과학/뇌과학

[K-MOOC | 뇌과학] 인간 뇌의 이해, 1주차 정리 - 정천기 교수님, 서울대학교 / 2021년 2학기

입문생 Jay 2022. 1. 21. 00:17

   안녕하세요. 입문생 Jay입니다. 오늘은 인간 뇌의 이해 1주 차 강의를 정리한 후 의문점, 참고사항, 후기를 남기도록 하겠습니다. 참고로 강의 자료를 정리하면서 개인적으로 알고 있는 내용도 덧붙일 예정이라 틀린 내용이 있다면 댓글 주시면 감사하겠습니다.

 

 

수업계획서(Syllabus) | SNU047_019k | K-MOOC

본 교과목에서는 우선 사람 뇌의 구조 및 각 영역별 뇌기능의 이해를 통하여 사람 뇌에 대한 기본적이고 포괄적인 지식 습득의 기회를 제공한다. 또한 뇌 구조 및 기능의 영상화 기법 소개와 함

www.kmooc.kr

인간 뇌의 이해, 1주 차
  • 서론
  • 다른 동물과 비교한 뇌
  • 1. 일차감각영역의 비율이 다름
  • 2. 각기 특화된 기능이 다름
  • 3. 물리적으로는 인간은 특별하지 않음
  • 기타 정리사항
  • 정리
  • 의문점
  • 참고사항
  • 후기

사진 1) 인간 뇌의 이해

서론

   이 강의는 사람 뇌의 구조 및 각 뇌 영역의 기능을 이해하는데 골자를 두고 있습니다. 그리고 인간 뇌에 대한 기초적이고 포괄적인 지식을 제공한다는군요. 1주 차 강의에서는 신경해부학에서 쓰이는 각종 기초용어, 뇌의 개략적 구조, 다른 동물과 인간의 뇌 구조 비교, 사람이 다른 동물에 비해 발달한 능력 등을 다루고 있습니다. 그리고 강의 마지막에 팩트체크를 통해서 그동안 알려진 뇌에 대한 통설을 뒤집고 있죠. 그러면 세부 내용을 정리해보겠습니다.

   참고로 신경해부학에서 쓰이는 각종 기초용어와 개략적인 구조는 따로 정리하지 않도록 하겠습니다. 강의를 참조해주세요.

사진 2) 뇌를 다른 포유류와 비교한 사진 (출처 : K-MOOC 인간 뇌의 이해)

다른 동물과 비교한 뇌

   쥐의 뇌와 인간의 뇌를 비교하면 차이점이 있습니다. 쥐의 대뇌는 매끈한 반면 사람의 뇌는 주름지죠. 반면 소뇌에서는 쥐와 사람 둘 다 주름진 편입니다. 매끈한 뇌로는 뉴런을 담을 공간을 충분히 확보하기 어려우며, 소뇌는 단위면적당 뉴런의 밀도가 중추신경계(CNS)에서 제일 높기 때문이라고 하네요. 그래서 쥐의 소뇌도 뉴런을 더 많이 담기 위해 주름 잡혀야 했다고 합니다.

   신기한 건, 다른 포유류의 뇌와 비교하여 인간의 뇌는 구조적으로는 다를 바가 없다고 합니다. 다만 각 부분이 뇌에서 차지하는 비율이 달라질 뿐입니다. 그렇다고 인간이 만물의 영장이고 우월한 것이 아니라, 단지 환경에 적응한 결과일 뿐입니다. 인간이 다른 동물에 비해 뒤지는 기능도 분명 존재하며, 인간은 특정 기능이 다른 동물에 비해 발달되어 있을 뿐입니다. 이 특화된 점이 환경과 잘 맞아서 도태되지 않았을 뿐입니다.

   그렇다면 인간과 동물의 뇌를 개략적으로 비교해보겠습니다.

사진 3) 다른 포유류의 뇌와 인간의 뇌 (출처 : K-MOOC 인간 뇌의 이해)

  1. 일차감각영역의 비율이 다름  

   다른 포유류는 인간보다 뇌에서 일차감각영역이 차지하는 비율이 높습니다. 반면 인간은 뇌에서 이차감각비율이 차지하는 비율이 높죠. 쥐와 같은 경우는 천적이 보이는 등의 자극이 들어오면 바로 도망쳐야 하지만, 사회 속의 인간은 그럴 일이 많지가 않습니다. 따라서 들어온 정보의 의미를 해석하고 연결하는 이차감각영역이 발달하게 됐습니다.

   강의에서는 사람이 수업 중에도 딴짓을 하는 이유는 이차감각영역이 발달했기 때문이라는 말씀도 하시더군요. 주어진 감각에 바로 반응하지 않고 감각의 의미를 다시 생각해서가 아닐까 싶습니다.

사진 4) 수동 능력의 계통 발생 (출처 : K-MOOC 인간 뇌의 이해)

  2. 각기 특화된 기능이 다름  

   오리너구리의 경우 다른 동물 대비 주둥이에 특화된 뇌 부위가 광범위하게 분포하고, 라쿤의 경우 다른 동물 대비 손과 관련된 뇌 부위가 특히 발달했다고 합니다. 오리너구리야 촉각이 발달해서 먹이를 찾아야하므로 주둥이 관련 뇌 부위가 발달했고, 라쿤은 나무에 매달릴 일이 많으므로 손 관련 뇌 부위가 발달할만 합니다. 떨어지면 치명상이거나 죽으니까요.

   사람은 다른 동물 대비 입에 특화된 뇌부위가 발달했다고 합니다. 먹이를 찾아 헤매거나 뽀뽀를 위한 수단이 아니라, '말하기'에 특화됐다고 하네요.

   또한 이차감각영역이 발달한 덕분에 주어진 감각정보를 해석하고, 연결하여 동작을 정밀하게 제어할 수 있었다고 합니다. 이는 손을 섬세하게 활용하는 측면으로 이어지죠.

   사진 4)를 보면 수동 능력의 계통 발생을 살펴보실 수 있습니다. 강의에서는 손을 활용하는 모양새를 비유를 하면, 어떤 물건을 거는 걸이, 어떤 물건을 집는 집게 정도까지 발전을 해왔지만, 인간에 이르러서는 엄지와 검지로 꼬집는 빨래집게 같이 발달했다고 합니다. 여러 손가락을 각기 활용해서 물체를 쥔 손의 운동을 정밀하게 제어하도록 진화한 셈이죠.

   강의는 이 지점에서 BMI(Brain Machine Interface) 분야를 발전시키고 싶다면, 운동하는 영역만을 발달시켜선 안된다고 합니다. 운동 영역을 조절하는 기능을 발전을 시켜야 더 정밀하게 운동을 제어할 수 있을 거라고 말하네요. 이를테면 메타-운동이 아닐까요.

   여태껏 다른 점을 봤으니 이제 비슷한 점을 비교해보겠습니다.

사진 5) 몸무게 대비 뇌무게 비교 그래프 (출처 : K-MOOC 인간 뇌의 이해)

  3. 물리적으로는 인간은 특별하지 않음  

   인간은 다른 동물과 다르며 인간의 우월함을 입증하려는 노력은 계속되어 왔습니다. 예를 들면 몸무게 대비 뇌의 무게를 비교하는 등이 있죠. 그런데 이런 물리적인 뇌의 무게를 따지는 정도로는 인간의 특별함이 드러나지 않았습니다. 사진 5)가 이를 입증하죠. 표준변이 내에 있어서 인간은 특별할 것이 없다고 합니다. 다른 그래프를 봐도 마찬가지죠.

   그래서 강의에서 인간은 기능이 특화되어 있으며, 정밀한 손 운동 제어와 말하기가 그것이라고 말을 했나 봅니다.

사진 6) fMRI (출처 : Wikipedia)

 

  기타 정리사항  

   인간 뇌는 인간이 소모하는 전체 에너지의 20%를 소모하는 무지막지한 기관입니다. 또한 언제나 모든 부위가 활성화되어 있습니다. 우리가 평소에 뇌의 10%만 사용한다는 말은 거짓말이죠. 심리학자의 말을 기자가 왜곡해서 생긴 속설이라고 합니다.

   우리가 흔히 보는 fMRI 영상에는 뇌가 일부만이 활성화되어 있는 것으로 보이는데, 왜 뇌의 모든 부위가 활용되냐고 말하냐면, 답변은 이러합니다. 활성화가 비교적 많이 된 부분이 표시가 되는 거지, 나머지 뇌가 활성화가 안된 것은 아니라고요.

   모니터에서 띄운 화면이 똑같다고 해서 CPU나 RAM, SSD가 쉬는 것은 아닙니다. 오히려 그 화면을 계속 출력하기 위해서 끊임없이 연산하죠. 뇌도 마찬가지입니다. 우리가 잠을 자도 뇌는 모든 영역이 활성화되어 있습니다. fMRI 영상에서 뇌의 일부분만 색칠이 되어 있는 이유는, 집중적으로 에너지를 소모하는 부위를 표시하기 때문입니다. 우리가 연구할 때 관심이 있는 영역이니까요.

   참고로 따로 분류하기 어려워서 여기다가 정리하는데, 뇌척수액은 측뇌실-제3뇌실-중뇌수도-제4뇌실을 거쳐 뇌의 바깥으로 빠져나간다고 하네요.

사진 7) 뇌 (출처 : 네이버 지식사전)

 

  정리  

   인간의 뇌를 다른 동물과 비교하여 기본 구조에서는 특별할 것이 없습니다. 몸무게 대비 뇌의 무게 등의 물리적 지표로도 크게 의미 있게 인간과 다른 동물을 구분할 수 없죠. 다만 1. 이차감각영역이 다른 동물에 비해 발달했습니다. 그리고 2. 말하기와 섬세한 운동에 특화된 뇌를 가집니다. 이 점에서 우리는 다른 동물과 구분되죠.

   또한 우리는 뇌의 일부만 사용한다는 속설은 거짓입니다. 요즘에는 이 속설이 거짓인 거를 모르는 사람은 많지는 않을 것으로 생각이 되네요.

  의문점  
  • 그래프 Y축이 이상함
  • 소뇌의 단위면적당 뉴런 밀도가 높은 이유
  • 딴생각이 진화 상의 이점이 있는가?
  • fMRI의 원리
  • 강의에서 언급된 '표준변이'란?

 

사진 8) 그래프 (출처 : K-MOOC 인간 뇌의 이해)

  그래프 Y축이 이상함  

   강의에 나온 그래프인데, 몸무게 대비 뇌 무게라고 강의에 나와있었습니다. 하지만 Y축을 보면 뇌의 크기라고 서술해놓고, cm^2으로 단위를 표시해놨죠. 뇌의 크기라고 하면 부피가 될 테고, 부피의 단위는 어떤 길이 단위의 세제곱으로 묘사가 되어야 합니다. 그런데 cm^2으로 표시해놓은 것은 의외였죠. 제곱이잖아요. 면적은 부피가 아니죠. 강의 맥락상 무게도, 부피도 아닌 면적을 Y축으로 설정할 수가 없습니다.

   제곱이 설사 맞다한들 그러면 의미가 없습니다. 어느 부위를 기준으로 잘라서 표시를 한 건지, 기준을 특정한다고 해도 그것이 의미가 있는 지표인지 알 수 없죠. 그래서 이 그래프의 Y축이 과연 맞는가에 대한 의문이 들었습니다. 한 번 구글링을 해보고 원 그래프를 못 찾을 것 같으면 문의를 해볼 생각입니다.

사진 9) 뇌 (출처 : 위키피디아)

  소뇌의 단위면적당 뉴런 밀도가 높은 이유  

   왜 소뇌의 단위면적당 뉴런 밀도가 높은 지가 궁금하네요. 운동을 제어하는 것이 상당히 중요해서 그런 것일까요? 강의를 들으며 추후 나올 내용일 듯하니 따로 찾지 않고 계속 들어보면서 의문을 해소해 볼 예정입니다.

사진 10) 뇌 (출처 : Pixabay)

  딴생각이 진화 상의 이점이 있는가?  

   우리가 뇌의 구조 상 강의를 들으면서도 딴짓을 할 수밖에 없다고 하셨습니다. 그리고 더 나아가 우리가 지구를 지배하는 이유도 이 딴생각(잡생각)을 하기 때문이라고 언급하셨죠. 근데 정말 그게 맞는지에 대한 의문이 들었습니다.

   우리가 뇌 구조 상 그럴 수밖에 없다면 집중력이 좋은 학생들은 무엇이고, 무엇보다 산만함이 진화 상에서 도움이 얼마나 되는지에 대한 의문이 들었죠. 사냥을 하다가 사냥감을 놓치지 않으려면 집중력이 필요한데, 잡생각을 함으로써 얻는 진화 상의 이득은 정확히 뭘까에 대한 의문이 들었습니다.

   알아보고 싶은데 내용이나 키워드가 뭔지 몰라서 일단 강의를 끝내고 생각해봐야겠네요.

사진 11) MRI 사진 (출처 : Pixabay)

  fMRI의 원리  

   fMRI의 원리가 문뜩 궁금해지더군요. 그래서 위키피디아를 뒤져봤는데 혈액 산소 준위 의존성(BOLD) 대비를 사용한다고 합니다. BOLD에 대한 한글 설명이 없어 영어 위키피디아를 뒤져보니, 준위란 말은 Level에 해당하는 말입니다. 혈액의 산소 레벨을 이미징(Imaging)하는 기법이라는 말로 설명이 되어 있네요. 풀네임으로는 Blood Oxygen Level Dependant라고 합니다.

   산화된 적혈구와 일반 적혈구의 자화율(Magnetic susceptibility)이 차이가 난다고 합니다. 이 차이를 이용하여 fMRI에서 혈류의 산소 이동을 이미징 할 수 있다고 하네요. 뉴런은 지방이나 액포 내에 에너지를 저장하지 않기 때문에(뉴런 내에 저장된 양분이 없기에), 뉴런 신호를 발생시키기 위해 주변에서 포도당이나 산소를 급격히 빨아들인다고 합니다.

   이때 뉴런 근처의 혈액은 산소와 포도당을 많이 빼앗기기 때문에 뇌의 다른 구역에 '대비(對比)해' 자화율이 달라집니다. 이를 이용해 fMRI로 뇌의 어느 부위가 활성화됐는지 이미지로 구현을 할 수 있는 모양인가 봅니다.

   다만 실제 뉴런 시그널을 쫓은 것이 아니라서 실제로 그 부위가 활성화된 건지에 대해서 담보를 할 수 없어서, 여러 통계기법을 동원해 fMRI의 이미징 결과를 해석한다고 나와 있습니다.

   이 부분은 물리학도로서 더 호기심을 자극하는 부분이네요. 강의가 끝나고 추후 공부를 더 진행해봐야겠습니다.

   한 편, 뉴런이 세포 내에 영양분을 저장하지 않는다는 점도 흥미로운 점입니다. 왜 그럴까요. 궁금하네요. 강의에서 파생된 궁금증은 아니지만 한 번 알아보고 싶어 집니다.

사진 12) 산포도 Scatter Plot (출처 : Wikipedia)

강의에서 언급된 '표준변이'란?

   강의에서 '표준변이'라는 말이 언급됐었는데, 표준변이가 정확히 뭔지 궁금해지더군요. 그래서 한글로도 찾아보고, 영어로도 비슷하게 번역해서 구글링 해봤는데 나오는 게 없더군요. 있는 용어는 아닌 듯하네요.

   아무래도 강의 맥락상 표준으로부터 자료들이 떨어진 거리의 평균을 '표준변이'라고 정의하는 게 아닌가 싶습니다. 그리고 사람은 이 '표준변이'에서 크게 벗어나지 않는 거죠. 그래서 물리적인 지표로는 다른 동물과 구별이 어렵다고 말씀을 하신 게 아닌가 싶습니다.

   이 부분을 알아보다보니 '변이계수 Coefficient of Variation'이라는 용어도 접했는데, 다른 변량 사이의 비교를 가능케 하는 지표라고 하네요. 표준편차 σ를 평균으로 나눈 후 이를 비교하여 상대적 일탈도를 비교할 수 있다고 합니다.

   이 부분은 강의 끝나고 직접 문의를 해보는 게 낫지 않나 하는 생각이 드네요.

  참고사항  

 

fMRI : https://ko.wikipedia.org/wiki/FMRI

BOLD(Blood Oxygen Level Dependant) : https://en.wikipedia.org/wiki/Blood-oxygen-level-dependent_imaging

변이 계수 : https://terms.naver.com/entry.naver?docId=449079&cid=42876&categoryId=42876

 

후기


   생각보다 제가 뇌에 대해서 아는 것이 별로 없었다는 점이 참으로 충격이네요. 뇌를 연구하는데에 반드시 필요한 도구인 fMRI나 통계에 대해서도요. 예상은 했지만 실제로 접해보니 이건 아니다 싶은 지경이었습니다. 

   앞으로 꾸준히 강의를 정리하면서 뇌에 대한 이해를 넓힐 계획입니다. 이 강의를 끝내고 다른 영어 강의를 들을 계획이라 더욱 열심히 공부해놔야겠네요.

이만 총총.


※ 이 글은 Windows 11의 Whale Browser에서 작성됐습니다.

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