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당신이 보고 있는, 겪고 있는 세상은 진짜 세상일까요? 우리가 보고 느끼고 있는 것이 진짜인지 아닌지는 수많은 철학자와 예술가들에게 영감을 제공했습니다. 그렇게 완성된 예술작품과 사진들이 대중에게 공개될 때마다 사람들은 작품에 환호했고, 신기함을 느꼈으며, 때론 호기심을 불러일으키기도 했습니다.

출처:http://channel.nationalgeographic.com/channel/brain-games/watch-this-pictures/#/brain-games-optical-illusion_38884_600x450.jpg


사진을 잘 바라봅시다. 어떠세요? 사진 중앙의 두 사각형의 색 중 확실히 위에 있는 사각형의 색이 어둡다고 느껴지지 않으신가요? 그렇다면 이번엔 지평선을 가리고 사진을 봅시다. 차이가 느껴지시나요? 지평선을 가리고 보면 위의 사각형과 아래 땅 부근의 사각형의 색이 똑같다는 것을 확인할 수 있습니다.

두 번째 사진으로 넘어가봅시다. 여기서 퀴즈! 가운데 주황색 원 보이시죠? 어떤 원의 크기가 더 커보이나요?
정답은, 두 원의 크기는 같다! 입니다. 19세기말 심리학자 에빙하우스(Hermann Ebbinghaus)가 발견한 이 착시효과는 실제로는 같은 크기인 가운데 두 원의 크기가 주변의 크기로 인해 마치 차이가 있는 것처럼 보이는 것을 말합니다.

출처 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Mond-vergleich.svg


그렇다면 왜 이렇게 똑같은 색깔, 크기, 혹은 거리인데도 우리가 느끼기엔 다르게 인식되는 걸까요? 그 비밀의 열쇠는 바로 우리 뇌에 있습니다. 눈에서 받아들여지는 빛의 정보는 그대로 뇌로 전달될 뿐 아무런 인식을 하지 않습니다. 우리 머리속의 뉴런(뉴런 : 신경계의 단위로 자극과 흥분을 전달한다)은 새로운 사진을 새로운 것으로 인식하는 것이 아니라 기존에 가지고 있던 기억들, 또 눈에 받아들여진 것들의 ‘상대적인’ 정보를 통해 인식하는데 더 관심이 많습니다.

이 때문에 뇌에서 인식하는 더 중요한 정보는 어떤 색이나 크기의 절대값이 아니라 그것이 존재하는 주변과의 비교, 대조를 통한 인식이 더 결정적으로 작용하게 됩니다. 거기에 이미 가지고 있던 머릿속 기억과 합쳐져 우리의 ‘인식’을 만들어 내는 것입니다. 그렇기에 그 ‘인식’은 객관적이고 사실적이기 보다는 상대적이고, 주관적인 형태로 자리하게 됩니다.

아래 이미지를 살펴보세요. 실제로는 단순한 연기지만 그 사진 속에서 우리 뇌는 가장 익숙한 기억을 꺼내게 되고, 그 기억을 거쳐 새로운 ‘인식’을 만들어냅니다. 이미지 내의 연기 속 사람얼굴이 보이시나요? 귀신을 보았다고 소문이 퍼지거나 경험했다고 하는 데에는 이러한 뇌의 ‘익숙한 기억’을 꺼내는 작용이 가장 결정적인 작용을 합니다.

출처:@Chris Murphy / http://www.metro.co.uk/weird/841852-is-this-the-devil-in-a-fire-or-disco-stu-from-the-simpsons

2011년 런던대학에서 수행된 연구 결과, 대뇌에서 시각정보를 처리하는 시각피질의 크기가 클수록, 즉 시각처리에 대한 뇌의 활동이 더욱 발달될수록 착시에 의한 효과가 작게 나타난다는 것이 밝혀졌습니다. 이 결과로 생각해보자면 사람이 다양한 것을 많이 보고 느끼고, 겪을수록 세상을 조금이나마 더 객관적으로 보게 될 수 있다는 의미로 생각할 수 있지 않을까요?

출처: http://www.nature.com/neuro/journal/v14/n1/full/nn.2706.html#/f1

(세 명의 대조군, 오른쪽으로 갈수록 위에서 본 에빙하우스 착시를 더 확실하게 느꼈는데 이때 fMRI를 통한 시각피질의 크기를 비교한 결과 크기가 훨씬 작다는 것을 확인했다.)

사실 뇌가 정확히 정보를 받아들여 어떻게 처리하는지에 대해서는 아직 알려진 바가 거의 없습니다. 현재는 fMRI(funtional MRI)를 통해 활동의 정도를 비교하는 정도죠. 그렇기 때문에 이런 뇌의 작용은 하나씩 알아갈수록 신비함을 더하는 것 같습니다. 앞으로 계속해서 뇌 속에 숨겨진 비밀들을 풀어나간다면 우리가 인간의 신비를 풀게 되는 날도 그리 멀지는 않을 것입니다.

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 김 일 환

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

         당신은 지금 무슨 생각을 하고 있으신가요? 


Facebook 화면

‘지금 무슨 생각을 하고 계신가요?’, 이것은 최근 들어 빠른 속도로 확산되고 있는 SNS인 Facebook에 접속 했을 때 가장 먼저 우리 눈에 들어오는 문구입니다. 이 짧은 한 마디를 통해서 우리는 타인의 생각을 알고 싶어 하는 인간의 본능을 다시 한 번 확인할 수 있습니다. 심리학이나 독심술, 거짓말 탐지기 등은 이러한 우리의 본능을 그대로 반영하고 있습니다.
 
상대의 생각에 대한 관심은 그것의 정수인 ‘뇌’로 고스란히 옮겨왔습니다. 특히 근래에 도입된 혁신적인 사진영상 기술은 ‘생각’과 ‘뇌’의 관계를 더욱 면밀히 해석할 수 있도록 해주었고, 이로서 두뇌연구는 혁명적인 전기를 마련하게 되었습니다. 이 사진 영상 기술은 사람의 뇌를 의식이 깨어 있는 상태에서 관찰할 수 있었기 때문에 뇌 연구자들을 단숨에 사로잡았습니다. 마침내 신경과학자들은 살아 있는 인간의 뇌를 직접 조사할 수 있게 되었고, 논쟁의 여지가 많은 동물 실험도 효과적으로 줄일 수 있었습니다. 

엑스레이(@Rev. Xanatos Satanicos Bombasticos (ClintJCL))

최신 기능 영상 기술인 fMRI와 PET는 우리의 뇌가 에너지를 무척 많이 소모한다는 ‘사실’을 이용합니다. 인간의 뇌는 몸 전체에서 작은 부분을 차지하지만 다른 어떤 기관보다도 더 높은 비율로 연료(산소와 포도당의 형태)를 소비합니다. 산소와 포도당은 수많은 혈관에 의해 뇌에서 왕성하게 활동하는 부위로 운반되는데, 이처럼 더 왕성하게 활동하는 부위일수록 연료의 소모량도 더 많아지며, 그곳으로 유입되는 혈류량도 많아집니다.

fMRI와 PET는 뇌의 어떤 부위가 특별히 활성화될 때 일어나는 혈류의 변화를 측정하기 때문에 모두 간접적인 방식입니다. 하지만 그럼에도 불구하고 각광을 받는 이유는 이것이 뇌의 특정 부위와 기능 사이의 관계를 실시간으로 관찰할 수 있는 유일한 방법이기 때문입니다.

뇌신호(@University of Maryland Press Releases)

PET(Positron Emission Tomography, 양전자 단층촬영법)뇌의 각 부분이 산소나 포도당을 얼마나 소비하는 지를 측정합니다. 피험자에게 의사는 방사능 표지가 붙은 산소나 포도당을 주사한 후, 방사능을 탐지할 수 있는 고리 모양의 감지기로 구성된 스캐너가 피험자의 머리를 에워싸게 됩니다. 감지기들이 방사능을 내뿜은 산소나 포도당이 뇌의 어떤 부위에 있는지를 탐지하면 이것이 컴퓨터 화면에 이미지로 구현되고, 가장 활동적인 영역의 색깔이 밝게 빛나게 됩니다. PET는 fMRI에 비해서 더 높은 시간 해상도를 보이지만 공간 해상도는 지극히 낮은 편이며, 미량이지만 방사능에 노출되어야한다는 침습성의 단점을 가지고 있습니다.

fMRI(functional Magnetic Resonance Imaging, 기능적 자기 공명 영상법)헤모글로빈이 방출하는 미세한 전기신호를 검출함으로써 산소의 농도를 측정합니다. 즉, 뇌의 어느 부위가 가장 신속하게 에너지를 사용하는가를 측정할 수 있는 기술로, PET에 비해서 높은 공간 해상도를 보이지만 시간해상도는 낮은 편입니다. 하지만 최근에는 7t 수준의 장비가 개발되어 뇌혈관을 손금 보듯이 관찰할 수 있게 되었으며, PET와의 융합도 이루어지고 있어 시간 해상도에서 나타나는 단점을 어느 정도 보완할 수 있을 것으로 보입니다.

fMRI(@Mr Gourmand)

사실 현재 과학 기술로 아바타 수준의 뇌파인식을 구현하는 것은 불가능합니다. 뿐만 아니라, ‘뇌과학의 함정’에서 저자가 말하듯 뇌영상 기법이 보여주는 단순한 상관관계로 뇌에서 어떤 일이 일어나는 지를 설명할 수 없다는 회의적인 입장이 많습니다. 하지만 SF영화의 한 장면은 미래 과학기술의 거울이며, 아직 불확실하고 밝혀지지 않은 부분이 많다는 것은 동시에 그 가능성이 무궁무진하다는 의미라고 생각합니다.

뇌과학은 영상기술의 등장과 함께 이전과는 비교할 수 없는 속도로 발전을 거듭하고 있습니다. 이미 뇌파를 통해서 문자를 입력하는 시스템이 개발되어있고, 일반 컴퓨터의 입력 수단으로 뇌파를 이용하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 또한 뇌가 마지막 남은 미개척 분야로 여겨지면서 수많은 연구 인력과 자본이 투입되고 있습니다. 이러한 뇌과학 연구의 긍정적인 면은 우리의 상상력을 자극하기에 부족함이 없습니다.

20년 후, 대중들이 생각만으로 TV의 채널을 돌리고 휴대폰 문자 메시지를 작성하는 등 영화 속의 ‘터무니없음’이 현실이 되는 날을 기대해보며 이번 기사를 마무리 하겠습니다.

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 하 상 윤
이미지 | 플리커(www.flickr.com)

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