소년이 자신이 멀티태스킹에 능숙하다고 믿지만, 실제 연구 결과는 이와 다릅니다. 여러 작업을 동시에 수행할 때 과제 해결 시간은 오히려 대폭 늘어나며 효율성은 현저히 떨어집니다. 이는 뇌의 연합을 담당하는 두정엽과 인지적 통제를 수행하는 전두엽이 아직 완전히 발달하지 않았기 때문입니다. 10대들이 느끼는 멀티태스킹의 즐거움은 학습 효율의 향상이 아니라, 자극적인 환경에서 오는 일시적인 만족감에 불과할 때가 많으므로 주의 깊은 관찰과 지도가 필요합니다. 수면은 단순한 휴식을 넘어 낮 동안 배운 정보를 뇌에 각인시키는 ‘접착제’ 역할을 합니다. 특히 청소년의 뇌에서는 수면 유도 호르몬인 멜라토닌이 성인보다 약 2시간 늦게 분비되기 시작합니다. 이로 인해 10대들은 밤늦게까지 깨어 있고 아침에 일어나기 힘들어하는 생물학적 특성을 갖게 됩니다. 이러한 현상을 단순한 게으름으로 치부하기보다는, 뇌 발달을 위해 충분한 수면 시간을 확보할 수 있도록 사회적 배려와 과학적 이해가 선행되어야 할 것입니다. 청소년기는 보상 체계인 도파민 시스템이 매우 예민하게 작동하여 무모할 정도로 위험한 일에 뛰어들기 쉽습니다. 흡연이나 음주 같은 외부 자극에 뇌가 더 강렬하게 반응하며, 이는 성인기보다 훨씬 심각한 중독이나 인지 기능 장애로 이어질 위험이 큽니다. 최근에는 스마트폰과 인터넷 중독 역시 약물 중독과 유사한 신경 생물학적 영향을 미친다는 사실이 밝혀졌습니다. 따라서 어른들은 이들의 충동성을 비난하기보다 진정성 있는 대화를 통해 정서적 지지대를 마련해 주어야 합니다. 인간의 뇌는 20대 중반까지도 성장을 멈추지 않으며, 이 시기를 ‘성인 모색기’라고 부릅니다. 특히 미래의 특정 행동을 수행하려는 의도를 유지하는 ‘미래 계획 기억’ 능력은 20대에 들어서야 본격적으로 발달합니다. 10대 자녀가 부모의 당부를 자주 잊어버리는 것은 의도적인 반항심 때문이 아니라, 뇌의 집행 기능이 아직 성숙하지 않았기 때문일 수 있습니다. 청소년기의 뇌를 이해하는 것은 아이와 부모가 서로를 객관적으로 바라보고 깊은 신뢰를 쌓아가는 소중한 첫걸음이 됩니다.

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[과학자가 쓴 과학책 #15] 임창환_브레인3.0 ㅣ 뇌공학자가 그리는 뇌의 미래

현대 뇌공학의 최전선에서 활동하는 전문가들은 대중과의 소통을 통해 학문의 지평을 넓히고 있습니다. 특히 강연 현장에서 쏟아지는 날카롭고 흥미로운 질문들은 연구자에게 새로운 영감을 주는 원천이 되기도 합니다. 임창환 교수의 저서 '브레인 3.0'은 이러한 현장의 목소리를 담아내어, 일반인들이 뇌과학과 뇌공학에 대해 품고 있는 근본적인 궁금증을 해결해 줍니다. 복잡한 이론을 나열하기보다 질문과 답변 형식을 빌려 독자들이 뇌의 신비에 더 친숙하게 다가갈 수 있도록 돕는 것이 이 책의 특징입니다. 우리가 흔히 믿고 있는 뇌에 관한 상식 중에는 과학적 근거가 부족한 낭설이 많습니다. 대표적으로 좌뇌형 인간과 우뇌형 인간을 구분하여 성격을 규정하는 이분법적 사고는 현대 뇌과학의 관점에서 정설이 아닙니다. 인간은 양쪽 뇌를 유기적으로 동시에 활용하며, 특정 기능이 한쪽에 치우쳐 발달했다는 증거는 발견되지 않았습니다. 또한 인간이 뇌의 10%만 사용한다는 주장 역시 사실이 아닙니다. 뇌는 신체 에너지의 약 20%를 소비할 정도로 활동적이며, 모든 영역이 각자의 역할을 수행하며 쉼 없이 작동하고 있습니다. 나이가 들면 머리가 굳는다는 고정관념 또한 뇌의 가소성 원리에 의해 반박됩니다. 뇌는 훈련을 통해 구조적으로 변화할 수 있는 능력을 갖추고 있으며, 이를 통해 신경세포 사이의 연결인 시냅스가 강화되거나 신호 전달 속도를 높이는 수초가 발달하기도 합니다. 실제로 특정 게임 훈련을 통해 노년층의 멀티태스킹 능력이 청소년 수준으로 회복되었다는 연구 결과는 뇌가 평생에 걸쳐 발달할 수 있음을 시사합니다. 적절한 자극과 지속적인 학습은 뇌를 더 유연하고 건강하게 유지하는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 최근 일론 머스크의 뉴럴링크는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술에 대한 대중적 관심을 폭발시켰습니다. 뇌에 마이크로칩을 삽입하여 인간의 지능을 높이거나 질병을 치료하겠다는 야심 찬 계획은 공학적 도전인 동시에 윤리적 논쟁의 대상이기도 합니다. 뇌공학자들은 이러한 시도가 장애인이나 노약자의 감각 및 운동 기능을 회복시키는 데 혁신적인 기여를 할 것으로 기대합니다. 하지만 정상적인 인간의 지능을 인위적으로 향상시키는 문제는 사회적 불평등과 윤리적 가치관의 충돌을 야기할 수 있어 신중한 접근이 필요합니다. 영화 '매트릭스'처럼 뇌에 정보를 직접 주입하여 순식간에 새로운 기술을 습득하는 것은 아직 먼 미래의 이야기입니다. 뇌의 정보 처리 속도는 컴퓨터와 달리 생물학적 한계가 존재하며, 신경세포의 활동전위가 발생하는 시간적 제약 때문에 방대한 데이터를 단시간에 받아들이기 어렵습니다. 또한 진정한 학습이 이루어지기 위해서는 시냅스의 물리적 변화가 수반되어야 하는데, 이는 반복적인 자극과 시간이 필요한 과정입니다. 따라서 뇌의 언어인 '뉴럴 코드(Neural Code)'를 완벽히 해독하더라도 즉각적인 지식 습득에는 한계가 따를 수밖에 없습니다. 인공지능의 발전 방향은 반드시 인간의 진화 경로를 따를 필요는 없습니다. 인간의 뇌는 한정된 에너지와 하드웨어 안에서 생존에 최적화되도록 진화했지만, 인공지능은 자원과 확장의 제약이 거의 없기 때문입니다. 인공지능은 인간이 수행하기 어려운 복잡한 계산이나 데이터 처리에 특화되어 독자적인 방식으로 진화할 수 있습니다. 다만 인공지능이 인간 사회의 일원으로 공존하기 위해서는 인간의 감정과 의도를 이해하는 능력이 필수적입니다. 이는 기술적 완성도를 넘어 인간과 기계 사이의 정서적 교감을 가능하게 하는 중요한 지점이 됩니다. 뇌공학의 미래는 뇌의 전기적 신호뿐만 아니라 화학적 메커니즘까지 깊이 이해하는 방향으로 나아가고 있습니다. 호르몬과 신경전달물질이 인간의 감정과 행동에 미치는 영향을 정밀하게 파악하는 것은 뇌과학의 다음 단계로 도약하기 위한 필수 과제입니다. 기술이 발전할수록 우리는 인간다움의 본질이 무엇인지에 대해 더 깊은 질문을 던지게 될 것입니다. 뇌공학은 단순히 인간의 능력을 확장하는 도구를 넘어, 인간 스스로를 더 깊이 이해하고 삶의 질을 향상시키는 따뜻한 기술로 거듭나야 할 것입니다.

임창환

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[질문Q] 폭력적인 게임을 많이 하면 성격도 폭력적으로 변할까?ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 8강ㅣ시냅스 생쥐 그리고 정신질환

과학적으로 명확히 검증된 사실에 따르면, 소아 백신 접종이 자폐증을 유발한다는 주장은 근거가 없습니다. 과거 백신 성분 중 납과 유사한 성분에 대한 논란이 있었으나, 미국 질병통제예방센터(CDC)는 백신과 자폐증 사이의 연관성이 전혀 없음을 공식적으로 발표했습니다. 오히려 잘못된 정보로 인해 적절한 접종 시기를 놓치는 것이 아이들의 건강에 더 큰 위협이 되고 있습니다. 연구자들과 대중이 소통하며 이러한 오해를 바로잡는 과정은 현대 과학에서 매우 중요한 과제 중 하나입니다. 어린 시절의 뇌는 가소성이 매우 뛰어난 시기로, 신경세포 간의 연결 구조가 유연하게 변화하며 형성됩니다. 이 시기에 겪는 심각한 학대나 스트레스는 신경회로가 원활하게 발달하는 것을 방해하여 뇌를 취약한 상태로 만들 수 있습니다. 정상적인 환경에서 자란 뇌는 외부 자극에 대한 저항성을 갖추지만, 트라우마를 겪은 뇌는 이후의 자극에 더 민감하게 반응하게 됩니다. 자폐증의 원인을 단정하기는 어렵지만, 초기 환경이 신경회로 발달에 미치는 영향은 무시할 수 없는 중요한 요소입니다. 환경과 유전자의 상호작용을 설명하는 후성유전학은 자폐증 연구에서 핵심적인 분야입니다. 생쥐 실험 결과에 따르면, 어미의 돌봄을 제대로 받지 못한 새끼 쥐는 스트레스 호르몬 수용체의 발현을 조절하는 유전자에 변화가 생겨 외부 스트레스에 대응하는 능력이 현저히 떨어집니다. 이는 환경이 유전자의 발현을 조절하고, 변화된 유전자가 다시 환경에 대한 반응성을 바꾸는 순환 구조를 보여줍니다. 즉, 유전적 요인만큼이나 그 유전자가 어떻게 발현되는지를 결정하는 환경적 자극이 뇌 발달에 결정적입니다. 인간 게놈 프로젝트를 통해 우리는 뇌의 물리적인 지도를 완성했지만, 그 기능적인 측면을 파악하는 것은 이제 시작 단계에 불과합니다. 서울 시내의 도로는 파악했으나 어느 길에 맛집이 있고 언제 교통량이 많은지 모르는 것과 같습니다. 현재의 기술로는 유전체 정보의 방대한 복잡성을 완벽히 예측하기 어렵지만, 전 세계적으로 수만 명 단위의 유전체 분석이 진행되면서 데이터는 기하급수적으로 늘어나고 있습니다. 앞으로 수십 년 내에 개인의 유전체 정보를 바탕으로 한 정밀한 비교 분석이 가능해질 것으로 기대됩니다. 최근 전 세계적으로 자폐증 유병률이 증가하는 추세이며, 이는 진단 기술의 정교화나 환경적 요인 등 복합적인 원인에 기인합니다. 자폐증은 환자마다 원인 유전자가 다를 정도로 매우 이질적인 질환이기 때문에, 일괄적인 치료법을 적용하기보다는 맞춤형 치료로 나아가야 합니다. 신경회로가 어떻게 개체의 행동으로 이어지는지에 대한 '블랙박스'를 해명하는 것이 현대 신경과학의 가장 큰 도전 과제입니다. 질환을 더 세분화하고 꼼꼼하게 분석하는 과정이 궁극적인 치료법을 찾는 첫걸음이 될 것입니다.

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[질문Q] 정신병이 창의성과 연관되는 분야가 왜 주로 예술 쪽일까?ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 4강ㅣ뇌를 읽다, 그리고 마음을 읽다

뇌 영상에서 보이는 화려한 색상들은 실제 뇌의 색깔이 아니라 신호의 세기를 시각적으로 표현한 결과물입니다. 특정 부위가 노란색이나 파란색으로 표시되는 것은 데이터 분석과 해석을 돕기 위한 기준일 뿐, 우리 뇌 자체가 그런 색을 띠는 것은 아닙니다. 다만 실험실 환경에서는 해파리의 형광 유전자를 쥐의 세포에 주입하여 특정 조직이 빛을 내게 만드는 정밀한 방식을 사용하기도 합니다. 이러한 기술은 복잡한 뇌 구조 내에서 특정 세포의 활동을 시각화하고 관찰하는 데 큰 도움을 줍니다. 창의성은 단순히 타인을 모방하는 것이 아니라 자신만의 독특한 세계를 구축하는 과정입니다. 흥미롭게도 과거에는 평범했던 사람이 좌측 전두엽이 손상된 이후 이전에 없던 천재적인 예술적 재능을 발현하는 사례가 보고되기도 합니다. 이는 특정 뇌 영역의 억제 기전이 사라지면서, 그동안 잠재되어 있던 감각적 역량이 역설적으로 깨어나기 때문으로 해석됩니다. 우리가 사회적 생존을 위해 잠시 덮어두었던 본래의 능력이 뇌의 물리적 변화를 통해 새롭게 드러나는 셈입니다. 뇌는 우리 삶의 모든 순간을 주관하는 하드웨어와 같아서, 기기 자체에 문제가 생기면 그 안의 콘텐츠도 제대로 구현될 수 없습니다. 아무리 아름다운 음악이 담긴 CD라도 플레이어 기기에 결함이 생기면 소리가 나지 않듯, 신경 세포의 물리적 상태는 정신 건강을 결정짓는 핵심 요소입니다. 특히 증상이 심각해져 대화만으로 조절이 어려운 단계에 이르면 약물 치료를 통해 뇌 내 화학적 균형을 맞추는 과정이 필수적입니다. 이는 뇌라는 물질을 다루는 것이 곧 정신을 돌보는 길임을 시사합니다. 인간의 감정 처리는 의식적인 영역과 무의식적인 영역으로 나뉘어 정교하게 작동합니다. 아주 짧은 시간 동안 자극을 주어 우리가 의식하지 못하는 상태에서도 뇌의 관련 부위는 활발히 반응하며, 피부 전기 전도도나 심박수가 변하는 등의 신체적 변화가 나타나기도 합니다. 특히 공포와 같은 생존 직결 감정은 편도체를 중심으로 매우 명확한 반응 경로를 보여줍니다. 반면 슬픔이나 측은지심 같은 고차원적인 감정은 여러 하위 감정들이 복합적으로 섞여 있어 그 발생 기전을 명확히 규명하기가 상대적으로 어려운 주제입니다. 도파민은 아미노산인 티로신으로부터 매우 간단한 과정을 거쳐 생성되며, 초파리부터 인간에 이르기까지 광범위하게 발견되는 진화의 산물입니다. 뇌는 아주 오래전부터 사용되어 온 공통된 경로를 공유하며 다양한 기능을 수행하는데, 중독과 사랑이라는 서로 다른 경험이 뇌 안에서 많은 신경 회로를 공유한다는 점은 매우 흥미롭습니다. 최근의 고해상도 영상 기술은 이처럼 비슷한 부위 내에서도 미세하게 다른 신경 회로의 움직임을 포착하며, 인간의 본성과 복잡한 감정 체계에 대한 이해를 한층 더 넓혀가고 있습니다.

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[과학책수다] 에덴의 용 1부

칼 세이건은 흔히 천체물리학자로 알려져 있지만, 그의 저서 '에덴의 용'은 인류의 뇌가 진화해 온 과정을 다룬 본격적인 뇌과학서입니다. 1978년 퓰리처상을 수상한 이 책은 신화와 성경의 이야기를 빌려 인류의 지성이 어떻게 형성되었는지 흥미롭게 풀어냅니다. 저자는 우주 탐사 계획에 참여하며 쌓은 방대한 지식을 바탕으로, 인간의 뇌를 단순한 생물학적 기관이 아닌 우주적 역사의 산물로 바라봅니다. 이는 독자들에게 인간 존재에 대한 새로운 시각을 제공하며 과학 대중화의 정수를 보여줍니다. 책의 핵심 개념 중 하나인 '우주력'은 150억 년의 우주 역사를 1년으로 압축하여 설명합니다. 이 달력에 따르면 우주가 탄생한 날이 1월 1일일 때, 인류는 12월 31일 밤 10시 반이 되어서야 비로소 등장합니다. 이러한 비유는 광활한 우주 시간 속에서 인류가 차지하는 비중이 얼마나 찰나에 불과한지를 극명하게 보여줍니다. 동시에 짧은 시간 동안 문명을 꽃피운 인류의 분별력과 책임감이 얼마나 중요한지를 역설하며, 우리가 발을 딛고 있는 지구라는 '창백한 푸른 점'의 소중함을 일깨워줍니다. 인류의 진화 과정에서 돌연변이는 필수적인 역할을 해왔습니다. 대부분의 돌연변이는 생존에 해롭거나 열성으로 나타나지만, 아주 드물게 환경에 더 잘 적응하는 변화가 축적되면서 진화가 이루어집니다. 특히 뇌의 진화는 단순히 무게가 늘어나는 것을 넘어 뇌 무게 비율이 높아지는 방향으로 전개되었습니다. 파충류에서 포유류로, 그리고 영장류에서 인간으로 이어지는 두 번의 거대한 도약은 인류가 고도의 지능을 갖추게 된 결정적인 계기가 되었으며, 이는 생존을 위한 자연과의 치열한 흥정 결과라 할 수 있습니다. 뇌는 고정된 기관이 아니라 환경과 학습에 따라 끊임없이 변화하는 '뇌 가소성'을 지니고 있습니다. 쥐를 대상으로 한 실험에서 풍요로운 환경에서 자란 집단이 단조로운 환경의 집단보다 대뇌 피질이 더 두껍고 화학적으로 발달했다는 사실은 지적 경험이 생리학적 변화를 수반함을 증명합니다. 이는 지능이 유전적으로 결정된 한계에 머무는 것이 아니라, 후천적인 노력과 학습을 통해 충분히 발달할 수 있음을 시사합니다. 따라서 뇌 가소성은 성장이 멈춘 성인이나 학습에 어려움을 겪는 아이들 모두에게 희망적인 과학적 근거를 제시합니다. 인간의 뇌가 보유한 정보량과 시냅스 결합의 경우의 수는 우주 전체의 양성자 수보다 많을 정도로 방대합니다. 한 사람의 뇌 안에서 일어나는 복잡한 상호작용은 그 존재를 우주에서 유일무이한 존재로 만듭니다. 저자는 이를 컴퓨터 저장 용량과 비교하며 인류 지능 진화의 경이로움을 설명합니다. 무한에 가까운 정보를 처리하고 저장하려는 인류의 열망은 현대의 검색 엔진인 구글의 어원이 된 '구골'이라는 숫자 개념과도 맞닿아 있습니다. 결국 지식은 인류의 운명을 결정짓는 가장 강력한 도구이자 우리가 지켜나가야 할 소중한 유산입니다.

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[카오스 술술과학] 발을 성기로 착각한 남자 | 카오스 브레인 오디세이(7)

환상 사지(Phantom Limb)는 사고나 수술로 신체의 일부가 소실되었음에도 불구하고 여전히 그 부위가 존재하는 것처럼 생생하게 느끼는 현상을 말합니다. 이는 단순한 심리적 환각이 아니라, 사지 절단 환자의 약 90%가 실제로 경험할 정도로 흔하게 관찰되는 신경학적 상태입니다. 팔다리뿐만 아니라 맹장, 유방, 심지어 성기에서도 이러한 감각이 보고되곤 합니다. 더욱 놀라운 점은 존재하지 않는 부위에서 칼로 베는 듯한 환상통을 느끼기도 한다는 것인데, 이는 우리 뇌가 호문쿨루스를 어떻게 인식하고 관리하는지에 대한 깊은 의문을 던집니다. 영국의 위대한 해군 제독 넬슨은 전투 중 오른팔을 잃은 뒤에도 손바닥을 후벼 파는 듯한 고통에 시달렸으며, 이를 '감각의 유령'이라 부르며 영혼의 존재에 대한 증거로 보았습니다. 과거 과학자들은 이 현상을 설명하기 위해 프로이트의 소망 충족 가설이나 잘려 나간 말초 신경의 자극 등을 원인으로 꼽았습니다. 하지만 말초 신경 부위를 치료하거나 심지어 추가로 절단해도 통증이 사라지지 않는 사례가 빈번하게 발견되었습니다. 결국 현대 뇌과학의 발전과 함께 문제의 근본적인 원인을 말초 신경이 아닌 뇌 자체의 구조적 변화와 재배선 과정에서 찾기 시작했습니다. 캐나다의 신경외과 의사 펜필드는 뇌의 특정 부위가 몸의 각 부위와 연결되어 있다는 '호문쿨루스'를 정립했습니다. 이 호문쿨루스는 실제 신체의 비율과는 달리 손가락이나 입술처럼 감각이 예민한 부위가 훨씬 넓은 면적을 차지합니다. 흥미로운 점은 호문쿨루스상에서 얼굴과 손, 혹은 발과 성기처럼 서로 인접한 부위들이 존재한다는 사실입니다. 신체 일부가 사라지면 해당 영역을 담당하던 뇌세포들이 인접한 영역의 자극에 반응하도록 촉수를 뻗어 재배선됩니다. 이 과정에서 얼굴을 만질 때 환상 사지의 감각을 동시에 느끼는 기묘한 현상이 발생하게 됩니다. 인도의 신경과학자 라마찬드란 박사는 발에서 강렬한 성적 쾌감을 느끼는 환자의 사례를 통해 뇌 가소성을 증명했습니다. 호문쿨루스에서 발과 성기 영역이 가깝게 붙어 있기 때문에 발생하는 이 현상은, 뇌가 환경 변화에 따라 끊임없이 호문쿨루스를 수정하는 유연한 기관임을 보여줍니다. 이러한 특성은 외부 도구를 신체의 일부로 확장하여 인식하는 능력으로도 이어집니다. 우리가 운전할 때 차체를 내 몸처럼 느끼거나, 스마트폰이 없으면 불안감을 느끼는 것도 뇌가 외부 대상을 자아의 영역으로 받아들이기 때문입니다. 결론적으로 뇌가 만들어내는 '나'라는 존재는 고정불변의 실체가 아니라, 상황과 환경에 따라 끊임없이 요동치고 변화하는 적응의 결과물입니다. 환상 사지나 유체 이탈 경험, 그리고 도구와의 일체감은 모두 변화하는 환경 속에서 생존하기 위해 뇌가 스스로를 재구성하는 과정이라 할 수 있습니다. 우리는 뇌의 이러한 유연한 속성 덕분에 도구를 다루며 문명을 건설하고 진화해 올 수 있었습니다. 보이지 않는 고통과 기묘한 감각들은 역설적으로 인간의 뇌가 얼마나 경이로운 생명력과 적응력을 가진 존재인지를 증명하는 소중한 과학적 단서가 됩니다.

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[카오스 술술과학] 달리는 걸 멈추면 바로 늙는다?! | 카오스 브레인 오디세이(5)

현대인들은 신체 건강에는 지대한 관심을 쏟지만, 정작 뇌 건강에 대해서는 오해를 품고 있는 경우가 많습니다. 뇌는 선천적으로 타고나는 것이라 노력해도 변하지 않는다거나, 뇌 건강을 위해서는 오직 머리만 써야 한다는 생각이 대표적입니다. 하지만 과학적 연구 결과에 따르면 뇌는 우리 신체의 그 어떤 부위보다 후천적인 영향을 많이 받으며, 특히 몸을 움직이는 운동이 뇌 기능을 활성화하는 데 결정적인 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 뇌의 탄생 목적을 살펴보면 운동과의 밀접한 관계가 더욱 명확해집니다. 뇌는 본래 동물이 움직이기 위해 진화한 기관으로, 식물에게는 뇌가 없다는 사실이 이를 뒷받침합니다. 일례로 우렁섕이는 어린 시절 바다를 헤엄치다 성체가 되어 바위에 정착하면 더 이상 필요 없어진 자신의 뇌를 스스로 먹어 치웁니다. 이는 움직임이 멈추는 순간 뇌의 존재 가치도 사라진다는 것을 보여주는 상징적인 사례로, 뇌가 태어난 근본적인 이유가 운동에 있음을 시사합니다. 인류의 뇌가 다른 유인원에 비해 비약적으로 커진 배경에는 직립보행이라는 혁신적인 변화가 있었습니다. 두 발로 걷기 시작하면서 인류는 더 많은 에너지를 소비하게 되었고, 산소 섭취량 또한 급격히 증가했습니다. 이러한 신체적 변화는 단순히 체력을 키우는 데 그치지 않고, 막대한 에너지를 소모하는 거대한 뇌를 유지할 수 있는 기반이 되었습니다. 즉, 인간의 지능은 더 잘 움직이고 생존하기 위한 진화의 과정에서 탄생한 결과물인 셈입니다. 초기 인류는 생존을 위해 무리 지어 사냥하며 고도의 집중력과 협동 능력을 발휘해야 했습니다. 이 과정에서 사회성과 지능을 담당하는 대뇌 피질이 유독 발달하게 되었고, 이는 인류 문명을 탄생시킨 원동력이 되었습니다. 사냥을 위해 먼 거리를 이동하고 복잡한 감각 정보를 처리하는 과정 자체가 뇌를 끊임없이 자극하는 훈련이었습니다. 결국 인류의 인지 혁명은 단순히 앉아서 생각하는 것이 아니라, 치열하게 움직이는 과정에서 완성되었습니다. 하지만 현대인들은 수만 년간 이어온 수렵 채집 생활에서 벗어나 가만히 앉아 생활하는 디지털 시대를 살고 있습니다. 우리의 뇌는 여전히 활동적인 석기 시대에 맞춰져 있는데, 생활 방식은 편리함만을 추구하다 보니 당뇨나 우울증 같은 현대 질병이 발생하게 됩니다. 걷기와 달리기는 시각과 청각 등 수많은 감각 정보를 실시간으로 처리하며 뇌를 가장 활발하게 사용하는 활동입니다. 뇌 건강을 지키고 노화를 늦추는 가장 강력한 방법은 바로 몸을 움직이는 것입니다.

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[석학인터뷰] 권준수 ─ 조현병, 뇌과학적 관점에서 본 A-Z까지.

fMRI는 현대 뇌과학 연구에서 가장 널리 활용되는 도구입니다. 하지만 뇌의 고위 인지 기능은 특정 부위의 활성화만으로 설명하기 어렵습니다. 여러 부위가 복잡하게 연결되어 정보를 교환하는 과정이 중요하기 때문입니다. 최근에는 백질 연결성을 확인하는 확산 텐서 영상술이나 뇌 속 신경전달물질의 상태를 측정하는 분자 영상술이 주목받고 있습니다. 이러한 기술을 통해 뇌의 화학적 성분을 실시간으로 스캐닝하고 부족한 부분을 파악하는 것이 미래 뇌 영상 기술의 핵심이 될 것입니다. 현재 정신질환의 진단은 환자가 겉으로 드러내는 증상에 의존하는 현상학적 진단 방식에 머물러 있습니다. 조현병의 경우 환청이나 망상 같은 증상을 기준으로 진단하지만, 이는 실제 원인인 생물학적 기제와 차이가 있을 수 있습니다. 따라서 전 세계적으로 생물학적 마커를 찾아내어 환자군을 새롭게 분류하려는 연구가 진행 중입니다. 도파민이나 세로토닌의 기능적 차이에 따라 정밀하게 진단 그룹을 나눈다면, 현상 중심의 진단보다 훨씬 효과적이고 개인화된 치료가 가능해질 것입니다. 조현병은 근본적으로 뇌 발달 과정의 이상에서 비롯되는 신경 발달 장애입니다. 어린 시절부터 미세한 문제가 잠재되어 있다가, 인지적 요구가 급증하고 호르몬 변화가 심한 사춘기에 스트레스를 견디지 못해 발병하는 경우가 많습니다. 특히 이 시기에는 뇌의 불필요한 연결을 정리하는 '시냅스 가지치기' 현상이 일어나는데, 이 과정에서의 문제가 뇌의 위축이나 시냅스 연결 약화로 이어질 수 있습니다. 따라서 발병 초기나 전구기에 적절한 개입과 예방 활동을 펼치는 것이 뇌의 퇴행을 막는 데 매우 중요합니다. 사회적 낙인을 해소하기 위해 '정신분열병'이라는 명칭을 '조현병'으로 개정했지만, 여전히 많은 오해와 편견이 존재합니다. 대중 매체에서 다뤄지는 자극적인 사건들과 달리, 대다수의 조현병 환자들은 타인과의 관계를 두려워하고 내성적인 성향을 보입니다. 안타까운 사건들은 대개 적절한 약물 치료가 중단되어 증상이 재발했을 때 발생합니다. 환자들이 꾸준히 상담과 치료를 이어갈 수 있는 환경을 조성하고, 질환에 대한 올바른 정보를 공유함으로써 사회적 낙인을 지워나가는 노력이 절실합니다. 건강한 뇌를 유지하기 위해서는 끊임없는 자극이 필요합니다. 운동은 신체 근육뿐만 아니라 뇌 부위를 자극하여 뇌의 힘을 길러주는 가장 좋은 방법입니다. 또한 뜨개질이나 게임, 마음챙김 명상과 같은 활동도 인지 기능 유지에 큰 도움이 됩니다. 특히 긍정적인 사고와 기부 활동은 뇌를 활성화하고 즐거움을 주는 것으로 밝혀졌습니다. 최근에는 마음챙김 명상이나 108배 같은 활동의 과학적 근거도 뇌 영상을 통해 증명되고 있습니다. 이러한 일상 속의 노력이 뇌의 노화와 퇴행을 막는 가장 강력한 방어 기제가 될 것입니다.

권준수

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[강연] 기억 찾기 (2) _ 강봉균 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 3강 | 3강 ②

기억은 유지되는 시간에 따라 작동 기억, 단기 기억, 장기 기억으로 나뉩니다. 작동 기억은 전화번호를 잠시 외우는 것처럼 몇 초간만 유지되며, 단기 기억은 수 분에서 수 시간 동안 지속됩니다. 반면 장기 기억은 생존과 직결된 중요한 정보나 강렬한 감정적 사건처럼 특별한 경우에만 형성되어 하루 이상 유지됩니다. 우리 뇌는 여전히 원시적인 특성을 지니고 있어, 단순한 학습 내용보다는 먹이나 번식, 위험 상황과 관련된 정보를 우선적으로 장기 기억으로 저장하려는 경향이 있습니다. 새로운 정보가 감각기관을 통해 들어오면 주의 집중을 거쳐 단기 기억이 됩니다. 하지만 단기 기억은 쉽게 잊히기 때문에, 이를 오래 보관하기 위해서는 기억이 단단하게 굳어지는 '공고화' 과정이 필수적입니다. 공고화된 기억은 장기 기억으로 저장되었다가 특정 단서가 주어질 때 다시 떠오르게 됩니다. 흥미로운 점은 기억을 회상한 후에도 '재공고화'라는 뒷정리 과정이 필요하다는 것입니다. 꺼내 쓴 물건을 제자리에 두지 않으면 잃어버리듯, 재공고화가 제대로 이뤄지지 않으면 기억은 사라질 수 있습니다. 단기 기억이 장기 기억으로 전환되는 과정에서 해마와 신피질은 부단히 소통합니다. 초기 기억은 해마에 잠시 머물지만, 영구적인 저장을 위해서는 신피질로 이동해야 하기 때문입니다. 이러한 '크로스토크' 현상은 주로 우리가 잠을 자는 동안 활발하게 일어납니다. 마치 은행이 영업을 마친 후 셔터를 내리고 내부에서 그날의 장부를 정리하며 돈을 금고에 보관하듯이, 우리 뇌도 수면 중에 낮 동안 습득한 수많은 정보를 체계적으로 정리하고 장기 기억의 형태로 안전하게 저장하는 작업을 수행합니다. 기억의 저장 원리를 분자 수준에서 들여다보면 '장기 강화(LTP)'라는 현상을 발견할 수 있습니다. 시냅스에 강하고 중요한 정보가 전달되면 글루탐산 수용체와 칼슘 이온의 작용으로 인해 신경전달 효율이 비약적으로 높아집니다. 이 과정에서 시냅스의 구조가 두툼해지고 단백질 합성이 일어나며 회로가 강화됩니다. 이는 운동을 통해 근육을 단련하는 것과 유사합니다. 특정 뇌 부위를 자주 사용하고 정보를 반복해서 처리할수록 해당 시냅스는 더욱 발달하며, 결과적으로 더 빠르고 정확한 정보 전달이 가능해집니다. 인간의 뇌에는 수조 개의 시냅스가 존재하며, 이들의 연결 패턴은 사람마다 조금씩 다릅니다. 유전적 차이뿐만 아니라 개인이 겪은 경험과 학습에 따라 시냅스의 강도와 분포가 달라지기 때문입니다. 이러한 시냅스 패턴의 차이는 각자의 정보 처리 방식과 성격, 행동 양식을 결정짓는 핵심 요소가 됩니다. 조셉 르두 박사가 "당신은 당신의 시냅스다"라고 말했듯이, 시냅스의 변화는 단순한 정보 저장을 넘어 한 개인의 자아와 정체성을 형성하는 근간이 된다고 볼 수 있습니다. 아무리 좋은 기억이라도 적절한 단서가 없으면 회상하기 어렵습니다. 마르셀 프루스트의 소설에서 마들렌의 향기가 유년 시절의 기억을 생생하게 불러일으켰듯, 후각이나 시각 자극은 강력한 회상 단서가 됩니다. 하지만 기억은 인출될 때마다 재구성되는 특성이 있어 왜곡되기도 쉽습니다. 뇌의 여러 부위에 분산 저장된 정보를 다시 조립하는 과정에서 요소가 빠지거나 엉뚱한 정보가 끼어들 수 있기 때문입니다. 이는 기억의 불완전함을 보여주기도 하지만, 한편으로는 뇌가 정보를 처리하는 유연한 방식임을 시사합니다. 기억 연구는 치매나 외상 후 스트레스 증후군(PTSD) 같은 난치성 질환 치료에 중요한 실마리를 제공합니다. 나쁜 기억의 재공고화를 차단하여 고통을 줄이거나, 손상된 시냅스 가소성을 회복시켜 인지 기능을 개선하려는 시도가 계속되고 있습니다. 결국 기억은 과거와 미래를 잇는 다리이며, 우리가 누구인지 알려주는 자아의 본질입니다. 기억이 있기에 우리는 어제의 나와 오늘의 내가 같은 존재임을 자각하며 일관된 삶을 살아갈 수 있습니다. 우리가 우리인 이유는 바로 우리가 배우고 기억하기 때문입니다.