우리의 뇌는 생각보다 더 많은 것을 알고 있다(4) 다양한 학습 시스템과 기억 시스템

대뇌피질

 

대뇌는 우리 인간에게서 제일 많이 발달되어 있습니다. 대뇌피질은 대뇌를 둘러싸고 있는 3mm 두께의 뉴런 세포체로 된 층입니다. 우리의 복잡한 정신활동이 일어나는 곳이 바로 이 대뇌피질입니다. 인간이 지닌 고도의 감각과 지각, 운동과 기술, 사고력, 상상력, 언어능력이 바로 이 대뇌피질로 인해서 일어납니다. 쥐의 대뇌피질은 작고 밋밋합니다. 우리 인간으로 올라오면서 전체 뇌 중에서 대뇌피질이 차지하는 양은 증가하고 대뇌피질의 주름도 더 많아지고 더 깊어집니다. 대뇌는 정중선에 있는 깊은 고랑을 사이에 두고 오른쪽 대뇌반구와 왼쪽 대뇌반구로 나누어집니다. 당신이 여러분이 호두를 까 보면 그 호두 알갱이 표면이 쭈굴쭈굴하면서 중앙에 깊은 홈이 있는 것을 볼 수 있습니다. 대뇌를 바깥에서 보면 그와 비슷합니다. 겉에 있는 이 쭈글쭈글한 부위가 대뇌피질입니다.

 

뇌량으로 연결된 좌우 대뇌반구

 

호두껍질을 깐 후 쭈글쭈글한 호두 알갱이의 좌우를 나누려면 중앙의 홈에 좌우를 연결하는 '다리' 부위가 있는 것을 볼 수 있을 것입니다. 이와 비슷하게 오른쪽 대뇌반구와 왼쪽 대뇌반구 사이에는 마치 두 대뇌반구를 연결하는 다리같은 것이 있습니다. 이것을 '뇌의 교량'이라는 의미로 '뇌량'이라고 부릅니다. 뇌량은 두 대뇌반구의 대응되는 부분을 서로 연결하는 뉴런의 긴 가지인 축색의 다발로 이루어져 있습니다. 뇌량의 중간을 자른다면 뇌는 두 개의 대뇌반구로 나뉩니다. 대뇌반구의 겉 부분인 대뇌피질은 대뇌피질에 있는 고랑을 기준으로 해서 4개의 엽으로 나누어집니다. 앞쪽에는 전두엽이 있고 양옆으로는 측두엽이 있습니다. 머리 꼭대기 쪽에는 두정엽이 있고 뒤통수 쪽에는 후두엽이 있습니다. 여러분은 이 글을 읽으면서 여러분의 뇌를 변화시키고 있습니다. 그 결과, 여러분은 다음에 위의 내용 중 일부를 기억해 낼 수 있든지 그런 글을 보면서 친숙한 느낌을 받을 수 있습니다. 이것은 바로 '기억' 덕분입니다.

 

대뇌피질에서 어떤 일을 하나

오른쪽 대뇌반구와 왼쪽 대뇌반구의 후두엽에 일차시각피질이 있습니다. 여러분이 앞을 바라볼 때 눈에 보이는 부위가 시야입니다. 여러분이 앞에 있는 사람의 얼굴을 보고 있다고 생각해볼게요. 그러면서 그 사람의 코에 여러분의 시선을 두고 있다면 코를 기준으로 해서 오른쪽은 오른쪽 시야이고 왼쪽은 왼쪽 시야입니다. 오른쪽 시야에서 온 정보는 왼쪽 대뇌반구에 있는 일차시각피질로 들어옵니다. 왼쪽 시야에서 온 정보는 오른쪽 대뇌반구에 있는 일차시각피질로 들어옵니다. 그렇기 때문에 어느 한쪽의 일차시각피질이 손상되면 거기에 대응되는 시야가 보이지 않게 됩니다. 예를 들어, 왼쪽 일차시각피질이 손상되면 오른쪽 시야인 절반이 보이지 않게 됩니다. 이러한 사실을 이용하여 뇌종양이나 뇌손상의 위치를 찾아낼 수 있습니다. 두정엽에는 우리 몸의 전체를 통해서 들어오는 촉각, 압각, 통각, 온각과 냉각같은 온도감각, 진동감각 등인 체감각 정보가 들어옵니다. 이 영역이 일차체감각피질입니다. 일차청각피질은 전두엽과 측두엽 사이에 있는 고랑 깊숙이 파묻혀 있습니다. 측두엽 쪽에 있습니다. 이러한 대뇌피질의 각 감각영역에는 그 감각기관 표면을 담당하는 부위가 질서정연하게 지도처럼 배열되어 있습니다. 체감각피질의 경우에는 신체피부의 표면이 대뇌피질에 지도화되어 있는데 그 지도는 실제 신체 크기를 그대로 반영하는 것은 아닙니다. 감각이 예민한 신체부위, 예를 들자면, 엄지손가락, 입술, 혀와 같은 부위가 큰 영역을 차지합니다. 

 

일차운동피질

전두엽에 일차운동피질이 있습니다. 이 운동피질을 약하게 전기적으로 자극하면 신체의 특정부위에서 운동이 일어납니다. 일차운동피질의 또 다른 부위를 약하게 전기로 자극하면 다른 신체부위가 움직입니다. 대뇌반구는 신체의 반대편과 연결되어 있기 때문에 오른쪽 일차운동피질을 자극하면 신체의 왼쪽부위가 움직이고, 왼쪽 일차운동피질을 자극하면 신체의 오른쪽 부위가 움직입니다. 이와 같이 대뇌피질의 운동영역에는 특정한 신체부위의 운동을 통제하는 부위가 질서정연하게 지도처럼 배열되어 있습니다. 해부학자 잭슨은 그의 아내가 간질발작을 일으킬 때 아내의 신체부위가 순차적으로 발작하는 것을 알게 되었습니다. 이는 간질발작이 잭슨 아내의 뇌에 있는 운동피질을 차례로 자극시키면서 일어났기 때문입니다. 그러나 특정한 신체부위를 담당하는 피질의 크기는 신체 부위의 크기를 그대로 반영하지 않고 신체 부위의 이용도와 관련되어 있습니다. 그래서 손, 입술, 혀를 담당하는 영역은 신체의 크기에 비해 담당하는 뇌 부위가 큽니다. 이 부위가 교통사고 등으로 손상되면 가장 복잡하고 정교한 운동, 특히 손가락과 손의 운동이 불가능해집니다. 간질로 운동피질이 활발하게 작용할 때 어떤 일이 일어나는가를 살펴봅시다.

 

R부인의 경련발작

 

R부인은 쉰 살 난 이혼녀로 초등학교 교사입니다. 어느 날 차를 몰고 가다가 교차로에서 교통 신호등에 걸렸습니다. 신호가 바뀌기를 기다리고 있었는데 갑자기 오른쪽 다리가 떨리기 시작했습니다. 자신의 다리가 가속 페달을 밟아 차가 앞으로 튀어 나갈지도 모른다는 두려움에 R부인은 재빨리 변속기를 중립으로 옮겨 놓았습니다. 처음에는 종아리가 떨리다가 나중에는 허벅지까지 떨려왔습니다. R부인은 겁에 질린 채 다리뿐 아니라 온몸과 팔이 떨리는 것을 느꼈습니다. 떨리는 것이 차츰 느려지더니 급기야는 멈추었습니다.