뇌를 알면 보인다

인간의 인체 기관 중에서 뇌(腦)는 가장 중요한 부분이다. 신생아 때의 뇌 무게는 4백 그램 내외로 체중의 2% 정도지만 출생부터 3세까지와 4세부터 7세까지, 그리고 10세 직후까지의 3단계 과정을 거치면서 발달하여 28세 정도에서 정점에 달한다. 성인의 뇌 무게는 남자가 1천 4백 그램 내외, 여자가 1천 2백 50그램 정도가 되지만 그 안에 내포되어 있는 무궁무진한 창조력과 상상력은 우주만큼이나 광대하다.

뇌(腦)는 크기나 무게가 지능이나 성격에는 직접적인 관계가 없다고 알려져 있다. 그 예로 영국의 시인인 바이런과 월트 위트먼의 뇌는 각각 2천 3백 50그램, 1천 2백 80그램으로 서로 2배 가까운 차이를 보이지만 두 사람 사이의 문학성에 다른 점수를 매길 수 없다는 예를 즐겨 든다. 뇌(腦)의 구성은 대뇌, 간뇌, 중뇌, 뇌교, 연수, 소뇌, 척수, 대뇌피질, 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽으로 이루어져 있다. 대뇌는 뇌 중에서 가장 늦게 진화되었으며 좌뇌와 우뇌로 이루어져 있고, 두 반구는 뇌량을 통해 연결되어 상호협력체계를 갖는다.

1950년 펜필드의 두뇌소인(homunculus)이 발표되어 뇌과학의 대중화를 불러온 이래, 1960년대에는 미국 캘리포니아 기술 연구소의 스페리(Roger W. Sperry)교수와 그의 제자인 마이어스(Ronald Myers), 트레바텐(Colwyn Trevarthen) 연구진은 여러 동물 실험 연구를 통해서 뇌량은 두 개의 두뇌 사이에서 기억력과 지각의 전달 및 통신의 역할을 한다는 것을 입증하였다. 이 연구는 뇌량이 두 개의 두뇌를 서로 독자적으로만 작용하도록 나눠 둔다면 분명히 행동이나 기능이 완벽하게 되지 못한다는 것을 밝혀내었다. 이것은 좌뇌와 우뇌의 역할과 기능을 입증하는 것으로 뇌(腦)연구사에 기초적인 지식을 제공할 수 있는 기틀이 되었다.

뇌(腦)의 구조와 활동에 관한 연구는 뇌 손상을 입은 환자들로부터 얻을 수 있었던 임상경험에서 출발하였다. 뇌 손상을 입은 환자들은 특정한 과제해결에 대한 어려움이 있음을 알고 그 뇌(腦) 부위와 기능을 관련시키기 시작하였다. 인간은 태어날 때 약 1천억개의 신경세포와 이들 신경세포의 결합으로 형성되는 50조개 이상의 시냅스(Synaps, 신경세포의 연접부)가 형성된다. 두뇌의 기본적인 신경회로는 부모로부터 물려받은 유전자에 의해 이미 결정되어 있다. 예컨대 심장 박동과 허파 호흡을 가능하게 하는 신경 회로는 이미 유전자들에 의해 뇌간에 형성되어 있다. 인간이 보유하고 있는 10만개의 상이한 유전자 중 절반 정도는 뇌를 형성하고 운영하는 설계도로 믿고 있다. 그러나 두뇌가 제대로 작동하기 위해서는 그 정도로는 부족하다.

인간이 보유한 유전자 수로는 그토록 많은 신경 결합을 만들어낼 수 없으며, 출생 후의 신경결합은 경험에 의해 만들어진다. 경험이란 신생아가 신체 밖 외부 세계로부터 수신하는 모든 신호를 말하며, 경험은 시냅스를 강화시킨다. 그러나 사용되지 않는 시냅스는 ‘가지치기’라는 과정을 통해 약화되는데, 이 연약한 결합 상태를 강화해 주는 것이 바로 자극이다. 시냅스의 형성(synaptogenesis)과 제거는 두뇌의 상이한 부분과 시간에 일어난다. 시냅스 형성은 생후 2개월 때 운동피질에서 시작된다. 그때쯤 유아들은 모로반사와 흡철반사(吸啜反射)를 중단하고 의도적인 동작을 배우기 시작한다. 3개월 때 시각피질의 시냅스 형성이 절정에 이르면서 아기의 눈은 물체에 초점을 맞출 수 있게 된다.

기억 내용을 분류하고 보관하는 역할을 하는 뇌의 해마(海馬, ippocampus)는 8～9개월 때쯤 기능이 형성된다. 그 때 아기들은 경험 내용을 명확히 기억할 수 있게 된다. 예컨대 과거에 모빌을 움직이게 만들었던 방법을 기억하게 되는 것이다. 생후 6～12개월 때 논리적 사고와 예견 기능을 담당하는 전두엽 피질에서는 성인의 두뇌보다 배나 많은 에너지를 소모할 정도로 시냅스 형성이 빠르게 진행된다. 그런 추세는 10세 때 까지 이어진다.

뇌를 더욱 발전시키기 위해서는 주위로부터 끊임없는 자극을 통해 깊이 있게 합리적인 사고를 해야 한다. 다른 신체 기관의 세포와는 달리 뇌세포는 커지기는 해도 세포수가 증가하지는 않는다. 그리고 18세가 지나면 뇌세포는 하루에 2만-5만개 정도가 죽어 없어지고 노년기에는 뇌의 무게가 약 30g 정도가 줄어든다. 새 세포가 생겨나지 않으므로 나이가 들수록 없어진 세포 때문에 뇌에는 빈틈이 많이 생겨 무게가 줄어들게 된다.

이렇게 뇌(腦) 연구가 발전하고 그 중요성이 인식되면서 미국은 1990년부터 범국가적인 차원에서 ‘뇌 연구의 10년(Decade of Brain)’ 법안을 마련하여 막대한 연구비를 지원하고 있다.선진국들은 21세기에 인간의 뇌를 중요한 연구 과제로 많은 시간과 노력을 투자하고 있으며, 두뇌지식의 선점이 가져다 줄 이득에 커다란 기대를 걸고 있다. 우리나라도 1998년 한국 뇌학회가 창설되었고, 1999년에는 뇌(腦)연구 촉진법이 통과되는 등 발 빠른 움직임을 보이고 있다.

교육분야에서는 미래의 새로운 교육과정과 창의성을 개발하기 위하여 교육과 뇌에 관한 연구에 박차를 가하고 있다. 미술분야도 뇌와 관련된 미술 프로그램을 개발하여 과학적이고 논리적인 학문으로 창의성의 근거를 제시하여 뇌의 기능을 향상시키기 위해 노력하고 있다. 또한, 뇌(腦)과학적인 측면에서 영재교육을 위한 교육자료에 응용하는 등 그 활용범위도 더욱 넓어지고 있다. 브로콜리 뇌미술