뇌의 연구 방법

 신경계가 어떻게 조직되어 있고 어떻게 작용하며 또 구성요소는 무엇이며 각 구성요소가 하는 일이 무엇인지에 관해 살펴보았다. 우리가 살펴본 이 모든 것을 어떻게 알 수 있는가? 해부학자들은 인간 뇌를 해부하여 각 구조들을 확인하지만 그들이 살아있지 않은 뇌를 해부하기 때문에 어떤 구조가 어떤 행동을 산출하는 데 중요한 역할을 하는가를 결정할 수 없다. 이 절에서 우리는 심리학자들과 신경과학자들이 뇌 구조들과 사고, 감정 및 행동 간의 관련성을 연구하기 위해 개발한 방법들 중 일부를 살펴보자.

 어떻게 뇌가 행동에 영향을 미치는가를 이해하기 위해 과학자들은 다양한 방법들을 사용한다. 그중에 중요한 세 가지 방법, 즉 뇌에 손상을 입은 환자가 보이는 결함을 관찰하는 방법, 행동이 일어나는 동안 뇌의 전기적 활동을 연구하는 방법, 사람들이 다양한 과제를 수행하는 동안 뇌를 스캔하는 방법을 살펴보기로 하자. 뇌 손상 환자들은 연구하는 것이 주요 주제들 중 하나를 밝혀 주는데, 한 과정의 정상적인 작용을 더 잘 이해하기 위해서는 이 과정이 실패할 경우에 입은 손상으로 말미암아 초래되는 행동 결함을 관찰함으로써 그 영역의 기능을 확인할 수 있다. 두 번째 방법, 즉 뇌의 전기적 활동을 조사하는 방법은 오래된 역사를 가지고 있으며 행동이 일어날 때 어느 뉴런들이 발화하는가에 관한 풍부한 정보를 제공해 왔다. 오늘날 이 기법이 여러 방법으로 확대되어 뇌를 스캔하거나 지도화하거나 더 세련된 도구를 사용하여 코딩할 수 있게 되었는데, 이것이 살펴볼 세 번째 연구 방법이다. 뇌를 연구하는 각 연구 방법들을 살펴보자.


-손상된 뇌의 연구를 통한 뇌 조직화에 관한 이해

 자기 남편을 알아보지 못하여 응급실을 찾은 여성인 베티가 있다. 그녀는 혈전으로 말미암아 뇌졸중을 앓고 있었으며 그 결과 뇌의 산소가 부족하게 되었고 혈액 공급을 받지 못한 뇌 영역의 뉴런들이 죽었다. 베티가 앓는 뇌졸중은 측두엽의 연합 영역의 일부에 영향을 미쳤는데, 이 영역은 복잡한 시각적 사물들을 인식하는 데 중요한 역할을 한다. 시각 정보가 처리되는 주된 영역인 후두엽은 뇌졸중의 영향을 받지 않았기 때문에 그녀는 자신의 남편과 두 아들들을 볼 수 있었으나 측두엽의 손상으로 말미암아 그들이 누구인지를 인식하지 못하였다.

 베티의 경우 손상된 부위가 작고 다른 시각 능력들이 손상의 영향을 받지 않았다. 즉 단순한 시각 형태, 색채, 움직임과 다른 시각 특징들을 처리하는 영역들이 손상되지 않았다. 따라서 그녀의 시력이 영향을 받지 않았지만 그녀는 친숙한 사람의 얼굴, 심지어 자기 남편의 얼굴을 인식하는 능력을 상실하였다. 베티는 자신의 시력에 문제가 있다고 생각하였으나 신경심리학자는 '지식이 없음'이라는 의미를 가지는 '실인증' 증상들을 발견하였다. 베티의 사례는 안면실인증 혹은 얼굴인식 실인증이라는 실인증의 한 특정 유형을 보여주는데, 이는 '얼굴에 대한 지식이 없음'이라는 의미를 가진다.

 신경과학에서 이루어지는 많은 연구들은 특정 지각, 운동, 정서 혹은 인지적 기능의 상실과 특정 뇌 영역의 손상을 서로 관련짓는다. 이러한 연구들을 통하여 신경과학자들은 이 뇌 영역들이 정상적으로 행하는 기능들에 관한 이론을 세운다. 신경과학의 현대 역사는 폴 브로카의 업적으로 거슬러 올라간다. 1861년 브로카는 좌반구 전두엽의 제한된 영역에 입은 손상으로 말미암아 말을 하지 못하는 한 환자를 소개하였다. 1874년에는 카를 베르니케가 좌반구 전두엽 상측 부위의 손상과 관련되어 언어 이해의 장애를 보이는 한 환자를 소개하였다. 이 영역들이 각각 브로카 영역과 베르니케 영역인데, 이는 언어 산출과 언어 이해에 관여하는 뇌 위치가 분리되어 있고 대부분의 사람들에서 좌반구가 언어 산출과 언어 이해에 중요한 역할을 한다는 것을 보여 주는 초기 증거이다.



-전두엽의 정서 기능
 앞서 살펴본 바와 같이 인간의 전두엽은 상당한 정도로 진화되었다. 그러나 심리학 분야에서 전두엽의ㅏ 일부 기능에 관한 최초의 힌트는 다소 평범한 사람으로부터 제공되었다. 그는 매우 평범한 사람이었으나 그의 일생 중 단지 한 번 일어난 사건으로 심리학사의 연대기에 그의 이름이 올려지게 되었다.

 피니어스 게이지는 리틀랜드와 벌링턴 철도회사에 소속되어 있는 굴착 기사들의 감독자였으며 25세의 근육질 남성이었다. 1848년 9월 13일 버몬트 주의 캐번디시에서 그가 바위틈에 폭발물을 채워 넣고 있는 도중 사고가 일어났다. 그를 진찰한 의사였던 존 엠할로는 그 당시의 상황을 다음과 같이 기술하였다.

 화약과 도화선을 구멍에 넣은 다음 그는 소위 말하는 달구질을 하려고 하였다. 이를 하는 동안 뒤에서 그를 부르는 부하 직원의 소리에 주의가 혼란스러워졌다. 그가 오른쪽 어깨 너머로 뒤를 보기 위해 머리를 돌리는 순간 철근을 화약물 위에 떨어뜨렸다. 그 결과 바위에 불이 붙게 되어 폭발이 일어나게 되었고 철근이 위로 비스듬하게 날아갔다. 날아간 철근이 그의 머리를 완전히 관통한 후 공중으로 높이 날은 다음 그로부터 몇 미터 뒤에 있는 땅에 떨어졌다. 사고 후 그의 부하 직원들이 뇌를 다쳐 피투성이가 된 그를 일으켜 세웠다. 

 간단히 요약하면 길이가 3피트이고 무게가 13파운드인 철근이 피니어스 게이지의 머리를 빠른 속도로 관통하였다. 이 이야기의 놀랄 만한 점은 게이지가 이러한 사고에도 불구하고 생존했다는 것이다. 사고 직후 게이지는 일어나 앉았고 자동차의 뒷좌석에 올라타고 의료 처치를 위해 마을로 갔다. 그는 사고 후 12년을 생존하였고 생존 기간에는 미국의 여러 지역과 외국에 거주하였으며 심지어 아주 짧은 기간이지만 기묘한 박물관이라는 프로에 참여하기도 하였다. 그는 일련의 간질 발작 후 1860년에 사망하였고, 그의 두개골과 사고 당시의 철근은 하버드 의과대학의 워렌해부학 박물관에 기증되어 오늘날까지 전시되고 있다.