팀원을 단정 짓기 전 알아야만 할 뇌과학 사례

[인지과학연습] 신경가소성이 리더에게 들려주는 구성원 육성의 새로운 관점

우리는 종종 조직과 인재에 대해 고정된 틀로 생각하곤 한다. '이 직원은 이런 일에 맞지 않아', '저 팀은 변화에 적응하지 못할 거야'라는 판단을 내리며 한계를 설정한다. 하지만 「The Brain That Changes Itself」에서 소개된 신경가소성 사례들은 인간의 잠재력에 대한 과학적 이해를 깊게 해 준다. 95% 이상 특정 기능이 손상된 Cheryl과 Pedro의 사례에서 보듯, 뇌는 심각한 손상 이후에도 새로운 신경 경로를 형성해 기능을 회복할 수 있다. 이는 HR 현장에서도 우리가 직원들의 역량 발전 가능성을 과소평가하는 것은 아닌지 자문하게 만든다.

데이터는 명확하다. Bach-y-Rita의 연구에서 Cheryl은 20분간 장치 착용 후 1시간이라는 잔여 효과(기능 지속 시간)를 얻었고, 심지어 Pedro는 운동신경의 97%가 손상된 상태에서도 완전히 직장으로 복귀했다. 이런 수치는 HR 분야에서 흔히 보는 '3개월 내 퇴사율 30%', '교육 후 업무 적용도 25%'와 같은 차가운 통계와는 다른 희망을 보여준다. 물론 신경가소성 개념은 물리적 뇌 손상 이후 적응 과정에서 나타나는 현상이지만, 하물며 물리적 손상이 있는 경우에도 가능하다는 쪽으로 관점을 달리한다면? 이러한 과학적 발견은 인재 개발에서도 장기적 관점과 지속적 지원의 중요성을 일깨운다.

실무적으로 이를 어떻게 적용할 수 있을까? 구성원들에게 처음부터 완벽한 역량을 기대하는 대신, Bach-y-Rita가 Cheryl에게 했던 것처럼 단계적 도전과 지속적 피드백을 제공해 볼 수 있다. 예를 들어, 신전입 구성원 온보딩에서 '전체 업무 파악' 대신 '핵심 과제 3개 숙달'부터 시작하거나, 역량 평가에서 부족한 부분을 강조하기보다 '점진적 개선 지표'를 설정하는 방식이다. 신경가소성 연구가 보여주듯, 적절한 자극과 환경에서 학습은 더 효과적으로 이루어진다. 결국 가장 중요한 건 시간과 믿음이다. 리더가, 그리고 HR이 '이 직원은 안 될 거야'라고 단정 짓는 순간, Pedro를 요양원으로 보내려 했던 의사들처럼 가능성의 문을 닫아버리는 셈이다. 신경가소성이 보여준 인간 능력의 놀라운 확장성은, 우리 조직 내 숨겨진 인재들의 가능성을 어떻게 열어줄 수 있을지에 대한 고민으로 이어진다. 성장과 변화를 지원하는 HRDer로서, 직원들의 변화가 단기적 관점이 아니라 경험이 축적되어 예상보다 큰 역량 향상으로 이어지는 순간을 기대한다.

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Chapter 1. A Woman Perpetually Falling…

1. 영원히 추락하는 여자

Cheryl Schiltz의 증상과 신체 반응

Cheryl Schiltz는 평형감각을 상실한 이후 지속적으로 추락하는 감각을 경험한다. 바닥에 서 있어도 균형을 잡지 못하고 온몸이 흔들리며, 양팔을 벌리고 중심을 잡으려 하지만 움직임은 갈수록 커진다. 넘어진 이후에도 떨어지는 감각은 멈추지 않고, 상상의 함정으로 빠져들어 무한히 추락하는 느낌을 받는다.

전정기관의 구조와 기능

전정기관은 내이에 위치하며, 세 개의 반고리관으로 구성된다. 각 반고리관은 수평, 수직, 전후 운동을 감지하고, 움직임에 따라 액체가 털세포를 자극해 뇌로 신호를 보낸다. 이 신호는 전정핵으로 전달되어 근육에 조정 명령을 내리며, 시각과도 연결되어 움직이는 대상을 시야 중심에 유지하게 한다.

전정기관 손실로 인한 삶의 붕괴

전정기관이 손상된 Cheryl은 자신의 움직임이나 공간적 위치를 감지할 수 없다. 시각 외의 모든 감각이 사라져 벽을 잡고 걷거나, 벽 없이 걸을 경우 술 취한 사람처럼 비틀거린다. 움직이는 대상이나 바닥의 무늬만으로도 균형 감각이 무너지고, 심한 피로와 인지 저하가 동반된다.

전정 감각과 인간 존재의 연결

전정 감각은 인간의 존재감과 심리적 안정감의 기반이다. 일상 언어에서 사용되는 '균형 잡힘', '뿌리 없음', '불안정'과 같은 표현들은 전정 감각의 상태를 반영한다. 이 감각을 상실한 사람들은 정신적으로도 무너지고, 극단적 선택으로 이어지는 경우가 발생한다.

2. 비극의 원인 - 젠타마이신과 내이 손상

젠타마이신 투여와 전정기관 손상 과정

Cheryl Schiltz는 39세 때 자궁적출술 후 감염 치료를 위해 젠타마이신(gentamicin)을 투여받았다. 젠타마이신은 효과적이지만, 과다 투여 시 내이의 평형감각 기관을 손상시키는 독성이 있다. Cheryl은 허용치를 넘는 용량을 투여받았고, 그 결과 전정기관이 95~100% 손상되었다.

젠타마이신의 부작용과 증상

과다 투여된 젠타마이신은 내이를 파괴하고 청력 손상, 이명, 평형감각 상실을 유발한다. Cheryl은 청력 손상 없이 심한 이명과 균형 상실 증상을 보였다. 어느 날 갑자기 서 있을 수 없게 되었고, 고개를 돌릴 때마다 방 전체가 움직이는 듯한 감각을 경험했다.

진단과 의료진의 대응

Cheryl은 병원에서 전정 기능 검사를 받았고, 냉·온수 자극과 기울기 테스트 결과 거의 전정 기능이 없다는 진단을 받았다. 전정 기능이 2%만 남아있었고, 의사는 젠타마이신의 부작용으로 인한 영구적 손상이라고 설명했다. Cheryl은 치료 가능성 없이 장애 판정을 받았고, 절망에 빠졌다.

시각 의존과 일상적 고통

Cheryl은 전정기관 손상으로 인해 시각에 의존하게 되었으나, 움직이는 물체나 바닥 무늬조차 균형 감각을 무너뜨렸다. 빛이 꺼지는 순간 바닥으로 쓰러졌고, 작은 움직임에도 넘어졌다. 이로 인해 매 순간 균형을 잡으려는 과도한 집중이 필요해 정신적, 육체적 피로가 극심해졌다.

3. 희망의 시작 - 인공 감각 대체 장치 실험

실험의 주체와 장비 설명

Cheryl Schiltz는 뇌 가소성 연구의 선구자인 Paul Bach-y-Rita 박사와 그의 연구팀에게 실험 대상자로 초대되었다. 실험 장치는 건설용 헬멧 내부에 가속도계(accelerometer)가 장착되어 있으며, 움직임을 감지해 전기 신호로 변환하는 구조이다. 이 신호는 Cheryl의 혀에 부착된 얇은 플라스틱 스트립으로 전달된다.

장치의 작동 원리

헬멧의 가속도계가 Cheryl의 움직임을 감지하고, 컴퓨터를 거쳐 혀 위의 전극 배열로 전달된다. 혀에서는 방향과 기울기에 따라 미세한 전기 자극이 발생하고, Cheryl의 뇌는 이 감각을 균형 신호로 받아들인다. 전극에서 발생하는 자극은 샴페인 거품이 터지는 듯한 느낌으로 전달된다.

Cheryl의 첫 실험과 반응

Cheryl은 실험 장비를 착용하고 처음으로 서서히 균형을 잡기 시작했다. 눈을 감고 손가락만 살짝 테이블에 댄 채 서 있었고, 중심을 잡으려는 몸의 경련이 멈추기 시작했다. 장치가 켜진 순간 Cheryl은 처음으로 균형이 잡히는 감각을 느꼈고, 감정이 북받쳐 울음을 터뜨렸다.

장치의 초기 성과와 의미

장치 착용 후 Cheryl은 안정적인 자세를 유지할 수 있었고, 오랜 시간 동안 중심을 잃지 않았다. 전정기관의 기능이 거의 없는 상태에서도 혀를 통해 받은 인공 신호가 뇌에서 균형 신호로 해석되었다. 이 실험은 손상된 감각 시스템을 대체할 수 있는 가능성을 보여주었다.

4. 신경가소성의 증거 - 잔여 효과의 증가

실험 중 발생한 잔여 효과(residual effect)의 발견

Cheryl Schiltz는 실험 도중 장치를 착용하지 않은 상태에서도 일정 시간 균형을 유지하는 현상을 경험했다. 처음에는 장치를 1분 착용한 후 약 20초 동안 균형 유지가 가능했고, 2분 착용 후에는 약 40초로 잔여 시간이 증가했다.

잔여 효과의 비약적 증가

착용 시간을 20분까지 늘리자 예상과 달리 잔여 효과가 세 배 이상 증가해 1시간 동안 지속되었다. 연구팀은 뇌가 장치를 통해 전달된 인공 신호를 학습하고, 점차 새로운 신경 경로를 형성하고 있음을 확인했다.

Cheryl의 변화와 도전

Cheryl은 실험 중 장치를 제거한 뒤에도 넘어지지 않고 균형을 유지했다. 눈을 감고 한쪽 발을 들어 올리는 등의 동작을 성공했으며, 그동안 잃어버렸던 ‘자신의 몸을 통제하고 있다는 감각’을 되찾았다고 말했다.

신경가소성의 메커니즘 설명

Paul Bach-y-Rita는 Cheryl의 뇌가 손상된 전정기관 대신 새로운 경로를 활용하고 있다고 설명했다. 손상된 전정기관에서 발생하는 신호의 '노이즈'가 장치를 통해 전달되는 신호로 덮이고, 건강한 조직이 활성화되기 시작했다.

뇌는 장치를 통해 생성된 새로운 감각 입력 경로를 지속적으로 강화했고, 이는 전형적인 ‘신경 경로의 언마스킹(unmasking)’과 강화 과정으로 분석되었다. 이를 통해 손상된 시스템을 우회하고 다른 경로를 활용하는 뇌의 적응 능력이 입증되었다.

5. Bach-y-Rita의 생애와 과학적 도전

Bach-y-Rita의 연구 철학과 전문 분야

Paul Bach-y-Rita는 신경과학, 재활의학, 생물의공학, 시각 및 안근 생리학 등 다양한 학문 분야를 넘나드는 연구자로 성장했다. 그는 전통적 연구자의 길을 따르기보다는 질문이 이끄는 방향으로 연구를 확장했다. '눈이 있어야만 보는가', '귀가 있어야만 듣는가'와 같은 기존 상식을 뒤흔드는 질문을 던지며 연구를 진행했다.

기계론적 뇌관(Brain Mechanism Theory)과의 충돌

Bach-y-Rita는 당시 과학계를 지배하던 **'기계론적 뇌관(localizationism)'**을 정면으로 반박했다. 기계론적 관점은 뇌의 각 부위가 특정 기능만을 담당하고, 손상되면 대체가 불가능하다고 주장했다. 그는 뇌가 본질적으로 가소성을 지닌 유동적 구조임을 증명하고자 했다.

촉각 시각 장치(tactile-vision device) 개발

Bach-y-Rita는 1969년 Nature에 발표한 연구에서 시각장애인이 촉각으로 볼 수 있는 장치를 개발했다. 텔레비전 카메라로 입력된 시각 정보를 등 피부의 진동 패턴으로 변환해, 시각적 대상과 공간을 인지하게 했다. 이 실험에서 피험자들은 물체의 모양, 거리, 심지어 사람 얼굴까지 식별했다.

'우리는 뇌로 본다'는 주장

Bach-y-Rita는 인간은 눈으로 보는 것이 아니라 뇌로 본다고 주장했다. 모든 감각은 전기적 신호로 변환되어 뇌로 전달되며, 뇌는 입력된 신호의 출처와 관계없이 정보를 해석하고 인식한다는 사실을 강조했다.

새로운 감각 경로와 기기의 확장

Bach-y-Rita는 NASA, 해군 특수부대(Navy SEALs), 의료 분야와 협력해 감각 대체 및 확장 기기 개발을 이어갔다. 우주복 장갑의 촉각 강화, 나병 환자의 감각 복원 장갑, 컴퓨터 화면을 읽는 장갑, 성감 복원용 장비, 야간 시력 강화 장비 등이 그의 연구 성과로 이어졌다.

6. 이론적 확장 - 감각 대체와 신경가소성

감각 대체(sensory substitution)의 가능성

Bach-y-Rita는 감각 대체 기술이 특정 감각을 완전히 잃은 사람들에게 새로운 입력 경로를 제공할 수 있음을 입증했다. 그는 피부 표면이나 혀처럼 완전히 다른 감각 기관이, 특정 감각을 대신 수행할 수 있다는 이론을 세웠다.

시각장애인 대상 실험에서는 등 피부에 설치한 전극을 통해 전달된 촉각 신호가 뇌에서 시각 정보로 처리되었다. 피험자들은 공간 속 물체의 거리와 형태를 구별하고, 사람의 표정까지 인식했다.

뇌의 다중 감각 처리 능력(polysensory)

Bach-y-Rita는 뇌의 특정 영역이 단일 감각 전용이 아니라 여러 감각을 처리할 수 있음을 확인했다. 고양이를 대상으로 한 실험에서 시각 피질이 촉각과 청각 자극에도 반응했다. 이는 '하나의 기능, 하나의 위치'라는 고정적 뇌 구조 이론을 반박하는 결정적 증거로 제시되었다.

전기적 신호로서의 감각 통합

Bach-y-Rita는 모든 감각 입력은 뇌에서 전기 신호로 변환되어 처리되며, 뇌는 그 신호의 원천을 가리지 않고 해석할 수 있다고 설명했다. 시각, 청각, 촉각, 미각, 후각 모두 동일한 전기적 언어로 변환되어 뇌에서 처리된다.

신경가소성의 과학적 기반

뇌의 구조적 가소성은 19세기에도 관찰된 바 있다. 1868년 Cotard는 좌반구가 소실된 아동이 정상적인 언어 능력을 갖는 사례를 발표했고, 1876년 Soltmann은 운동피질을 제거한 어린 동물 실험에서 움직임이 가능함을 증명했다.

Bach-y-Rita는 이러한 과거 연구들을 재조명하며 뇌가 손상 이후에도 재조직화하고 새로운 기능적 경로를 형성할 수 있는 능력이 있음을 주장했다.

7. Pedro Bach-y-Rita의 회복 사례

뇌졸중 이후 절망적 진단과 가족의 결정

1959년, Paul Bach-y-Rita의 아버지인 Pedro Bach-y-Rita는 뇌졸중으로 반신마비와 언어능력 상실 상태에 빠졌다. 의료진은 회복 가능성이 없고 요양 시설로 보내야 한다고 판단했다. 그러나 아들 George가 이를 거부하고, 멕시코로 아버지를 데려가 집에서 재활을 시도하기로 한다.

비전문적 접근과 재활 과정

George는 재활의 전문 지식 없이 아버지를 crawling부터 다시 시작시키는 방식으로 훈련했다. Pedro는 처음에 무릎 보호대를 착용하고 네 발로 기어야 했으며, 점차 벽을 짚고 일어서고 걷는 단계로 나아갔다.

일상의 행동 하나하나가 훈련이 되었고, 냄비를 돌리기, 구슬 잡기, 동전 줍기 등 반복 훈련을 통해 손과 팔의 기능도 회복했다. 식사 자리에서 함께 먹는 것을 목표로 삼아 훈련의 목표와 단계를 세분화했다.

언어 기능과 글쓰기 복원

Pedro는 처음엔 손가락 전체로 타자기 키를 눌렀고, 점차 손목과 손가락만으로 타이핑할 수 있을 정도로 회복했다. 언어 기능도 회복되어 3개월 후 말하기를 시작했고, 점차 글쓰기와 시 쓰기를 다시 할 수 있게 되었다.

완전한 사회 복귀와 삶의 질 회복

1년 후 Pedro는 뉴욕 시립대학에서 전임 교수로 복귀했고, 은퇴 후에도 샌프란시스코 주립대학에서 다시 강의하며 왕성하게 활동했다. 등산과 여행도 가능할 정도로 회복했으며, 72세에 심장마비로 사망할 때까지 활동적인 삶을 살았다.

사후 발견된 심각한 뇌 손상

사망 후 실시된 부검에서 Pedro의 뇌간과 피질의 주요 부위가 파괴된 채 남아 있었다는 사실이 확인되었다. 전체 운동신경의 97%가 손상되었음에도 기능을 회복했다는 사실이 밝혀지며 신경가소성의 강력한 사례로 기록되었다.

사례의 의미와 확장

Paul Bach-y-Rita는 이 경험을 통해 ‘늦은 재활’과 ‘성인의 뇌 가소성’이 가능하다는 확신을 갖게 되었고, 이후 이론적·실험적 연구로 확장해 나갔다. Pedro의 사례는 뇌가 심각한 손상을 입고도 새로운 신경경로를 만들어 회복할 수 있음을 증명하는 사례가 되었다.

8. 결론 - 재활 치료의 새로운 가능성

전통적 재활 치료의 한계

기존 재활 치료는 뇌 손상 후 짧은 기간 내에 회복이 없으면 영구적 손상으로 간주하고 치료를 중단하는 방식이었다. 대부분의 의료진과 과학자들은 성인의 뇌는 고정된 구조이며 회복 능력이 거의 없다고 믿었다.

신경가소성 이론이 가져온 전환

Bach-y-Rita의 연구와 사례는 뇌가 평생 가소성을 유지하며, 손상 이후에도 새로운 경로를 만들어 기능을 회복할 수 있음을 입증했다. 손상된 감각이나 운동 기능은 적절한 훈련과 자극을 통해 다른 감각 경로 또는 신경망으로 대체되거나 복원될 수 있음이 밝혀졌다.

실험적 성공과 실용적 확장 가능성

Cheryl Schiltz의 사례처럼 인공 장치로 감각 기능을 대체하고, 반복 훈련을 통해 뇌가 스스로 새로운 경로를 형성할 수 있음이 증명되었다. 잔여 효과의 점진적 증가는 뇌의 학습과 변화 가능성을 보여준다.

이 기술과 이론은 노인들의 낙상 예방, 뇌졸중 환자의 늦은 회복, 감각 상실 환자의 기능 회복 등 광범위한 적용 가능성을 갖는다.

뇌 재활과 인간 삶의 회복

Bach-y-Rita는 ‘늦은 재활’의 가능성을 강조하며, 단순한 생존이 아니라 삶의 질과 사회적 기능 회복까지도 뇌 가소성이 가능하게 한다고 보았다. 이는 뇌와 신체 기능 회복의 한계에 대한 기존 인식에 근본적 변화를 가져오는 결론으로 이어진다.