해부학의 이해 심화 (뇌 4탄)

1. 해부학에서의 뇌
학습은 기억과 함께 인지 기능에서 매우 중요한 역할을 하며 연습이나 경험의 결과로 생기는 비교적 지속적인 유기체의 행동 변화로 정의할 수 있다. 생명체 내에서의 학습에 대한 메커니즘은 완벽히 알려지지 않았지만 뉴런 간의 네트워크가 조합과 조화를 반복하며 지식을 획득하고 체계화시킨다고 한다. 이에 대한 방법으로는 세 가지가 있다고 한다.

첫째는 인간이 태어나면서부터 타고나는, 유전적으로 결정된 선천적인 지식의 획득 방법으로 개체존속과 발달에 필요한 정보, 환경에 대한 본능적 반응 능력이 이에 속한다.

둘째는 뇌가 감각기관을 통해 환경을 경험하며 만들어가는 방법으로 출생 후부터 사춘기까지 출생 시 가지고 태어나는 미성숙한 뇌의 활발한 변화를 통해 신경 네트워크가 변하는 것이다. 이때 자주 사용하는 신경세포들은 신경회로의 결합이 활발하게 일어나지만 자주 사용하지 않는 신경세포는 점차 그 회로 결합이 적어지게 된다.

사춘기 이후에는 신경회로의 변화가 크게 일어나지 않게 되는데 이 때문에 이때 감각기관을 통해 들어온 정보를 변환하는 메커니즘을 익히지 못한 경우 성인이 된 후에는 해당 감각기관을 사용하지 못하게 되기도 한다. 예를 들어 어릴 적 시력을 상실하였다가 성인이 된 후 시력이 회복되어 눈과 뇌의 기능이 정상적이라 해도 이 사람은 평생을 시각장애인으로 살아가야 한다.

세 번째는 뇌 발달이 끝난 성인에게서 나타나는 학습 방법인데, 이 시기에는 새로운 신경세포 결합이 거의 일어나지 않아 신경 회로의 생성이나 소멸을 거쳐 학습이 이루어지지 않는다. 그 대신 기존에 존재하는 세포결합이 더 발달하는 형태로 학습이 일어나게 되어 지식이 더 정교하게 변화되어간다.


2. 학습

학습은 크게 연합학습과 비 연합학습으로 나눌 수 있다.

기억
기억은 정보를 간직하고 다시 생각해 낼 수 있는 능력으로 단기기억과 장기기억, 반사성, 서술성 등이 있다. 자기 공명영상(MRI)과 양전자방출단층촬영술(PET)을 통해 연구한 결과 서로 다른 기억에 대한 처리 과정은 다른 경로에 의해 일어나는 것으로 보인다.
장기기억은 단기기억보다 용량이 훨씬 커 정보가 처리되고 코드화된 상태로 저장되는 것으로 보인다. 최근 발전한 개념에 작업기억이 있는데 이는 현재의 감각 정보를 관련된 과거의 저장된 지식과 비교하고 조작한 후 이에 근거하여 미래의 행동을 계획할 수 있게 해 준다.
습득된 정보의 저장은 두 단계를 거쳐 저장된다. 새로 습득한 정보는 단기기억에 저장되어 몇 초에서 몇 시간 유지되며 이를 복습을 통해 공고화 시키면 장기기억에 저장되어 며칠에서 수년간 저장된다. 단기기억에 저장된 정보는 곧 잊히는 게 대부분이지만 장기기억은 기억의 망각이 상대적으로 덜 일어나며 대개 일시적으로 기억나지 않는 데 그친다. 또한 단기기억은 매우 제한된 용량을 가져 모든 척추동물은 7~10개의 단기기억밖에 갖지 못한다고 한다.
기억은 기억자취로 알려진 대뇌 피질 상의 경로에 저장된다. 예를 들어 그림과 같은 정보는 시각피질에 저장이 되고, 음악과 같은 정보는 청각 피질에 저장이 되는 것이다. 이런 정보의 조직화는 저장되어 있는 정보를 떠올리기 용이하게 한다. 또한 특정 작업을 학습하거나 상기시키는 작용에는 뇌에서 병행하여 작용하는 다양한 회로를 포함한다. 이러한 병행처리는 회로의 손상에 대비하여 백업을 준비하거나 특정 기억을 보편화시키는 방법의 하나로 생각된다.

비 연합학습은 한 자극에 반복적으로 노출될 때 일어나는 행동의 변화를 말한다. 대표적인 예로는 습관화와 민감화가 있는데, 습관화란 동물이 계속되는 부적절한 자극에 감소한 반응을 보이는 것이다. 예를 들어 갑자기 큰 소음이 나면 소리에 반응하지만 반복적으로 계속된다면 뇌가 그것을 무시하게 된다. 이에 반대되는 작용인 민감화는 유해한 자극에 계속 노출될 경우 반응이 촉진되는 경우이다. 습관화와 민감화의 두 행동 형태가 모두 존재함으로써 개체가 살아남을 기회가 증가한다고 볼 수 있다.
연합학습의 대표적인 예로는 고전적 조건화가 있는데, 고전적 조건화란 행동주의 심리학의 이론으로, 특정 반응을 끌어내지 못하던 자극이 그 반응을 무조건 끌어내는 자극과 반복적으로 연합되면서 그 반응을 유발하게끔 하는 과정을 말한다. 우리에겐 이반 파블로프의 개 실험으로 잘 알려져 있다.


3. 인지

인지에 관하여

커넥톰은 뉴런이 어느 뉴런과 연결되는지, 그 모양과 패턴은 어떠한지를 파악해 전체 뉴런들의 연결망(네트워크)을 그린 것이다. 2006년 처음 개념이 제기되었으며, 관련 학문으로는 커넥트혼합이 있다.

1986년 최초로 완전한 커넥톰을 밝혀냈으며, 예쁜 꼬마선충이라는 생명체의 302개 뉴런과 7000개의 네트워크를 분석한 것이었다.

언어의 경우
일반적으로 좌반구가 언어기능을 담당하고 있다고 생각하지만, 실제로는 오른손잡이의 97%가 이에 해당한다. 왼손잡이의 19%는 우반구에 언어영역이 존재하고 68%는 언어영역이 우반구와 좌반구에 모두 존재한다. 또한 양손잡이와 왼손잡이의 70%가 언어활동을 위해 좌반구도 사용하는 것으로 알려져 있다.
측두엽에 존재하는 베르니케영역은 언어정보의 입력을 담당한다. 따라서 시각피질 또는 청각피질로부터 입력된 언어 정보는 베르니케영역을 거쳐 브로카영역에서 처리되며 그 이후 운동기관을 통해 말하기와 쓰기로서 출력된다.
뇌에서의 언어 인지는 베르니케 영역에 해당하는 후부 언어영역과 브로카 영역에 해당하는 전부 언어영역에서 일어난다. 전두엽 운동피질 부근에 존재하는 브로카영역에서는 언어정보의 통합과 처리 후 운동피질의 정보 출력이 일어나기 때문에 말하기와 쓰기를 담당한다.