뇌를 연구하는 다양한 방법
[객원 에디터 4기 / 김예은 기자] 사람의 뇌는 살아가는 것에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 뇌는 몸의 움직임과 행동, 인지, 감정, 기억, 학습 등의 기능을 담당한다. 인류는 피니어스 게이지 실험 이후 뇌가 감정과 행동에 영향을 끼칠 수 있다는 것을 깨닫고 지금까지도 다양한 방법으로 뇌를 공부하고 있다.
피니어스 게이지 실험은 신경심리학에 대한 관심을 처음으로 높였던 실험이다. 피니어스 게이지는 다이너마이트를 유통하는 일을 하던 중, 다이너마이트가 그의 이마를 통해서 전두엽까지 관통하며 사고 이후 그의 태도를 완전히 바꿨다. 이 실험은 뇌의 손상이 성격, 충동 조절, 감정 조절 등 여러 방면에 영향을 미친다는 것을 깨닫게 하고 과학자들이 뇌에 대한 실험을 하게 되는 계기가 되었다.
뇌를 실험하고 분석하다 보면 많은 지식을 얻을 수 있지만 살아있는 사람의 뇌를 분석하는 것은 쉽지 않다. 그럼에도 불구하고 과학자들은 많은 세대를 통해 뇌를 연구할 수 있는 방법을 찾아냈으며, 총 4가지로 분류될 수 있다.
첫 번째 연구 방식은 다른 포유류의 뇌를 연구하는 것이다. 심리학에서는 실험을 하기 전 윤리적인 점을 우선적으로 고려해야 한다. 하지만 사람의 뇌를 연구하는 것은 윤리적으로 많은 문제들을 일으키니 사람 대신 다른 포유류의 뇌를 연구하여 사람에게 적용시키는 방법이 있다. 이 방법은 현재 지구에 있는 모든 생물은 진화적인 조상을 공유하며 그 공통 조상이 같을수록 더 많은 형질을 공유한다는 생물학적인 지식을 바탕으로 시작되었다.
쥐나 원숭이를 사용하며 인간을 연구하는 방법보다 더 실험적으로 연구할 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어 파킨슨 병이나 알츠하이머를 연구할 때 인간에게 할 수 있는 실험은 상당히 제한적이지만 다른 포유류를 이용할 경우 유전 지식 상 병을 유발할 것으로 여겨지는 유전자를 제거한 쥐와 제거하지 않은 쥐를 분석하여 뇌를 꺼내 관찰할 수도 있다. 하지만 다른 포유류의 뇌를 연구하여 사람에게 적용시키는 것은 아예 같은 동물이 아니기 때문에 한계가 있다. 그럼에도 불구하고 다른 포유류의 뇌를 연구하는 것은 더욱 다양한 실험을 할 수 있게 도와주기 때문에 과학자들이 많이 선택하는 연구 방법이기도 하다.
두 번째 연구 방식은 종양이 있거나 문제점 등으로 인하여 뇌를 절개해야 하는 환자들에게 동의를 받은 후 뇌 절개 수술 시에 연구자들이 연구를 하고 싶은 부분에 전극을 꽂아놓는 것이다.
일본에서는 한 환자가 간질 수술 때문에 뇌 절개를 해야 했고 연구자들은 환자의 동의를 받고 대뇌피질 중 한 부분에 전극을 꽂아뒀다. 피질은 인간의 뇌에서 관찰을 담당하는 것으로 알려져 있었는데 확실한 증거가 없어 실험을 한 것이었고 실제로 환자가 어떠한 물체를 관찰할 때마다 전극을 통하여 약한 전기 신호를 흘려보냄으로써 연구자들은 대뇌피질과 관찰에 대한 연구를 마무리할 수 있었다. 이러한 방법은 가장 효과적이지만 사람의 뇌를 열 수 있는 기회와 환자가 동의는 경우가 극히 드물어 많이 할 수 없다는 것이 단점이다.
세 번째로 EEG 또는 Electroencephalography는 두개골에 최소 4개부터 최다 200개가 넘는 전극을 연결시켜 뇌 안에서 발생하는 전기신호를 간접적으로 측정하는 방법이다. EEG는 수면 연구 혹은 아주 큰 스케일의 뇌 활성도 패턴을 분석하는 연구는 할 수 있지만 단위가 작아질수록 한계가 불명확하여 실행할 수 있는 연구가 매우 제한적이다.
네 번째로 FMRI는 Functional magnetic Resonance Imagining라고도 불리며 다방면으로 이루어지면서 많은 한계점을 극복했다. MRI는 노출을 장시간 동안 하여 깨끗하고 정밀한 이미지를 얻을 수 있는 촬영기법과 노출시간을 짧게 여러 번 단층촬영을 하여 뇌에서 짧은 시간 동안 일어나는 일을 낮은 해상도로 관찰하는 두 가지 촬영 기법이 있다. 두 촬영 기법 다 뇌를 연구하는 것에 있어서 많은 도움을 준다.
뇌를 분석하는 것은 사람을 더욱 자세하게 이해하는 것에 있어서 큰 도움을 준다. 사람의 뇌를 연구하는 것을 쉬운 일이 아니지만 현재 과학자들이 진행하는 네 가지 뇌 연구방법과 미래에 발명될 수도 있는 뇌 연구방법은 사회에 긍정적인 영향을 주며 많은 병을 치료하고 행동의 이유를 자세하게 알 수 있게 도와줄 것이다.
