뇌의 하루

한 거리에 사는 이웃들의 하루를 따라가며 그들의 뇌 속에서 무슨 일이 벌어지는지를 들여다본다. 삶의 단계도 모습도 다양한 이들은 때론 슬퍼하고 때론 기뻐하며 여느 때와 다름없는 날을 보내는 듯하지만 이들의 뇌에서 어떤 신경 전달 물질과 호르몬이 신호를 전하는지, 어떤 영역이 외부 자극에 반응하고 감정과 행동을 바꾸는지에 초점을 맞추면 하루가 새롭게 보인다.

자신과 타인을 이해하기 위한 공감의 뇌과학

청소년들은 왜 밤늦도록 깨어 있다가 늦잠을 잘까? 밤잠을 충분히 자야 하는 이유는 뭘까? 스트레스의 적정선은 어딜까? 왜 거절이나 소외는 그토록 아플까? 우울증에 걸린 뇌는 어떻게 반응할까? 노화나 질병으로 인한 뇌의 변화는 돌이킬 수 없을까? 친구는 왜 특별한 존재일까? 왜 우리는 협업하면서 보람을 느낄까? 행복하게 살려면 어떻게 해야 할까?
네덜란드 로테르담 에라스뮈스 대학교와 레이던 대학교의 뇌과학 교수인 에벨리너 크로너는 이런 질문에 뇌과학이 생각보다 구체적으로 답할 수 있다고 말한다. 이 책의 머리말에서 그는 22세의 교환 학생이던 1998년 뇌에 매혹된 순간을 회고한다. 미국의 피츠버그 대학교에서 사상 최초로 fMRI를 활용해 살아 있는 사람의 뇌를 관찰하는 현장을 본 때였다. 산소가 풍부한 혈액이 뇌의 어느 영역으로 흐르는지를 실시간으로 보여주는 fMRI는 저자의 표현을 빌리면 “움직이는 슈퍼 초음파”로 뇌 연구의 획기적 발전을 가져왔다. 인류는 고대부터 뇌에 대해 궁금해하고 경외감을 느꼈지만, 살아 있는 뇌가 어떻게 활동하고 변화하는지 관찰할 수 있게 된 것은 많은 시행착오를 거쳐 fMRI를 도입하고 난 뒤였다. 그 후 과학자들은 갓난아기부터 노인에 이르기까지 인간의 뇌가 어떻게 발달하는지 연구해왔다.
이 책에서는 한 거리에 사는 이웃들의 하루를 따라가며 그들의 뇌 속에서 무슨 일이 벌어지는지를 들여다본다. 삶의 단계도 모습도 다양한 이들은 때론 슬퍼하고 때론 기뻐하며 여느 때와 다름없는 날을 보내는 듯하지만 이들의 뇌에서 어떤 신경 전달 물질과 호르몬이 신호를 전하는지, 어떤 영역이 외부 자극에 반응하고 감정과 행동을 바꾸는지에 초점을 맞추면 하루가 새롭게 보인다.
저자는 최신 뇌과학 연구 결과를 친근한 캐릭터와 함께 이야기 형식으로 풀어냄으로써 독자가 더욱 흥미롭게 자신의 뇌를 관찰하고, 나아가 타인과 사회를 이해하도록 돕는다. 그의 말처럼 세상이 점점 더 빠르게 변하는 지금, 우리는 서로를 이해하기 위해 좀더 노력을 기울여야 하는지도 모른다.

뇌의 24시간

이 책의 24개 장은 하루 24시간을 의미한다. 이야기 속에는 3개월 된 아기에서 70세의 노인까지 볼스트라트 거리의 주민 12명이 등장한다. 각 장의 도입부에서 시시각각 달라지는 이들의 일상 이야기로 흥미를 유발하고, 더불어 이 장에서 뇌의 활동이 어떻게 펼쳐질지 유추해볼 수 있다. 본문에서는 뇌의 구조와 활동을 묘사한 그림과 함께 뇌과학자들이 뇌에 대한 지식을 어떻게 밝혀냈는지 들려주는 ‘연구와 실험’, 뇌와 관련한 짤막하고 흥미로운 사실을 귀띔해주는 ‘뇌 상식’을 통해 멀게 느껴지는 뇌과학에 가까이 다가선다. 각 장 마지막의 ‘뇌를 이해하고 활용하는 법’에서는 본문에서 설명한 뇌과학 연구 결과를 실생활에 적용하는 방법을 전한다.
우리의 뇌는 타인을 이해하고 함께 살아가기 위해 진화한 기관이다. 그래서 나의 뇌를 아는 것은 다른 사람들을 아는 길이기도 하다. 또한 뇌는 각자의 삶에 따라 달리 형성되기 때문에 사람마다 다르고, 특별하다.
뇌는 기본 단위인 신경 세포, 즉 뉴런으로 구성되며 몸 전체와 연결돼 있다. 다양한 뇌 영역이 특정한 자극이나 경험에 대한 반응을 담당하며, 뇌에서 나오는 신경 전달 물질과 호르몬이 우리 몸속을 오가며 여러 기관과 정보를 주고받는 화학적 전달자 역할을 한다. 예를 들어 성호르몬인 테스토스테론은 남녀 모두에게서 4~18세에 활성화되며, 에스트로겐은 기분을 변화시키고 에너지를 공급하는 등 생식 계통을 넘어 뇌 전체에 강한 영향을 미친다.
아침에 일어나면 우리 뇌의 시교차 상핵에서 24시간의 일주기 리듬이 시작된다는 사실은 미국의 과학자들이 알아냈다. 이들은 바깥세상과 완전히 차단된 동굴 속에 한 달 넘게 살면서 햇빛 없이도 인체 내부의 시계를 유지할 수 있다는 것을 증명했다.
우리의 일주기 리듬을 조절하는 호르몬은 멜라토닌이다. 수면 호르몬이라고도 하는 멜라토닌 수치는 저녁이 되면 올라가며 잠잘 시간이라는 신호를 보냈다가 새벽이 되면 내려가기를 반복한다. 청소년이 늦게 잠들고 아침에 일어나기 힘들어하는 이유는 성인보다 멜라토닌이 더 늦게 분비되고 필요한 수면 시간은 더 길기 때문이다.
한편 우리를 실제로 잠재우는 신경 전달 물질은 아데노신이다. 멜라토닌과 아데노신이 함께 작용해 잠들었다 깨어나는 하루의 흐름을 만든다. 커피를 마시면 잠이 오지 않는 것은 카페인이 뇌 속의 아데노신 수용체를 차단해 잘 시간이라는 신호를 받지 못해서다. 또한 뇌가 스트레스에 대처하려고 분비하는 호르몬인 코르티솔도 수면을 어렵게 할 수 있다. 밤잠을 충분히 자야 학습한 내용을 장기 기억에 잘 저장하고, 우리에게 필요한 렘(REM)수면과 비렘수면 모두를 취할 수 있다.
신생아들은 아직 시교차 상핵이 완전히 작동하지 않아 짧은 수면을 밤낮 없이 반복하고, 이 시기의 부모들은 밤새 오롯이 이어지는 통잠을 간절히 그리워한다. 그러나 이때도 아기들의 뇌는 계속 자라 생후 1년쯤 되면 낮에 활동하고 밤에 잠드는 주기가 갖춰진다. 아기들을 뇌자도(MEG) 스캐너에 눕혀 놓고 촬영한 결과, 생후 7개월만 돼도 외국어보다 모국어에 더 민감하게 반응하는 것으로 나타났다. 태어난 지 얼마 되지 않은 시점에는 뇌가 모든 언어의 소리에서 미묘한 차이를 구분해내지만 성장하면서 모국어를 배우는 데 집중하는 것이다. 이렇게 아기들의 뇌는 자신이 태어난 문화에 적응하기 위해 열심히 일한다.
뇌과학자들은 인간의 뇌를 이해하기 위해 다양한 연구 방법을 시도한다. 그러다가 뇌에 대한 새로운 사실을 발견하기도 한다. 예를 들어 쥐의 뇌를 연구하다가 쥐들도 사람처럼 사춘기에는 위험을 감수하고 집을 떠나 세상을 탐험하려 한다는 것이 밝혀졌다.
또한 사춘기 쥐와 성체 쥐를 알코올을 마음대로 섭취할 수 있는 환경에 두자, 사춘기 쥐들은 혼자 있을 때보다 또래와 함께 있을 때 음주량이 크게 높았다. 연구자들은 쥐들에게도 음주할 때 또래 압력이 작용한다고 결론지었다.

공감하는 뇌

우리의 뇌는 타인이 움직이는 모습을 보기만 해도 내가 움직일 때와 똑같이 반응한다. 이는 거울 뉴런 때문이다. 이 신경 세포는 실험실에서 원숭이가 상자를 직접 들어 올릴 때와 연구자가 상자를 드는 것을 볼 때 원숭이의 뇌에서 똑같이 활성화하는 것을 발견하며 알려졌다. 이런 현상은 MRI 연구 결과, 사람에게서도 나타났다.
거울 뉴런과 사회적 뇌는 우리가 도움이 필요한 타인에게 공감하고 손 내밀게 해준다. 상대의 처지가 나와 너무 다르다고 느끼거나 전쟁·전염병 등 위기 시에는 자기 의견을 고수하고 상대의 말을 듣지 않는 경향이 높아지지만, 연구에 따르면 훈련으로 역지사지하고 경청하는 능력을 키울 수 있다. 상대와 생각이 같지 않더라도 서로 이해할 수 있게 되는 것이다. 함께 국가대표팀을 응원하는 것 같은 공동의 경험을 해보는 것도 시도할 만한 방법이다.
이 책에서는 우울증, 비만을 비롯한 갖가지 사회적 낙인도 뇌과학의 관점에서 다시 들여다본다. 예를 들어 폐경기는 여성의 생식 기관뿐만 아니라 뇌도 격렬한 변화를 겪는 시기다. 그러나 이 시기 여성의 뇌에 대해서는 일반적으로 잘 이해하지 못한다. 폐경은 어느 날 갑자기 일어나는 것이 아니라 긴 시간에 걸쳐 에스트로겐 같은 호르몬 수치가 바뀐 결과이다.
저자는 폐경기가 인생의 중요한 전환점이라고 말한다. 이 시기에 열감과 땀, 우울감, 기억력 감퇴 등이 있지만 이는 호르몬 변화에 따른 일시적 현상이며 폐경기를 잘 넘기면 여성의 뇌는 발전한다. 참가자들에게 다양한 사진을 보여준 실험 결과 폐경기를 지난 여성들은 긍정적 이미지를 볼 때 편도체 같은 뇌의 감정 중추를, 부정적 이미지를 볼 때는 사고와 계획을 담당하는 전전두 피질을 더 활성화했다. 이는 뇌가 긍정적인 면에 주의를 기울이고 인생의 어려움에 더 잘 대처할 수 있도록 적응했다는 뜻이다.
노인의 뇌에 대한 부분에서는 치매 같은 노인성 질병과 함께 노화의 긍정적 측면도 짚어본다. 연구자들은 노인들이 왜 부정적 사건에 젊은이들보다 여유롭게 대처하는지 알아보려 했고, 실험 결과 노인들이 청년들과 뇌를 다르게 활용한다는 것이 드러났다. 부정적 장면을 재해석할 때 노인들의 전전두 피질은 젊은이들보다 더 활성화했는데 이 현상은 두 가지로 해석할 수 있다. 첫째, 나이가 들수록 후두엽보다 전두엽을 활용해 인지적 과제를 더 효율적으로 처리한다. 둘째, 노인들은 삶의 경험을 쌓으며 부정적 사건을 자연스럽게 받아들이도록 학습했다. 즉 이들은 인생의 다양한 고비를 이미 겪었고, 대부분의 어려움은 지나가며 나중에 돌이켜보면 별일이 아님을 안다. 이렇게 연륜과 함께 깊어지는 지능을 결정 지능이라고 한다.
뇌과학자들은 우정, 사랑, 행복에도 관심을 가지고 연구한다. 앞서 이야기했듯 뇌는 타인에게 공감하는 데 최적화된 기관이다. 친구의 고통에도 나의 고통처럼 반응하며, 친구를 기만하면 불쾌감을 느끼는 뇌섬엽이 활성화해 이건 옳지 않다는 경고를 보낸다. 우정은 삶이 고통스러울 때 우리를 보호해주는 완충재 역할을 하며, 사랑도 마찬가지다. 키스펩틴이라는 신경 전달 물질이 뇌에 작용해 동반자에게 깊은 유대감을 느끼게 해준다.
행복이 무엇인지에 대한 정의는 사람마다 다르지만, 행복을 느끼는 데에도 다른 사람들의 존재는 중요하다. ‘행복 호르몬’이라는 별명이 있는 옥시토신은 신체 접촉, 애정 표현, 협력 등으로 분비된다. 또한 내가 어딘가에 속해 있다거나 누군가와 이어져 있다는 소속감에 대한 욕구가 충족됐을 때 우리는 행복을 느끼고, 사회에 기여하고자 하는 동기와 힘을 얻는다.

이 책에서는 생소하고 어렵게 느껴지는 뇌 관련 용어와 기전을 쉽고 친근하게 설명하기 위해 노력을 기울인다. 예를 들면 트라우마가 뇌 구조를 변화시켜 스트레스에 취약해질 수 있다고 설명할 때, 트라우마를 뇌에 남은 ‘흉터’에 비유하는 식이다. 저자는 이 상처가 전문가의 도움이나 좋은 관계를 통해 나아질 수 있다고 말한다.
대중의 눈높이에 맞춘 서술의 배경에는 과학자로서 우리가 사는 세계에 보탬이 되고 싶은 저자의 바람이 있다. 그는 머리말에서 뇌과학 연구 결과를 많은 사람들과 나누는 데서 깊은 보람을 느낀다고 밝힌다. 뇌에 관심 있는 독자에게 뇌의 기본 구조와 기능, 뇌과학의 최신 흐름을 알기 쉽게 전하는 안내서로, 뇌과학에 대한 사전 지식 없이도 편안히 읽을 수 있다.