뇌 회로들은 상호의존적이고
상호역동적이다
마음에 내리는 비에 우산이 필요할 때
1.5. 뇌 회로들은 상호의존적이고 상호역동적이다.
뇌는 생각보다 융통성이 훨씬 크다. 우리 뇌는 특정 방향으로 발달하도록 결정되지 않았다. 그 기능이 미리 프로그램된 스마트폰이 아니다. 우리 뇌는 그보다 훨씬 복잡 미묘하다. 뇌에 있는 뇌세포는 약 천억 개 정도다. 천억 개의 세포는 서로 다른 수만 개의 신경세포와 연결될 수 있다. 뇌에서 수백조 개 정도가 연결될 수 있다는 이야기다. 이는 우리 은하계에 속한 별의 수보다 천 배나 많은 수이다. 이번 장에서는 몸속에 있는 수많은 신경세포가 어떻게 연결되고 흥분하는지 알아보려고 한다.
중요한 것은 뇌세포나 연결의 수가 아니다
뇌세포는 계속해서 죽고 계속해서 새롭게 생겨난다. 신경세포는 연결이 되기도 하고 사용하지 않으면 연결이 끊어진다. 뇌는 자기 구조를 어떻게 설계하느냐에 따라 나이에 상관없이 평생 계속 변한다. 무엇을 감각으로 느낄 때, 생각할 때마다 뇌에 흔적을 남기고 조금씩 변한다. 아인슈타인의 뇌가 일반인과 어떻게 다른지 궁금했던 사람이 있었다. 병리학자 토머스 하비Thomas Harvey다. 토마스는 1955년 4월 18일 아인슈타인이 세상을 떠나자 그의 뇌를 훔쳤다. 성인 뇌의 평균 무게는 대략 1,400~1,600그램이다. 아인슈타인의 뇌 무게는 1,230그램으로 일반인보다 약간 작았다. 뇌 기능은 뇌세포의 양이나 크기에 따라 결정되지 않는다.
어떤 사람은 뇌세포의 연결 수가 뇌의 능력을 결정한다고 믿는다. 틀린 생각이다. 생애 첫해 동안 아동의 뇌세포 연결 수는 10배 정도 증가한다. 만 2세까지 아동의 뉴런 당 시냅스 수는 약 15,000개다. 아동의 뇌세포 사이 연결 수는 어른보다 많다. 연결 수는 성장하면서 감소한다. 이를 신경 가지치기pruning라고 한다. 만 2세부터 청소년기까지 최고 200억 개의 연결이 사라진다. 가지치기는 뇌 발달의 필수 부분이다. 사용하지 않는 연결을 제거하여 신호를 전달할 연결에 필요한 공간을 마련하는 것이다. 가지치기를 통해 나이가 들수록 뇌의 효율성이 높아진다.
뇌의 질을 결정하는 것은 무엇일까? 우리는 산책을 하거나 드라마를 보면서 점심으로 무엇을 먹을지 계획을 세운다. 한꺼번에 여러 일로 바쁜 상황일 때 일상생활을 잘 살기 위해 뇌는 서로 협력해야 한다. 뇌는 기능적 네트워크function network라는 프로그램을 사용한다. 우리는 산책하기 위한 프로그램, 드라마 보기 위한 프로그램 등을 따로 갖고 있다. 이 네트워크가 우리가 하는 모든 일을 결정한다. 상호 작용하는 뇌세포를 통해 모든 네트워크는 구축된다. 한 프로그램이 다른 영역에 속한 신경세포를 통합할 수 있다. 산책하고 드라마도 보고 식사하려면 뇌의 다른 영역이 서로 연결되어야 한다. 긴밀한 상호연결이 뇌의 질을 결정한다.
함께 흥분하는 신경세포가 함께 연결된다
기타로 동요 한 곡을 연주하는 법을 배운다고 해보자. 이것을 가능하게 하려면 뇌의 여러 영역이 협력해야 한다. 먼저 기타 줄을 눈으로 봐야 한다. 시각 신호는 눈에서 시신경을 거쳐 후두엽의 일차시각피질primary visual cortex로 간다. 동시에 뇌의 운동피질motor cortex은 손가락의 운동을 조절한다. 청각피질aulditory cortex은 소리 정보를 처리해서 연합령association area으로 보낸다. 이 정보는 기억력과 사고력을 주관하는 전두엽frontal lobe에 도달한다. 자신이 연주한 음을 파악하고 잘못된 곳이 있으면 수정한다. 간단한 동요 하나를 연주하려고 해도 뇌에서는 이 모든 복잡한 활동이 일어난다.
시각 중추와 청각 중추, 시각피질, 두정엽과 전두엽에 들어있는 이 모든 영역이 기타 연주를 위해 필요한 뇌 프로그램의 일부다. 처음 기타를 치려면 큰 노력을 해야 한다. 뇌 속 프로그램도 아직 익숙하지 않아 곡을 연주하는 것에 뇌가 에너지를 많이 쓴다. 기타 연주가 몹시 힘들게 느껴지는 이유다. 이 상태에서 과제를 완수하려면 뇌가 초집중해야 한다. 뇌 프로그램이 비효율적이기 때문이다. 기타 치는 연습을 많이 하면 연주를 더 잘할 수 있다. 뇌 속 프로그램도 에너지가 점점 적은 에너지로도 효율적으로 움직인다.
기타 치는 연습을 계속하면 곡 연주가 쉬워진다. 수많은 연습 후에는 딴생각하면서도 연주할 수 있다. 곡을 연주하는 뇌 속의 프로그램이 정보를 효율적으로 전한다. 신경신호가 신경네트워크를 통해 지속해서 전달되면 연결이 강화된다. 함께 흥분한 신경세포는 연결된다. 연주에 필요한 에너지는 점점 줄어든다. 큰 힘을 들이지 않고 동요를 멋지게 연주할 수 있는 상태에 이른다. 기타 연주를 위한 뇌 안의 프로그램은 서로 다른 영역의 신경세포가 활성화되어야 한다. 서로 다른 영역의 신경세포가 긴밀하게 연결되어야 기타 연주 프로그램이 잘 돌아간다.
부품이 모두 연결되어 있어야 스마트폰이 제대로 작동한다. 개별 부품이 정상적이어도 각 부품 간의 연결이 불량하면 스마트폰은 작동하지 않는다. 최고의 기능을 가진 뇌는 크거나 뇌세포 연결의 수가 많은 뇌가 아니다. 전두엽과 측두엽처럼 서로 다른 뇌 영역이지만 긴밀히 연결되어 상호작용할 수 있어야 한다. 이 상태에서 프로그램이 효율적으로 운영되기 위한 것을 모두 갖추고 있으면 좋다. 운동은 서로 다른 뇌 영역을 강하게 연결할 수 있다. 몸을 움직이면 이 연결성으로 인해 뇌가 긍정적으로 변한다.
뇌의 연결 상태가 그 삶의 유형을 보여준다
한 연구에서 개인 수백 명을 대상으로 고급 두뇌 검사를 했다. 좋은 기억과 알코올, 흡연에 대한 경계심 등을 긍정적으로 바라보는 사람의 뇌를 관찰했다. 그들은 서로 다른 뇌 영역이 긴밀하게 연결되어 있었다. 감정 조절이 잘 안되거나 알코올, 약물 남용 등 부정적 속성을 가진 사람의 뇌는 정반대 유형이 관찰되었다. 이들의 서로 다른 뇌 영역은 연결이 불량했다. 우리가 받는 느낌과 생각은 모두 흔적을 남긴다. 긍정적인 사람은 다양한 경험을 뇌에 똑같은 흔적으로 남긴다. 부정적인 사람은 다양한 경험을 반대 흔적으로 똑같이 남긴다. 안데르스 한센이 쓴 책 『움직여라, 당신의 뇌가 젊어진다』 에 의하면 이를 “긍정-부정 좌표축”이라 한다.
한 사람의 뇌 연결을 보면 그 삶의 유형을 대충 가늠할 수 있다. 어떤 삶을 살고 있느냐에 따라 긍정-부정 좌표축에서 자신의 위치를 파악할 수 있다. 좋은 기억력, 중독성 물질에 대한 경계심 등은 긍정 신호로 작용한다. 이것 말고도 긍정-부정 좌표측에서 긍정 신호로 작용하는 것은 건강한 몸이다. 사람의 뇌 연결 유형, 긍정-부정 좌표축에서의 위치를 결정하는 기준은 유전이 아니다. 우리의 생활방식이다. 우리가 내리는 선택이 뇌의 작동 방식에 근본적인 수준에서 큰 변화를 가져온다. 뇌만 생각과 행동을 결정하지 않는다. 생각과 행동도 뇌와 그 작동 방식에 영향을 줄 수 있다. 뇌가 우리를 운영하는 것이 아니라 우리가 뇌를 운영하는 것이다.
앨릭스 코브가 쓴 책 『우울할 땐 뇌과학』에 보면 이런 말이 나온다. “전방대상피질은 복내측 전전두피질, 배외측 전전두피질, 섬엽, 해마와 연결된다. 배외측 전전두피질은 복측 전전두피질, 배측 선조체, 해마와 연결되며, 복측 전전두피질 일부는 해마, 측좌핵과 연결된다.” 전두엽이 몇 가지 회로에 사용될 수 있다. 각 뇌 영역을 하나의 공항으로 생각해보자. 각 회로는 다양한 지역으로 떠나는 각 항공사로 생각할 수 있다. 예를 들어 인천 공항을 사용하지만, 대한항공과 델타항공은 각자 독립적으로 운영된다. 독립적인 신경회로도 같은 뇌 영역을 사용한다. 같은 뇌 영역을 사용하기 때문에 신경 회로 간에도 역동적인 상호작용이 생긴다.
뉴욕에서 생긴 정체가 인천에 연착되거나 방콕의 결항으로 이어질 수 있다. 섬엽의 활동이 증가하면 배측 선조체가 관여하는 습관에 변화가 생길 수 있다. 전방대상피질이 관심을 두는 대상에 변화가 생길 수 있다. 실제 뇌에서 일어나는 일은 더 복잡 미묘하다. 서로 다른 영역에 영향을 주는 신경전달물질은 다르다. 선조체가 제 기능을 하려면 도파민이 필요하다. 전전두피질은 세로토닌, 노르아드레날린이 필요하다. 신경 물질에 변화가 생기면 뇌 영역에 큰 영향을 미친다.
어릴 적 나는 머리가 큰 사람이 똑똑하다고 생각했다. 아인슈타인의 뇌가 생각을 무너뜨렸다. 만 2세 아동의 뇌세포 연결 수가 어른보다 많지만, 더 똑똑하지 않다. 뇌의 질은 긴밀한 상호연결이 결정한다. 자전거를 처음 배우려면 무척 힘이 든다. 수많은 연습 후에 자유롭게 달릴 수 있다. 연습하는 과정에서 신경 신호가 신경 네트워크를 통해 지속해서 전달되어 함께 강화된 덕분이다. 사람의 뇌 연결상태를 보면 그 사람이 어떤 삶을 살았는지 판단할 수 있다. 우리의 생활방식은 뇌 연결 유형, 성격 속성에 영향을 미친다. 우리가 내리는 선택이 뇌의 작동 방식에 변화를 줄 수 있다. 뇌가 우리를 운영하는 것이 아니라 우리가 뇌를 운영한다.
