뇌는 어떻게 ‘사회적 거리 두기’를 유지하나?

“타인의 입장에서 보는 보편적인 시그니처 생성”

코로나19 확진 사례가 증가하면서 그 어느 때보다 신체적으로 서로 거리를 두는 일이 중요해졌다. 그런데 우리 뇌는 어떻게 거리를 두거나 가야 할 적당한 장소들을 찾고, 우리와 같은 장소에 있는 사람들을 계속 모니터링할 수 있을까?

실제로 우리가 일상 활동을 하려면 같은 장소에 있는 다른 사람들의 움직임을 끊임없이 탐색해야 한다. 공항에서 줄이 짧은 보안검색 라인을 찾거나 혼잡한 주차장에서 차를 댈 공간을 찾는 일, 댄스 플로어에서 누군가와 부딪히지 않도록 주의하면서 춤을 추는 일들이 그런 예에 속한다.

미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 연구팀은 과학 저널 ‘네이처(Nature)’ 23일 자에 발표한 연구에서 우리 두뇌는 다른 사람들이 자신과 관련해 어느 위치에 있는가를 표시하는 공통 코드를 생성하는 것으로 보인다고 밝혔다.

논문 시니어 저자인 UCLA의대 난시아 수사나(Nanthia Suthana) 신경외과 석좌교수는 “물리적 공간을 탐색할 때 뇌가 반응하는 방식을 연구한 결과, 우리 뇌는 다른 사람의 입장에서 볼 수 있는 보편적인 시그니처를 생성한다는 사실을 알아냈다”고 말했다.

환자의 뇌파를 무선으로 기록할 수 있는 장치. 이 장치 개발로 환자가 뇌 스캐너에 눕는 등의 제한적인 문제를 극복하게 됐다. © UCLA

무선으로 뇌파 받는 컴퓨터 배낭 개발

수사나 교수팀은 발작을 조절하기 위해 조기에 뇌에 전극을 심은 간질 환자들에 대한 관찰을 통해 이번 연구를 수행했다. 환자 뇌의 전극들은, 기억과 연결되고 GPS 장치처럼 운항을 조절하는 것으로 추정되는 내측 측두엽에 위치했다.

논문 제1저자인 마티아스 스탱글(Matthias Stangl) 박사과정 연구원은 “이전 연구에 따르면 내측 측두엽 뉴런에 의해 발생하는 저주파 뇌파는 쥐 같은 설치류들이 새로운 장소를 탐색해 나갈 때 현재 위치를 파악하는 데 도움을 주는 것으로 나타났다”고 설명했다.

그는 “우리는 인간에 대해 이 아이디어를 조사하고 조사대상자들이 주변 다른 사람들도 모니터링하는지를 시험하고 싶었으나 기존 기술의 한계로 어려움을 겪었다”고 덧붙였다.

수사나 교수팀은 미국 국립보건원의 뇌연구소로부터 330만 달러의 연구비를 지원받아 뇌에 심어놓은 전극에 무선으로 연결되는 컴퓨터 특수 배낭을 개발했다.

이를 통해 연구팀은 연구 대상자가 뇌 스캐너 위에 가만히 누워있거나 기록 장치에 연결되지 않고 자유롭게 움직일 때도 연구를 할 수 있었다.

환자의 뇌파 기록. 뇌 사진 아래에 있는 오렌지색 점들은 뇌에 이식된 전극으로부터 나오는 뇌 활동을 가리킨다. © UCLA

공유 환경에서 동일한 뇌파 패턴 생성

실험에서 각각의 환자는 배낭을 메고 빈 방을 탐색하며 숨겨진 지점을 찾고, 향후의 탐색을 위해 이를 기억하도록 지시받았다. 걷는 동안에 배낭은 실시간으로 뇌파와 눈의 움직임 그리고 방을 통과하는 경로를 기록했다.

참가자들이 방을 수색할 때 이들의 뇌파는 독특한 패턴으로 흐르면서 각 환자들의 뇌가 벽이나 다른 경계들을 지도화했음을 보여주었다.

또한 흥미롭게도 환자의 뇌파는 환자가 방 한구석에 앉아 다른 사람이 숨겨진 지점에 접근하는 것을 보았을 때도 비슷한 방식의 흐름을 나타냈다.

이 발견은 우리 뇌가 공유된 환경에서 우리와 다른 사람들이 어디에 있는지 추적하기 위해 동일한 패턴을 생성한다는 것을 의미한다.

사람의 뇌는 동일한 패턴을 생성해 자신과 다른 사람이 공유 환경에서 어디에 있는지 정확히 파악한다. 무선 뇌파 기록기를 메고 방 한구석에 앉아 다가오는 사람에 대한 뇌의 반응을 기록하고 있다. © UCLA

주의 집중이 위치 찾기에 영향 미쳐

연구팀은 두 번째 발견으로, 우리가 주의를 기울이는 것이 뇌가 위치를 찾는데 영향을 미칠 수 있다는 사실을 확인했다.

예를 들면 환자의 뇌파는 단순히 방을 탐색할 때보다 주의를 기울여 숨겨진 지점을 찾거나, 다른 사람이 그 위치에 접근하는 것을 목격했을 때 더 강하게 흘렀다.

스탱글 연구원은 “이번 연구 결과는 특정 정신 상태 아래에서 이런 뇌파 패턴이 경계를 인식하는 데 도움을 준다는 생각을 뒷받침한다”며, “이번 경우에는 사람들이 목표에 집중해 어떤 것을 수색할 때 그러했다”고 말했다.

연구팀은 앞으로 실험실 외부를 포함한 더 복잡한 사회적 상황에서 사람들의 뇌파 패턴이 어떻게 반응하는지를 탐구할 예정이다. 연구팀은 뇌 및 뇌질환 관련 발견을 가속화하기 위해 다른 연구자들에게도 이 배낭을 제공했다.

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