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당신이 똑똑해지기 위해 알아야 할
뇌과학의 모든 것
세계적인 뇌-컴퓨터 인터페이스 전문가
닐스 비르바우머가 밝혀낸 뇌의 무한한 가능성!
《뇌는 탄력적이다》는 세계 최고의 뇌-컴퓨터 인터페이스 권위자인 닐스 비르바우머가 실제 임상실험을 하며 얻은 흥미롭고 공신력 있는 뇌과학 지식이 담긴 책이다.
지금까지 출간된 뇌과학 책은 기억력 향상을 위한 자기계발이나 뇌와 인간의 존재를 다루는 인문학 책이 주류였다. 이에 반해 《뇌는 탄력적이다》는 우리가 주체가 되어 뇌를 조절하여 원하는 효과를 얻는 방법을 소개한다. 천재들과 일반인 그리고 뇌질환자의 뇌에서 혈류량, 뇌파, 뇌 온도 데이터를 얻은 후 행동과 사고를 조절하여 인지능력과 자가 치유력을 인위적으로 향상시키는 방법을 찾아낸 것이다.
약물 치료로 뇌질환을 완벽히 치료한다거나 인간은 평생 뇌를 10%밖에 활용하지 못한다는 잘못된 뇌과학 상식이 퍼져 있다. 저자는 이를 실제 임상실험을 통해 거짓으로 밝혀내었다. 명상이나 뉴로피드백 치료를 통해 평소 뇌 활용도를 올리는 것을 비롯해 ADHD 아동이나 뇌졸중, 치매 환자의 증상도 예방하고 치료하는 데 성공했다. 특히 서번트 증후군(천재 증후군)을 인위적으로 발생시킨 임상실험은 저명한 과학잡지 〈네이처Nature〉에 실릴 정도로 큰 유명세를 탔다.
최신 뇌과학의 놀라운 사실이 담겨 있는 이 책은 출간 즉시 독일 베스트셀러가 되었으며 유럽의 공신력 있는 과학자와 과학매체 전문가들에게서 "흥미로운 임상 실험을 통해 뇌과학의 혁신을 이루는 데 성공했다"는 평과 함께 '오스트리아 2015 올해의 과학책'에 선정되었다.
흥미로운 뇌과학 실험들
1. 아우토반에서의 광란의 질주로 공포증 극복하기
보석상 홀스트는 교통사고에 관한 한, 세상에서 가장 불행한 사람이다. 그는 불과 몇 년 사이에 고속도로 교통사고를 다섯 번이나 당했고, 다섯 번째 사고를 당한 날 투신자살을 시도했다. 다행히 목숨을 건졌지만 그는 두 번 다시 운전대를 잡지 않으려 했다.
저자는 정신 치료와 항우울제, 아편제도 듣지 않는 홀스트를 대면 치료 방식으로 치료하기로 했다. 운전 공포증을 치료하기 위해 그를 자신의 차에 태운 후 아우토반에서 광란의 질주를 한 것이다. 저자는 무모한 추월을 계속하며 무법자처럼 달렸다. 홀스트는 조수석에서 대소변을 싸고 몇 번이고 구토를 했다. 저자는 이 과정을 서른 번 반복하면서 홀스트의 뇌에 ‘사고는 일어나지 않는다’는 메시지를 각인시켰다. 홀스트는 자동차를 타도 ‘안전하다’는 사실을 깨달았다.
홀스트는 다시 운전대를 잡을 수 있었고 치료는 성공했다. 남은 것은 중고차시장에서 상품 가치를 상실한 저자의 메르세데스 벤츠뿐이었다.
2. 흡연자의 뇌에 흐르는 도파민 폭포를 확인하다
흡연자라면 담배를 입에 물고 있는데도 빈 담배갑을 보며 급히 편의점을 달려가는 자신을 발견할 때가 있을 것이다. 이 행동은 언뜻 ‘이따 다시 사러 가기 귀찮으니까’라고 해명할 수 있지만, 사실은 전형적인 중변연 도파민 시스템의 작동에 따른 것이다.
중독의 근원은 ‘곧 기쁘고 즐거울 것이다’라는 예상에 있다. 자극을 받은 중변연 도파민 시스템은 어떤 행동을 하고 싶은 충동을 불러일으킨다. 이는 흡연자의 예에서 명확히 발견할 수 있다. 흡연자의 뇌는 흡연을 하기 직전에 도파민 수치가 최고조에 이른다. 만약 담배를 못 피울 경우에는 도파민 수치가 더 오른다. 담배를 입에 물고 불을 붙이면 오히려 도파민 수치가 떨어진다. 이것이 바로 담배를 입에 문 흡연자가 빈 담배갑을 보며 안절부절 못하는 이유다.
3. 런던 택시운전사들의 비대해진 뇌
런던 유니버시티 칼리지의 엘리노어 맥과이어와 캐서린 울레트 연구팀은 런던 택시운전사들의 해마가 다른 일반인에 비해 훨씬 비대하다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 런던 택시 운전면허를 취득하기 위해 4년간 교육 과정에 등록한 79명의 뇌를 MRI 스캔했다. 79명의 해마 크기는 거의 비슷했다. 4년이 흘러 교육과 자격 시험이 끝난 후 합격자 39명의 뇌와 불합격자 40명의 뇌를 대조해봤다.
(본문 50~51쪽)
성공적으로 교육 과정을 마친 참가자들만이 해마 크기가 뚜렷하게 증가했다. 이 밖에도 합격자들은 공간 방향 감각과 인지 능력을 측정하는 테스트에서도 훨씬 좋은 결과를 얻었다. 이는 그들의 뇌가 임의로 변화한 것이 아니라 기능 면에서 개선되었다는 사실을 뜻한다. 이 실험은 뇌의 가소성을 증명했다는 데 큰 의의가 있다.
세계 최초로 밝혀진 뇌과학 사실들
닐스 비르바우머 연구팀은 '뇌-컴퓨터 인터페이스' 기술을 이용한 임상실험에서 1/1000 초 단위의 사진 인식 실험이나 뇌의 충격파를 알파벳 문자로 바꾸는 실험을 진행했다. 저자는 뇌에 직접 전극을 연결하거나 기능성 자기공명 촬영(fMRI) 등 최신 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 활용함으로써 자신의 가설을 과학적 사실로 증명하기도 했다.
1. 한국인 김산정 연구원이 서번트 증후군(천재 증후군)을 인위적으로 발생시키다.
서번트 증후군이란 자폐증이나 지적장애를 가진 이들 가운데 일부가 경이로운 완전기억능력을 보이는 경우를 뜻한다. '자폐적 석학autistic savant'이라고도 불리며, 독자들에게는 영화 《레인맨》에서 더스티 호프맨이 이 증후군 환자를 연기한 것으로 유명하다.
닐스 비르바우머는 서번트 증후군을 인위적으로 일으키기 위한 열쇠를 뇌 영역의 혈류에서 찾았다. 연구팀은 건강한 일반인에게 뉴로피드백neurofeedback을 이용해 뇌 트레이닝을 실시했다. 영역의 혈류를 강화시켰고 뉴런 시스템도 더욱 활성화되어 인식 능력이 개선되었다. 이 실험은 놀랍게도 저자와 같은 연구팀인 한국인 뇌과학자 김산정 연구원이 주도했다.
(본문 278쪽)
실험은 뉴로피드백으로 뇌 영역의 혈류를 강화한 피험자는 순간적으로 나타났다 사라지는 사진의 얼굴 표정을 기억하는 방식으로 진행되었다. 결과는 놀라웠다. 평소에는 절대 인식하지 못했던 0.015초~0.03초 사이의 얼굴 표정을 파악하게 되었다. 0.015초~0.03초는 전의식의 영역으로서 볼 수는 있지만 뇌에 ‘저장’할 수 있는 시간보다 짧은 시간이었다.
이 실험의 의의는 정보를 여과하지 않고 그대로 받아들여 저장하는 서번트 증후군 환자처럼, 피험자들도 세계 최초로 무의식의 영역에 들어온 정보를 의식의 영역에 저장하는 것이 가능했던 것이다.
2. 세계 최초로 감금증후군 환자와 직접 의사소통을 하다.
한스 페터(hans peter)는 눈조차 깜빡이지 못하는 감금증후군(전신 마비) 환자다. 닐스 비르바우머 의료팀은 피터 한스 페터와 뇌-컴퓨터 인터페이스로 직접 의사소통하는 데 성공했다. 이는 세계 최초로 뇌와 인간이 직접 대화를 한 사례다.
한스 페터의 눈은 정상이었기 때문에 모니터에 표시되는 알파벳을 보고 뇌 전위를 느리게 하여 특정 문자를 선택하는 방식으로 또한 전신마비 환자들은 스포츠에 대한 관심이 사라진다는 예상을 깨고 한스 페터는 축구와 스키 중계 프로그램을 매우 즐겨 시청했다. 한스 페터는 뇌-컴퓨터 인터페이스를 자유자재로 활용했으며 저자에게 ‘파티 초대 편지’까지 보냈다. 한스 페터는 파티를 주관했으며 저자는 깔때기가 장착된 장치을 통해 그의 내장으로 이어진 관에 와인 한 잔을 채워주었다. 한스 페터는 8년 동안 생존했으며 의료진은 때때로 그의 얼굴에서 행복한 표정을 발견하곤 했다고 한다.
(본문 91쪽)
3. 컴퓨터 게임 같은 프로그램으로 ADHD를 치료하다.
여덟 살의 막시밀리안은 지능이 높지만 주의력 테스트에서 낙제를 받았다. 막시밀리안의 부모는 성장장애 부작용이 있는 리탈린을 먹이는 대신 뉴로피드백 치료를 택했다.
막시밀리안이 두피에 전극을 꼽고 하는 일은 단 한 가지다. ‘로켓을 높게 쏘아 올리는 것’뿐이다. 조종법은 따로 있는 게 아니다. 전두엽에서 느린 뇌 전위를 높이면 되는 것이었다. 이는 말이나 문자로 설명할 수 있는 것이 아니다. 생각하거나, 뭔가를 느끼면 되는 것이다. 로켓을 하늘 높이 쏘아 올리는 것에 성공하면 축하하는 음악이 울리고, 이것을 10번 반복하면 부모는 아이에게 장난감을 선물했다. 막시밀리안의 뇌가 보상을 받은 것이다.
(본문 257쪽)
아이들은 자신의 뇌를 조절하는 법을 성인보다 빨리 배운다. 연구팀은 이에 더해 근적외분광분석법NIRS near infrared spectroscopy으로 ADHD 환자 치료에 큰 성과를 거뒀다. NIRS를 통해 뇌 혈류를 발생시키는 법을 배운 아이들은 상황 인식 능력이 개선되고, 이에 따라 폭력성과 과잉행동도 줄어들었다. 뉴로피드백은 부작용이 큰 리탈린(ADHD 치료제)의 훌륭한 대안으로 떠올랐다. 성장장애를 걱정할 필요가 없으며, 뇌의 주도권을 약이 아니라 아이 자신이 쥐고 있기 때문에 장기적인 치료를 받지 않아도 되었다. 실제로 뉴로피드백으로 치료를 받은 ADHD 환자들은 2년 후에도 대부분 양호한 집중력을 보였다.
