[신경과학 저널클럽]성공을 꿈꾸면 ‘뇌로 상상하라’

2차선 도로를 따라 자동차를 운전하고 있다고 생각해 보자. 앞차에서 떨어진 걸로 보이는 빈 상자가 도로에 놓여 있다. 한 번은 왼쪽 차선에, 다른 한 번은 오른쪽 차선에 말이다. 어느 차선에서 빈 상자가 또 발견될지는 두고 봐야 알겠지만, 사람들은 방금 상자를 피해 이동한 차선에서 계속 운전하는 경향이 있다. 마치 다음 상자도 같은 차선에서 등장할 것처럼 말이다.

이런 뇌의 특성을 ‘연쇄 의존성’이라고 부른다. 연쇄 의존성은 의사 결정 과정에서 흔히 발견된다. 피겨 스케이팅 경기에서 높은 점수를 받은 선수의 다음 순서로 나선 선수는 실력보다 좀 더 높은 점수를 받을 가능성이 크다. 좋은 사과를 고르다가 못생긴 떨이 상품을 보게 되면 실제보다는 괜찮은 물건으로 평가해서 선뜻 사게 된다. 자연이 연속적으로 변하는 경향이 있다 보니, 우리 뇌가 예측에 기초한 대응을 하기 위해 이런 성질을 가지게 된 것이 아닐까 하고 과학자들은 추정하고 있다.

행동에서 연쇄 의존성을 만들려면 과거의 경험이 형성한 신경 세포들의 활성 패턴이 경험이 끝난 다음에도 지속돼 다음 결정까지 이어져야 한다. 뇌 전반에서 신경 신호 측정을 수행한 최근 여러 연구는 연쇄 의존성의 기반이 되는 지속적 활성을 몇몇 주요 뇌 구역에서 발견한 바 있다. 하지만 어떤 구역의 지속적 활성이 연쇄 의존성을 만들어내는 데 결정적인 역할을 하는지, 또 지속적 활성이 어떻게 행동으로 이어지는지는 난제로 남아 있었다.

중국과학원의 유 무 교수가 이끄는 연구진은 최근 작고 투명한 물고기인 ‘제브라피시’를 통한 분석에서 연쇄 의존성을 형성하는 뇌 원리에 답하고자 했다. 연구진은 제브라피시가 헤엄치는 중에 왼쪽 또는 오른쪽에 장애물을 배치했다. 그러면서 최신 현미경을 활용해 투명한 제브라피시의 머릿속 뇌 전체를 촬영해 수만개 이상 신경 세포의 활성을 동시에 측정했다.

먼저 제브라피시의 뇌에서 연쇄 의존성의 단서를 찾기 위해 장애물을 피한 이후에도 지속적으로 신경 활성이 유지되는 구역을 찾았다. 분석 결과 지목된 곳은 ‘시상’ 영역이었다.

또 하나 흥미로운 점도 있었다. 시상 영역은 왼쪽 장애물이 나온 이후와 오른쪽 장애물이 나온 이후의 신경 활성 패턴이 정반대라는 점이었다. 즉 장애물의 방향을 구별하는 활성을 보이며, 이런 활성은 지속됐다.

시상과 같이 왼쪽 또는 오른쪽에 대한 반응을 지속하는 시스템을 ‘두 점 끌개’라고 한다. 두 개의 안정된 지점으로 시스템 변화 양상이 이끌려 간다는 뜻이다. 양쪽에 오목한 홈이 파인 그릇에 공을 놓고 그릇을 이리저리 흔들면 공은 결국 양쪽의 홈 중 하나로 떨어지는 것과 비슷한 원리다.

연구진은 두 점 끌개의 원리를 바탕으로 신경 세포망을 가상으로 구축했다. 그랬더니 마치 시상과 같은 활성 패턴을 보이며 연쇄 의존성을 만들어냈다. 시상이라는 뇌 구역의 신경 세포들이 두 점 끌개를 구현할 수 있는 신경망 연결을 갖추고 있음을 제시하는 결과였다.

방금 틀린 문제를 똑같이 또 틀리면 우리는 크게 실망하고 자책한다. 하지만 오늘 소개한 연구는 이런 상황에서 우리가 어떻게 행동해야 할지 힌트를 준다.

뇌는 자연 변화에 적응하기 위해 이전 경험의 잔상을 계속 유지하는 연쇄 의존성을 만들도록 진화했다. 따라서 실수를 반복하지 않으려면 실패한 직후 “아, 또 틀렸네” 하며 잘못 판단한 지점과 자책을 되새길 것이 아니라 의도적으로 올바른 풀이법을 되뇌며 성공의 이미지를 뇌에 새롭게 주입해야 한다. 뇌 속 기억의 끌개가 새로운 방향으로 스위치 전환을 일으킬 수 있도록 말이다.