생물학의 궁극적 목표는
의식(Consciousness)의 생물학적 근거와 우리가 느끼고, 행동하고, 배우고, 기억하는
뇌의 작동과정을 이해하는 것이다.
우리가 마음이라고 일상적으로 부르는 것은 뇌에 의해 수행되어지는 작동들의 세트이다.
뇌과정은 걷거나 먹기와 같은 단순한 행동 뿐만 아니라 사고하기, 말하기, 창작하기 등과 같은 복잡한 인지적 행위와 행동에도 깔려 있다. 그 결과 정서(감정) 장애, 인지(사고작용)장애와 같은 정신병(psychiatric illness)과 같은 모든 행동장애들도 뇌 기능 이상에서 비롯된다. 그렇다면, '뇌에 존재하는 수십억 개의 개별 신경세포들은 어떻게 인지적 상태와 행동을 만들어 내며, 사회경험을 포함하는 환경에 의해 이 세포들은 어떤 영향을 받을까?'
이러한 질문에 대답하기 위해 인지행동 중 가장 인간적인 특성인 '언어(Language)' 행동을 인간에게서 가장 고도로 발달된 '대뇌피질'에 중심으로 한 연구를 소개한다.
질문에 대한 대답에 앞서, 뇌는 기능적 영역을 소개한다.
중추신경계는 좌우대칭이며, 척수와 뇌라는 두가지 주요부위로 구성되며, 뇌는 7개의 주요 구조를 갖는다.
우리의 뇌에서 인지능력을 담당하는 작업은 주로 대뇌 양반구를 덮고 있는 주름진 회질인 대뇌피질에서 일어난다.
각 반구에서 피질은 전두엽, 두정엽, 후두엽, 측두엽으로 나뉘며, 그 명명은 각 부위를 덮고 잇는 두개골의 부위에서 따온 것이다.
각 엽은 몇가지 특징정인 깊은 주름을 갖고 있는데. 주름은 제한된 공간에 더 많은 신경세포를 집어넣기 위한 진화적 결과물이다. 튀어나온 능선부분은 회(이랑,gyri)라 하고, 골이 파인 주름은 구(고랑, sulci) 또는 열(fissures)라 한다.
현저한 특징을 보이는 회랑 구는 사람 간에 비슷하게 나타나서 특정한 이름을 부여받았는데, 일례로 중심구(central sulcus)는 운동기능에 관여하는 중심전회(precentral gyrus)와 감각기능을 담당하는 중심후회 (postcentral gyrus)를 구분 지어준다. 4개의 엽은 특수한 기능을 담당한다.
전두엽(Frontal lobe): 단기기억, 미래행동계획, 운동조절
두정엽(Parietal lobe): 체성강각, 신체영상형성, 신체와 신체 외부공간 간의 관계설정
후두엽(Occipital lobe): 시각
측두엽(Temporal lobe): 청각, 뇌심부 구조인 해마와 편도핵을 통한 학습, 정서 기능, 기억
그럼, 다시 인지기능의 국소화에 대한 첫 증거를 제공한 언어장애 연구에 대해 알아보자.
언어장애(language disorder) 연구 중 대표적인 연구는 실어증(aphasia)연구이다.
실어증은 대뇌반구(cerebral hemisphere)의 일부에 공급하는 혈류가 막히거나 파괴되어 발생하는 뇌졸중으로 인해 뇌 조직의 특정 부위가 손상되었을 때 주로 나타나는 언어장애이다.
언어와 발견된 뇌의 특정 영역을 발견한 것은 프랑스 신경학자 Pierre Paul Broca로, 신경심리학의 창시자이기도 하다. 1861년 그는 뇌졸중으로 말을 못하게 된 환자가 언어 발성과 관계된 혀, 구강, 성대구조에는 아무런 운동장애가 없고, 언어를 이해하였지만, 문법적으로 맞는 문장을 말하거나 또는 만들거나 글로써 자기 생각을 표현하지 못한다는 것을 관찰하였다. 그 환자가 사망한 뒤 부검을 통해 지금은 브로카영역으로 지칭되는 전두엽의 뒷부분에 손상된 영역을 찾았고, 그 후 8명의 유사한 환자에게서 같은 부위의 손상이 있음을 발견하였다.
A 그림은 대뇌피질의 4개 엽 그림으로, 피질의 운동영역과 감각영역이 중심구(central sulcus)에 의해 분리되어 있다.
B 그림은 언어에 관여하는 영역들로 베르니케영역은 언어에 대한 청각 입력을 처리하고 말을 이해하는데 중요한 영역이다. 이 영역은 일차청각피질과 청각 입력을 다른 감각 정보와 결합하는 각회(angular gyrus) 가까이 놓여있다.
브로카영역은 이해할 수 있는 말을 만드는데 관여한다. 이 영역은 단어를 형성하기 위해 구강과 혀의 동작을 조절하는 운동영역 가까이 놓여있다. 베르니케 영역과 브로카 영역은 서로 양방향으로 연결되어 소통하며 이 연결의 일부는 궁상섬유속(arcuate fasciculus)에 의해 만들어진다.
Broca의 연구를 통해 피질의 특정한 영역들이 또 다른 특정한 행동과 관련되고 있는지 많은 연구들이 시작되었고, 많은 성과를 거둘 수 있었다. 다음 포스팅에서는 그 성과들을 소개하고자 한다.
* 참고자료
Kandel, 신경과학의 원리 개정 5판
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