지난 100년간 뇌과학의 가장 대표적인 연구 성과 중 하나로 손꼽히는 것이 바로 ‘뇌가소성(neuro-plasticity)’에 관한 것이다. ‘뇌는 훈련하면 변화한다’라는 명제가 인간의 뇌만큼 지속적이고도 강렬하게 적용되는 대상이 없다는 데에는 놀라움과 당연스러움이 공존한다.
뇌를 가진 다른 척추동물들은 시간이 흘러도 주변 환경에 큰 변화를 가져오진 않지만, 인간은 머릿 속에 떠올린 상상을 현실로 이루어내는 창조적 능력으로 인하여 시간의 흐름 자체가 환경에 지대한 영향을 미치기 때문이다.
뇌세포는 새롭게 생겨나지 않는다?
뇌세포는 한번 가지고 태어나면 영구적으로 손상, 소멸된다는 기존 가설을 뒤엎는 연구결과는 과학계에 커다란 충격을 주었다. 물론 모든 신경세포가 증가한다는 것은 아니다. 뇌 속에서도 특정 부위의 신경세포만 증식하는 것으로 알려져 있는데, 그중에서 대표적인 것이 바로 ‘해마(hippocampus)’이다. 뇌에서 기억 조절을 담당하는 부위로 ‘기억 제조공장’이라고도 불리는 해마, 뇌과학의 통념을 깨뜨린 연구 성과를 우선 살펴보자.
1999년 굴드와 그로스는 과학잡지 ‘사이언스(Science)’에 색다른 논문을 발표하였다. 원숭이에 어떤 자극을 가했을 때 해마 부위에 있는 신경세포의 개수가 증가함을 발견했던 것이다. 이듬해인 2000년 8월, 런던대학의 엘리너 매과이어(Eleanor Maguire) 교수가 미국과학아카데미회보(NAS)에 게재한 논문은 독창적인 시각으로 지금도 많이 활용되고 있다. 거미줄처럼 복잡한 것으로 유명한 영국 런던의 택시기사의 뇌를 조사한 결과 베테랑 운전사일수록 해마가 크다는 사실을 발견한 것이다.
학습과의 상관성 연구도 있다. 미국 러트거스대학의 트레이시 쇼어스(Tracy Shors) 교수가 2004년 8월 ‘신경과학저널(The Journal of Neuroscience)’에 발표한 논문에 의하면, 쥐의 기억력을 조사하는 과정에서 사물을 학습시키면 쥐의 해마 신경세포가 증식된 사실을 발견했다. 흥미로운 점은 기억력이 뛰어난 쥐일수록 새로운 신경세포가 더 많이 생겨났다는 것이다.
먹이와 물만 있는 단조로운 환경과 다양한 놀이 환경을 갖춘 곳에서 생활한 생쥐를 실험한 결과, 후자의 해마가 크게 나왔고 이후 아무것도 없는 환경에 있는 쥐를 자극적인 곳으로 옮기면 며칠 만에 해마의 신경세포가 늘어났다는 연구결과도 나왔다.
2013년 발표된 연구결과는 주목할 만하다. 2013년 스웨덴 카롤린스카 연구소 요나스 프리센(Jonas Frisen) 박사의 연구가 ‘셀(Cell)’에 실린 것으로, 해마의 신경세포 나이가 전부 제각각이라는 것이다. 20세기 가졌던 뇌세포에 관한 기존 이론은 이제 옛 것이 되어버렸다.
뇌가소성의 원리, 뇌를 바라보는 인식 변화가 먼저다
그렇다면, ‘뇌가소성’의 연구성과가 보여주는 놀라운 사실을 우리는 어떻게 활용해야 할까? 많은 사람들이 ‘나의 뇌를 어떻게 발달시킬 수 있나요?’라고 묻지만 질문을 바꾸어야 한다. ‘지금 나는 나의 뇌를 어떻게 생각하고 있나요?’라고.
혹시 심장이나 위처럼 무의식적으로 생물학적 기관으로 생각하고 있지는 않을까. 예를 들어, 문제가 생긴 다른 신체기관을 바꾸는 것과 뇌를 바꾸는 것은 완전히 다른 문제이다. 인체에서 유일하게 정신활동을 담당하는 생물학적 기관인 ‘뇌’를 바꾸면 사람이 바뀌는 문제가 일어나기 때문이다.
지구상에 존재하는 생명체 중 인간의 뇌만큼 복잡한 구조와 기능을 가진 존재는 없으며, 태어난 이후 이토록 많은 뇌의 변화를 가져오는 존재 역시 단연코 없다. 집중과 몰입, 과거와 미래를 넘나드는 상상, ‘나는 누구인가’로 대표되는 내면 탐색 또한 인간의 고등정신 능력이다.
두뇌계발은 뇌와 몸이 하나, 모두 연결되었다는 인식에서 출발한다. 일반 성인들이 뇌에 대해 갖는 가장 큰 오해는 첫째 뇌를 쭈글쭈글한 두개골로만 인식하는 것, 둘째 무의식적으로 뇌를 하나의 신체기관으로 여긴다는 점이다.
몸과 뇌 사이의 정보통로를 원활히 하는 것, 즉 신체운동을 하는 것은 몸을 좋게 하는 것이라기보다 두뇌기능을 발달시킨다는 표현이 더욱 정확하다. 뇌가 하는 일은 기본적으로 바깥에서 오는 정보를 알아차리는 것인데, 그 바깥의 대표적인 것이 ‘몸’이다. 몸에 변화를 주면 뇌가 깨어나는 것이다. 최근 학교현장에서 활용되고 있는 ‘뇌체조’는 뇌와 몸의 관계를 이해하고, 신체 조절 능력을 습관화하는 면에서 바람직하다고 볼 수 있다. ‘움직임(motion)’은 동물(動物, 움직이는 것)과 식물(植物, 심겨 있는 것)을 구분 짓는 대표적인 차이로, 청소년기 운동습관의 형성은 두뇌발달에 매우 중요한 요소이기 때문이다.
뇌가 싫어하는 것은 자극이 없는 것이다. 신경망에 변화를 가져다주지 않기 때문이다. 몸을 단련하는 운동에서부터 무언가를 배우고 학습하는 과정, 사람과의 유기적인 관계형성에까지 이 모든 것들이 새로운 신경망에 변화를 만들어낸다. 많은 경험이 중요한 것도 지식정보보다 체험정보가 새로운 시냅스 형성에 훨씬 유리하기 때문이다.
언제나 같은 눈으로 세상을 바라보진 않는지, 나의 가슴을 설레게 만드는 것이 어느 순간 사라지지는 않았는지 돌아보아야 한다. ‘뇌가소성’의 위대한 발견이 던지는 메시지이기 때문이다.
‘눈에 반짝거림이 없어지는 순간 뇌기능은 쇠퇴한다.’
장래혁 한국뇌과학연구원 수석연구원