똑똑한 뇌 - 탁월한 기억력은 어떻게 만들어 지는가
기억력을 적절하게 유지하려면 생물학적으로 다음 세 가지 측면에 주의해야 한다.
인간의 뇌가 태어나서 어떻게 변하는지 알면, 왜 우리가 버리고 버려 핵심을 남겨야 하는지 보다 쉽게 깨달을 수 있다. 컨설턴트이자 저술가인 마커스 버킹엄은 '뇌는 거꾸로 성장하는 것처럼 보이는 불가사의한 기관'이라고 말한다. 뇌는 처음엔 매우 빠른 속도로 성장하다 어느 순간에 이르면 성인이 될 때까지 계속 줄어들기 때문이다. 그러데 이상한 점은 그 크기가 작아질수록 뇌는 점점 더 영리해진다는 사실이다. 이러한 뇌의 비밀은 시냅스에 숨겨져 있다고 버킹엄은 설명한다.
시냅스란 뇌세포(뉴런)들이 의사소통을 하기 위해 연결된 부분을 말한다.
세 살이 될 무렵 1000억 개의 뉴런은 각각 1만 5000개의 연결을 만든다. 하지만 그때 갑자기 이상한 일이 벌어진다. 자연이 실타래처럼 엮인 그 시냅스들을 끊어버리는 것이다. 그래서 세 살부터 열다섯 살까지 엮었던 수십억 개의 시냅스를 잃어버린다. 왜 자연은 시냅스를 끊는 것일까? 남아 있는 시냅스들을 더 활발하게 이용할 수 있도록 하기 위해서라고 한다.
시냅스(synapse)란 한 뉴런의 축삭돌기 말단과 다음 뉴런의 수상돌기 사이의 연접 부위이다. 신경섬유의 말단은 가지가 나누어지고 그 끝은 주머니 모양으로 부풀어 다른 뉴런의 세포체 또는 수상돌기와 접촉하여 시냅스를 만든다. 신경세포의 원형질은 시냅스 부분에서 연락되지 않고, 막에 의하여 떨어져 있다. 뉴런의 흥분이 시냅스를 거쳐 다른 신경세포에 전해지는 것을 흥분의 전달이라고 하며, 동일 뉴런 안에서 일어나는 흥분의 전도와 구별된다.
시냅스는 뉴런이 모여 있는 곳, 즉 뇌 · 척수의 회백질 · 신경절 등에 집중되어 있다. 실제로는 1가닥의 신경섬유는 많은 가지로 나뉘어 많은 뉴런과 시냅스를 만들고, 또 하나의 세포체에는 많은 신경섬유로부터의 분지가 시냅스를 만들어 접촉되어 있다. 예를 들어 척수의 운동신경세포(운동뉴런)에서는 세포체 및 그 수상돌기 표면의 절반가량이 신경섬유 말단으로 덮여 있다. 계에 있어서 중추신경계에 의존하지 않는 독립적인 작용을 가능하게 한다. 집합하고 있는 신경 세포 성질의 차이에 따라 자율 신경절(autonomic ganglion)과 감각 신경절로 나누어진다.
만성 두통이 있는 환자가 두통약을 장기간 복용하면 중뇌의 회백질이 줄어든다. 중뇌의 해백질이 줄어들면 다양한 기능이 떨어지겠지만 해독 기능이 떨어지면서 파킨슨병이나 기타 뇌기능 저하가 나타난다.
* 회백질(gray matter, 灰白質)-척추동물의 중추신경(뇌와 척수)에서 신경세포가 모여 있는 곳으로 중추신경의 조직을 육안으로 관찰했을 때 회백색을 띠는 부분이다. 회백질은 주로 신경세포와 그 수상돌기 ·무수신경돌기 등이 차지한다.
* 신경절(Ganglion , 神經節) - 말초신경계의 구성 요소로서 신경 세포체의 집합을 일컫는다. 신경을 통하는 정보들은 신경절에서 통합되며, 이러한 신경절의 정보 통합 기능은 자율 신경
플라나리아와 같은 편형동물에는 양쪽에 신경색(neural cord)이 있어서 머리에 있는 1쌍의 신경절과 충격을 교환한다. 지렁이와 절지동물처럼 더 고등한 생물군에는 머리의 등쪽에 1쌍의 커다란 신경절이 있을 뿐 아니라 몸에도 일정 간격을 두고 쌍으로 된 신경절이 있어서 각 체절의 움직임을 조절한다.
머리의 등쪽 신경절은 뇌로 여겨지는데, 반응을 일으키기보다는 억제하는 작용을 한다. 척추동물에서는 신경절이 중추신경계 외부에 있는 신경체의 집합을 의미하는데, 척수신경절은 척수신경 뿌리에서 척수를 따라 위치하고 있는 이 같은 신경체 집합을 말한다. 배근신경절에는 신경충격을 중추신경계로 보내는 구심성 신경섬유의 세포체가 있으며 복근신경절에는 원심성 운동 뉴런(신경세포)이 있다.
뇌 회백질 부위 위축에 관해서 더 알아보자 자려고 잠자리에 누워 15~20분 안에 잠이 들고, 아침에 상쾌하게 일어난 뒤 하루 종일 졸리지 않아야 좋은 잠을 잤다고 할 수 있다. 반면에 불면증에 걸리면 수면의 양이나 질에 문제가 생긴다. 잠드는 데 30분 이상 걸리거나, 하룻밤에 자다 깨다 하는 일이 다섯 번 이상이거나, 이른 새벽에 잠에서 깨어 다시 잠을 이루지 못하는 횟수가 일주일에 2~3회 이상이거나, 깊은 수면에 이르지 못해 자도 잔 것 같지 않다면 병적인 불면증이 있다고 할 수 있다. 불면증이 지속되면 정신적, 신체적 질환에 취약할 수 있다. 동물을 대상으로 잠을 자지 못하게 하는 실험을 한 결과, 쇠약, 음식 섭취 이상, 체중 감소, 체온 저하, 피부 장애 등이 나타났다. 심지어 사망에 이른 경우도 있었다. 이와 관련해 만성적인 불면증을 가진 사람은 대뇌피질의 부피가 줄어든다는 연구결과도 있다. 피질은 대상인식, 공간처리, 주의 집중 같은 역할을 담당하는 곳으로 사람이 우울증이나 외상 후 스트레스장애(PTSD) 같이 만성적이고 심각한 스트레스 상황에 노출됐을 때 민감하게 영향을 받는다. 네덜란드 암스테르담 자유대학교(VU) 의과대학 연구팀은 특수 장치인 3D에 기반 한 계측기기를 사용해 정신적으로는 건강하지만 만성 불면증이 있는 사람과 잠을 잘 자는 사람의 뇌를 비교 분석했다. 그 결과, 불면증 환자는 좌측 안와전두엽 피질에서 신경세포가 모여 있는 회백질의 부피가 더 작았다. 밤에 심하게 뒤척거릴수록, 심할수록 회백질의 밀도가 낮게 나타났다. 좌측 안와전두엽 피질은 인지 및 사회적 행동 등을 지시하는 역할을 한다. 연구팀의 엘레마리제 알테나 교수는 “잠을 편안하게 충분하게 자면 뇌 회백질의 기능이 활성화 된다”며 “앞으로 불면증의 아류 형에 대한 정의와 원인에 대한 더 많은 연구가 필요하다”고 말했다. 이런 내용은 미국 과학 전문지 사이언스데일리 등에 실렸다.
아동학대는 뇌 회백질 비정상성과 연관된다.
과학자들은 어린시절 학대와 정보처리를 담당하는 뇌 회백질의 크기 사이의 연관성을 분석했다. 이 연구결과는 어린시절의 학대 이후에 다양한 뇌의 부분의 발달에서 손실을 일으킨다. 세계보건기구 (WHO)에 의하면 어린이 학대는 물리적이고 감정적인 폭력으로 성적 학대, 방치 또는 상업적이고 다른 착취를 포함하며 책임이나 신뢰 또는 권력과의 관계 맥락에서 어린이의 건강과 생존 또는 발달 및 품위에 잠재적이거나 실재적인 손실을 일으킨다. 이번 국제연구는 아동학대와 뇌 회백질 크기의 상관관계를 분석했다. 이번 연구결과는 학대 이후에 뒤에 발달되는 다양한 뇌 부분에서 결손현상을 확인했다.
지금까지 구조적 신경이미지 연구결과는 내용에 부합하지 않았다. 학술지 <American Journal of Psychiatry>지에 실린 이번 연구결과는 영국 런던 킹스 컬리지 (King’s College)와 FIDMAG의 연구자들이 수행했다. FIDMAG와 영국 센터의 연구자인 요하킴 라두아 (Joaquim Radua)는 “아동학대는 심리학적이고 신경생물학적인 변화를 일으키는 심한 스트레스요인이 되며 뇌구조의 변화를 일으키게 된다”고 말했다. 회백질 용적의 가장 활성화된 비정상성을 이해하기 위해서 국립싱가포르 대학을 포함한 연구팀은 아동학대에 대한 형태측정학 연구에 근거한 3차원 화소 메타분석을 수행했다. VBM (voxel based morphometric study)은 신경이미지 분석기술로서 뇌 해부학적인 표적 차이에 대한 조사는 두 개 그룹의 사람들에 대한 MRI를 비교했다. 이 연구는 아동학대를 경험한 331명 (56명의 아동 또는 청소년 그리고 275명의 성인)으로 이루어진 12개의 다른 데이터 그룹을 포함하고 있다. 또한 아동학대에 노출되지 않았던 362명 (56명 어린이 또는 청소년 그리고 306명의 성인)을 포함하고 있다.
아동학대를 경험한 회백질 용적과 연관된 뇌부분에 대한 조사를 위해서 3차원 메타 분석 신경이미지 방법은 라두아에 의해서 개발된 `signed differential mapping`이라 불리는 방법이다. 비정상성은 약물과 관련이 없었다. 비교주체와 상대적으로 아동학대에 노출된 개인들은 상당히 작은 회백질 용적을 보여주고 있다: 안와전두피질/상측두구의 오른쪽에서 측두회 (temporal gyrus)는 편도체, 뇌도 (insula), 그리고 해마옆이랑 (parahippocampal)으로 확장되어 있으며 중측두회 (middle temporal gyri)와 하전두회와 중심후회 (inferior frontal and postcentral gyri)의 왼쪽까지 영역이다. 라두아에 의하면 “오른쪽 안와전두 측두 대뇌변연계와 왼쪽 하전두회 지점의 부족현상은 약물처리되지 않은 참여자들의 하위그룹 분석에서 나타났으며 이러한 비정상성은 약물이 아니라 학대로 인한 것이다”고 말했다. 반면에 스페인의 전문가들은 왼쪽 중심후회의 비정상성은 오래된 학대를 받은 개인에게서 발견된다. 이러한 발견을 통해서 가장 일관된 회백질 비정상성은 아동학대에 노출된 사람에게 나타나며 전전두 및 변연계 피질 부분에서 나타난다는 점을 보여주었다. 이러한 부분은 상대적으로 늦게 발달된다. 즉, 학대 히우와 기능이상은 아동학대를 경험한 사람에게서 인지 부족을 설명할 수 있다. 이번 발견은 뇌 발달에서 어린이 환경의 문제가 갖는 심각한 결과를 보여주고 있다.
* 뇌 인간의 뇌에는 1,000억 개의 뇌세포가 있고 각 세포는 1초당 100개의 메시지를 전달받는다. 이 문장을 읽는데 걸리는 시간에 뇌세포는 인터넷 망 컴퓨터 서버보다 많은 과정을 수행하는 것이다.
정보를 전달하는 신경세포는 다른 신경세포와 빗자루 같은 것으로 연결되는데, 이때 빗자루의 손잡이 부분은 정보를 전달하는 케이블 역할을 한다. 이런 신경세포는 소년들의 재잘거림처럼 빠르게 정보를 교환한다.
해마는 뇌의 깊은 곳에 위치한 기억의 주된 장소이다. 이런 해마는 기억이 저장되기 전에 정보를 가공하는 역할을 하며 특히 관심이 있고 각성상태에 있을 때 가장 잘 기능한다. 이것은 커피가 기억에 도움을 주는 원리를 설명해준다. 커피는 내 몸의 각성상태를 향상시켜 기억하는 좋은 조건을 만들고 장기 기억 속에 저장할 가능성을 높여준다. 그밖에 기억과 관련된 뇌의 또 다른 부분은 전두엽과 소뇌이며, 소뇌는 신체의 균형을 잡아주는 역할도 한다.
노화가 진행되면 뇌의 연결망에 어떤 일이 일어날까?
베타아밀로이드 PET/CT(플로르베타벤 PET/CT) 치매(Dementia)는 이전에 비해 기억력을 포함한 인지기능의 감퇴가 진행되어 일상생활에 지장을 주는 상태를 말한다. 치매 중 알츠하이머병(Alzheimer’s disease)이 전체 치매 유병률의 60 ~ 70% 정도를 차지하고, 그 외에 혈관성 치매(Vascular dementia), 루이체치매 (Dementia with Lewy body), 전측두엽치매(Frontotemporal dementia) 등이 있다. 갑상선 기능 저하나 우울증에 의한 인지장애 증상도 치매로 오인될 수 있으며, 완치가 가능한 정상뇌압수두증(normal pressure hydrocephalus), 뇌수막염(meningoencephalitis), 뇌종양 등도 치매 증상을 일으킬 수 있어 이들 질환에 대한 감별진단이 필요하다.
현재 세계적으로 약 3천6백만 명의 치매 환자가 있는 것으로 추정되고 있는데, 이중 약 2천8백만 명은 진단을 받지 않고 있다. 또한, 치매 환자의 증가율이 매우 높아 매 20년마다 2배에 달한다고 보고되고 있는데 2050년에는 전 세계적으로 약 1억 천 5백만 명이 치매로 고통 받을 것으로 예상된다. 우리나라는 급격한 고령화가 진행되고 있는 국가로 분류되며, 20년마다 치매 환자 수가 2배 가량 증가할 것으로 예측되고 있다. 국내 치매 유병률 조사에 의하면 2012년에 우리나라 고령 인구 중 치매 유병률은 9.18%이며 그 환자 수는 540,000명으로 추정된다. 2025년에는 처음으로 100만 명을 넘고, 2030년에는 127만명, 2050년에는 271만명의 치매환자가 국내에 거주할 것으로 전망된다. <다음 호에 계속 됩니다>
힐링코칭상담연구소장
시인/본지 논설주간 정관웅
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