머리에 간편하게 하는 ‘웨어러블 머리띠’로 대화내용이 얼마나 잘 전달되는지를 측정하는 수단이 개발됐다.

지금까지 과학자들은 인간의 두뇌는 비슷한 생각이나 이야기를 들을 때 말하는 사람과 듣는 사람의 두뇌의 같은 부분이 활성화되는 일종의 공조현상이 발생한다는 사실은 밝혀냈다. 그런데 생의학 엔지니어들은 이 현상을 더 잘 이해할 수 있는 도구를 개발했다.

그런데 말하는 화자(話者)는 자기 말을 듣는 청자(聽者)가 전달하려는 것을 잘 이해하는지 측정할 수 있을까? 혹은 어떻게 화자와 청자 사이에 소통이 잘 일어나도록 할 수 있을까?

실제 생활에서 두뇌 사이의 공조현상 측정    

미국 드렉셀 대학(Drexel University)의 생의학 엔지니어들은 프린스턴 대학(Princeton University) 심리학자들과 협력으로 사람들이 소통할 때 두뇌가 공조하는지를 보여주는 웨어러블 두뇌 측정 도구를 개발했다.

머리에 간단하게 부착하는 이 웨어러블 헤드 밴드(wearable headband)는 기능성 근적외선분광법(fNIRS functional near-infrared spectroscopy)의 다양한 응용사례 중 하나이다.

이 헤드밴드는 기능성 근적외선분광법을 사용해서 두뇌 신경세포의 활동을 측정한다. 병원의 복잡하고 거대한 시설에서 측정하는 것이 아니라, 머리띠처럼 착용할 수 있는 간단한 장치라는 점이다.

사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)에 발표한 논문에서 연구팀은 fNIRS 도구가 대화 중 두뇌의 동기화를 성공적으로 측정할 수 있음을 보여줬다고 2월 27일 발표했다.

드렉셀 대학교 생의학공학대학 연구부교수인 하산 아야즈(Hasan Ayaz) 박사는 “우리는 모든 사람이 서로 교류하는 사회적 세계에 산다. 그러나 사람들은 실험실에 혼자 앉아서 듣거나 하지 않는다”고 간단하게 두뇌를 스캔하는 장치의 중요성을 설명했다.

드렉셀 연구팀은 이번 연구가 프린스턴 대학교 우리 하손(Uri Hasson)박사의 앞선 연구에 바탕을 두고 있다고 대학신문을 통해 밝혔다. 하손 박사는 기능성 자기 공명이미지(fMRI)를 사용해서 언어의 생성과 이해에 작용하는 두뇌메커니즘을 연구해왔다.

하손은 남자나 여자가 실제 경험한 것에 대한 이야기를 말할 때는 듣는 사람의 두뇌활동이 말하는 사람의 두뇌활동을 거울처럼 비추는 것을 발견했다. 그리고 더 이 같은 공조현상이 높을수록 더 잘 이해했다.

그러나 이같은 두뇌촬영기법은 매우 제한적이다. 사람이 시끄러운 소리를 내는 fMRI 장치에 들어가 움직이지 않고 누워 있어야 한다. 이 같은 장치로는 서로 얼굴을 맞대고 이야기하는 다양한 개인들의 두뇌를 동시에 스캔하는 것은 가능하지 않다.

그래서 드렉셀 대학 연구원들은 자연스런 상황에서 두뇌와 두뇌가 공조하는 것을 조사하는 좀 더 효과적인 방법으로 휴대용 fNIRS를 사용한 것이다.

이번 연구를 위해 영어를 모국어로 하는 한 사람과 터키어를 말하는 두 사람이 자기의 모국어로 실제 경험한 이야기를 말했다. 연구팀은 이들이 한 이야기를 녹음했으며, 그들의 두뇌를 fNIRS로 스캔했다. 그리고 영어를 사용하는 15명이 이 녹음을 들었다.

연구원들은 두뇌의 전두엽 부분과 정수리 부분에서 어떤 변화가 일어나는지를 분석했는데,  두뇌의 이 부분은 인지기능 및 중요한 명령을 내리는 역할을 담당하는 부위이다.

fNIRS로 두뇌 혈액의 산소화 작용으로 판단    

연구팀은 fNIRS로 두뇌세포의 산소화작용과 탈산소화작용을 측정했다. 일반적으로 뇌의 활동이 활발해지면 두뇌 혈액의 산소화작용이 활발해진다. 그런데 이 두뇌활동은 같은 영어로 들을 때만 활성화가 됐다. 이것은 fMRI로 측정한 것과 같았다.

이번 연구는 fNIRS가 두뇌 사이의 거울현상을 측정하는데 더 바람직한 도구임을 확인해줬다. fMRI와는 달리 fNIRS는 수업이 이뤄지는 교실에서, 혹은 비즈니스가 이뤄지는 미팅이나 정치적인 집회 또는 의사의 사무실에서 하는 이야기가 듣는 사람들에게 잘 전달이 됐는지를 측정할 수 있다. 어떻게 하면 잘 이해시킬 수 있을까를 발견하는 수단이 될 수도 있다.

“이같은 측정은 fMRI로는 어렵다. 너무나 많은 도전이 있기 때문이다”고 바누 오나랄(Banu Onaral)박사는 말했다. H H 선(H H Sun) 교수는 “fNIRS가 매우 유용한 도구라는 사실을 발견했으니 우리는 사람들이 매일 생활에서 어떻게 두뇌가 작용하는지에 대해서 더 많이 알 수 있는 흥미로운 시기로 옮겨가고 있다”고 말했다.