나는 두뇌짱이 되고 싶다

1 우리가 몰랐던 뇌의 비밀을 밝힌다



01 인류 최대의 수수께끼, '뇌' 바로 알기

인간의 뇌는 우리 몸무게의 2퍼센트, 신문지 한 면 크기의 표면적밖에 안 되지만, 무궁무진한 창조력과 상상력을 발휘해 오늘날의 문명을 이룩했다. 인간의 뇌는 기능을 중심으로 크게 세 층으로 나뉘는데, 각 층은 서로 정보 전달을 하면서도 기능상 상대적으로 독립되어 있고, 서로의 영역을 함부로 넘나들지 못하도록 몇 겹의 안전장치를 갖추고 있다. 이는 기본적으로 생명 그 자체를 보호하기 위한 목적으로 형성되고 발달된 것이다. 우선 맨 아래쪽 층은 일명 파충류의 뇌라 불리는 뇌줄기로, 호흡과 소화, 순환계 및 생식계등 주로 기본적인 생명 기능을 관장한다. 이곳은 우리가 음식을 먹을 때, 신피질의 판단과는 무관하게 뇌줄기는 음식물을 소화하고, 영양분을 흡수해 그것이 살이 되고 피가 되는 과정을 관리한다.



변연계(구피질)는 대뇌 피질과 뇌줄기의 중간에 있는 기억과 감정, 그리고 호르몬을 조절하는 중앙부로, 변연계는 '포유류의 뇌'라고도 부른다. 변연계가 손상되면 포유동물의 학습 기능과 기억 기능이 사라져 버리기 때문에 파충류와 비슷한 행동을 하게 된다. 이 밖에도 변연계에는 호르몬 조절부인 시상하부와 뇌하수체가 포함되어 있다. 콩알 크기만한 시상 하부는 음식을 섭취하고 체온과 수면을 조절하며, 우리 몸에서 가장 중요한 호르몬 생산 공장인 뇌하수체를 조절한다. 이 시상 하부가 손상되면 소변을 많이 보게 되는 요붕증에 걸리게 된다. 또 뇌하수체가 파괴되거나 고장이 나면 난쟁이나 성불구자가 되어 정상적인 생활을 영위할 수 없게 된다. 따라서 변연계는 기본적인 생명과 기억 기능을 유지하는 데 없어서는 안 될 아주 중요한 부위다.



마지막으로 인간 고유의 두뇌 활동을 수행하는 대뇌 피질(신피질)이 있다. 일명 '인간의 뇌', '공부의 뇌'라고도 한다. 대뇌 바깥을 둘러싸고 있는 신피질에서는 언어 활동을 토대로 기억, 분석, 종합, 판단, 창조 등 인간 고유의 두뇌 활동이 이루어진다. 종교 사상 문화 과학 등 인류의 선택 축적된 지적 재산은 모두 신피질의 활동 결과다. 인간은 신피질로 인해 스스로를 돌아보며(성찰), 자신의 내적 욕망을 현실화(창조)할 수 있었다. 성찰의 특성은 종교, 철학, 명상 등의 정신 문화의 발달을 가져왔고, 욕구의 실현(창조)인 기술 문명의 발달을 촉진했다.

뇌사는 어떤 상태를 말하는 걸까?

뇌줄기는 호흡, 혈압, 심장 박동등 중요한 생명 반사를 담당하고 있어서 이것이 손상되면 뇌사 상태가 된다. 뇌사 상태에 빠지면 호흡, 혈압, 맥박, 체온의 생명 기능을 어느 정도 유지할 수는 있지만 결국 죽게 된다. 요즈음에는 뇌사 상태에 이르더라도 심장, 간, 신장, 폐 등 다른 중요한 장기는 살릴 수 있기 때문에 뇌사를 죽음으로 인정하는 경우가 늘어나고 있다. 우리에게 고귀한 정신이나 학문의 구현, 돈보다도 더 중요한 것이 바로 기본적인 생명 유지라는 것을 명심해야 한다.





02 천재들의 머릿속이 궁금하다

공부를 하는 기능은 뇌의 가장 바깥쪽 껍질 부위인 대뇌 피질이고, 대뇌 피질이 발달해야 머리가 좋다. 대뇌 피질은 전두엽, 측두엽, 두정엽, 후두엽으로 나뉜다. 후두엽은 뇌 뒤쪽에 있으며, 시각 정보가 시각 피질에 도달하면 모양, 위치, 운동상태를 분석한다. 측두엽은 청각 조절 중추가 있으며, 다른 측두엽 부위에서는 인지 기능과 기억 기능을 조절한다. 이 측두엽이 손상되면 환각이나 기억 장애가 나타난다. 특히 뇌졸중(중풍)으로 좌측 측두엽 부위에 심한 손상을 받으면 실어증이 나타나고, 반면, 오른쪽 측두엽에 자극이 가해지면 동시에 두 장소에 있는 것같은 느낌을 갖게 된다.



앞머리에 있는 전두엽은 가장 큰 대뇌엽으로, 변연계와 밀접하게 연결되어 있다. 전두엽은 어떤 상황이 위험한지 아닌지를 결정하고, 목표 지향적인 행위를 주관한다. 만일 전두엽이 손상을 받거나 망가지면, 복잡한 행동을 하거나 아이디어를 구상하는 일 등이 불가능해진다. 머리 뒤쪽을 향해 내려가는 두정엽은 외부로부터 오는 정보를 조합하는 곳으로, 문자를 단어로 조합해 의미가 있는 것으로 만들거나 어떤 것을 생각해 만들어 내는 기능을 한다. 이 밖에 나머지 대뇌 껍질 부위는 공부와 고도의 정신적 창조적 기능을 담당하는 연상 영역으로, 두뇌의 우수성과 우수한 문화를 창조할 수 있는 가능성이 결정된다.



대뇌 피질 영역을 발전시키기 위해서 가장 좋은 방법은 뇌 중추 사령부 속에 설치되어 있는 회로를 보다 치밀하게 만들어 효율성을 극대화하는 것이다. 모든 신경세포는 사용하면 할수록 회로가 많아지고 튼튼해지지만, 뇌신경세포는 중간에 적절한 휴식을 취하여서 뇌를 쓰는 것이 뇌 세포의 효율성도 높이고 뇌를 좋게 한다. 단순 암기는 주로 창조의 뇌 밑에 있는 변연계를 발달시키기 때문에 창조의 뇌 발달에는 큰 도움을 주지 못하며, 변연계 위쪽에 있는 창조의 뇌가 발달하려면 암기보다는 원리를 생각하고 합리성을 따지는 공부를 해야 한다.

수학 물리학의 천재 아인슈타인의 뇌

인류역사상 가장 우수한 아인슈타인의 천재성은 뇌의 어느 부위에서 나오는 것일까? 천재는 현재의 사고를 뛰어넘는 창조적인 사고 기능과 이들 사고를 연합하고 추론하는 연상 및 추론 기능, 끊임없이 추구하는 근면성과 집중력이 누구보다 뛰어나다. 최근의 정밀 조사 결과 아인슈타인의 두정엽 하단 부위가 보통 사람보다 15% 정도 더 크며 두정엽과 측두엽 사이의 고랑인 실버안 고랑이 더 많은 세포들로 채워져 보통 사람보다 얕은 것으로 나타났다. 이 부위가 아인슈타인의 천재성과 관련되어 있을 가능성이 높다. 보통 사람들도 이 부위를 발달시키기 위해서는 어릴 때부터 퍼즐 게임, 도형 맞추기, 관련 숫자 및 언어 맞추기 등 입체적 공간적 사고를 발달시키는 교육이 필요하다.

03 공부에도 단계가 있다

인간의 두뇌는 대뇌 피질을 기준으로 볼 때 앞의 전두엽부터 뒤의 후두엽 쪽으로 이동하면서 발달한다. 따라서 학습법은 전두엽을 자극하는 과정부터 시작해서 후두엽을 자극하는 과정으로 변화해 나가는 것이 가장 이상적이다. 뇌 발달 이론에 따르면, 언어 기능을 담당하는 측두엽의 발달 시기에 맞춰 만 6세 이후에 한글 학습을 하는 것이 가장 효과적이다. 영어 공부도 마찬가지다. 이중 언어 환경에 사는 아이라면 두 가지 언어를 동시에 쉽게 습득할 수 있다. 측두엽의 언어 담당 신경 세포는 한국어나 영어나 같기 때문에 두 언어를 동시에 받아들일 수 있는 것이다. 뇌 학자들은 외국어 공부는 되도록 초등학교 입학 전후에 시작하는 것이 더 효과적이라고 말한다. 외국어는 다양한 방법으로 재미있게 학습하는 것이 좋다.



이 시기에 집중적으로 발달하는 또 하나의 뇌 부위인 두정엽은 수학 물리학적 기능을 담당한다. 입체적 공간적 인식 기능이 발달하는 이때에 수학과 물리 등을 공부하게 되면, 흥미도 불러일으킬 뿐만 아니라 학습 효과도 매우 높다. 또한 두정엽을 발달시키기 위해서는 퍼즐 게임, 언어 맞추기 등과 같은 입체적 공간적 사고를 발달시키는 학습이 필요하다. 이러한 학습은 두정엽을 포함한 광범위한 대뇌 피질을 동원하는 연상과 추론을 요하기에 수학적 두뇌 발달에 좋다. 인간의 뇌는 12세 이후부터 시각 기능을 담당하는 후두엽 발달로 이어진다. 이것이 뇌 발달상의 자연스러운 과정임을 이해하고, 역으로 자기 자신을 돌아보고 성찰할 수 있는 기회를 마련하는 것이 바람직하다 하겠다.

뇌속에 공부를 돕는 천연각성제가 있다

외부로부터 들어오는 모든 정보는 신체의 감각 기관을 통해 척수를 거쳐 뇌줄기에 이르고, 여기에서 모아진 정보는 다시 시상을 거쳐 최고 중추인 대뇌 피질에서 최종적인 판단을 해서 필요한 명령을 다시 아래로 내려보내 적절한 행동을 하게 한다. 이때 거미줄 같은 수많은 전파 섬유가 각성 전파를 계속 보내 최고 중추인 대뇌 피질을 맑은 정신으로 깨어 있도록 하는데, 이 전파 섬유를 망상활성화계(그물활성화계)라고 한다. 망상활성화계는 인간의 의식을 명료하게 유지해 주는 각성제 역할을 한다. 따라서 망상활성화계를 활성화시켜서 잘 유지하면 다른 사람보다 더 맑은 정신으로 공부를 잘 할 수 있다. 또한 오감을 적절히 자극하고 이용할 필요가 있다.



04 공부의 열쇠, 신경 전달 물질과 수용체

공부를 포함한 인간의 모든 정신 작용과 갖가지 활동을 주관하는 뇌의 기능이 '신경 전달 물질'이라는 사실은 가장 획기적인 발견 중 하나다. 1921년 오토 뢰비 박사는 신경 전달 물질의 존재를 처음으로 증명했으며, 이 신경 전달 물질을 '미주 신경' 물질이라 명명했다. 그 후 이 물질은 아세틸콜린임이 밝혀졌고, 현재까지 뇌에는 40여 종류가 넘는 신경 전달 물질이 있음이 밝혀졌다. 우리 정신세계를 움직이고 조절하는 것도 화학적 신경 전달 물질에 의해 이루어지고 있다는 사실은 많은 것을 시사해 준다. 즉 뇌의 모든 기능이 많은 종류의 신경 전달 물질에 의해 이루어지고 있는 것이다. 다시 말해서 인간을 인간답게 만들고, 인간 활동의 최고 주체이며, 인류 문화 창조의 근원이 곧 신경 전달 물질이라 해도 과언이 아닌 셈이다.



신경 전달 물질은 신경 세포막에 도달하며, 세포막에 있는 특수한 구조인 '수용체'와 결합함으로써 흥분이 전달된다. 말하자면 신경 전달 물질인 열쇠가 수용체인 열쇠 구멍에 맞게 결합함으로써 다음 신경 세포막에 있는 대문이 열려 정보가 전달되는 것이다. 어떤 이유로 전달 물질의 유리가 적어지면, 수용체 수는 증가하고, 반대로 유리가 너무 많아지면 수용체 수는 줄어들어 우리 뇌의 기능이 일정하게 항상성을 유지하게 된다. 이러한 항상성이 깨질 때 여러 가지 신경 정신 질환이 발생하는데 앞으로 뇌의 두 주역인 신경 전달 물질과 수용체의 특성에 관한 연구가 과학의 첨단 연구가 될 것이다. 뇌는 쓰면 쓸수록 좋아진다



사고, 판단, 창조와 같은 인간만이 가진 고도의 지적 활동을 총괄하는 뇌 부위인 전두엽은 주로 열 번째 A 신경핵인 A10 도파민 신경 섬유로 구성되어 있다. A10 도파민 신경계가 활성화되면 도파민 유리가 계속되어 정보 전달이 더욱 원활해지면서 끝없이 이루어져, 창조와 인간 정신 창출이 무한히 이루어질 수 있다. 즉 창조가 창조를 낳게 되어, 쓰면 쓸수록 머리가 좋아지는 것이다. 분명한 것은 이 신경계는 기능의 과다를 막는 장치인 자가 수용체가 없기에 쓰면 쓸수록 발달한다는 사실이다. 그러나 전두엽에서의 도파민 과잉 활동은 창조를 촉진시킬 수도 있지만 정신 분열을 일으킬 수도 있다. 결국 천재와 광인은 종이 한 장 차이인 것이다.



05 두뇌 속 앰뷸런스, 교감 신경계

조회 시간에 갑자기 쓰러진다거나 누워 있다 일어날 때 넘어지는 경우 그것은 혈액의 흐름을 조절하는 자율 신경계의 기능 이상에서 오는 경우가 많다. 자율 신경계는 장기 기능을 조절하는 신경계로서 소화기, 순환기, 비뇨기 등 내장을 지배한다. 자율 신경계는 교감 신경계와 부교감 신경계로 나뉜다. 심장이나 위를 움직이게 하는 게 바로 교감 신경과 부교감 신경이다. 이들에 의해 심장 박동이 빨라지거나 느려지며, 위장 운동이 촉진되거나 억제된다. 모두 우리 의사와는 전혀 무관하게 자율적으로 움직이기 때문에 자율 신경계라고 부른다. 이때 교감 신경계와 부교감 신경계는 보통 서로 반대 방향으로 작용한다. 이들은 어느 쪽 작용이 얼마나 우세하느냐에 따라 장기 기능이 결정되는 것이다.

교감 신경계는 흔히 육체적 운동을 하거나 적을 피해 달아날 때, 혹은 목숨을 걸고 싸울 때 크게 흥분한다. 뿐만 아니라 심한 출혈, 산소 혹은 혈당 등의 부족에 대처해 광범위한 전신 반응을 일으키고 영양분을 신속히 동원해 격동하는 몸 속 환경 변화를 바로잡게 한다. 이때는 노르에피네프린이 신경 전달 물질로 작용하게 된다. 이에 비해 부교감 신경계는 주로 장기를 보호하고 체내의 자원을 유지 회복하는데 아세틸콜린이 신경 전달 물질로 작용한다. 자율신경계, 특히 교감 신경계의 반응이 둔화되면 혈관 수축이 잘 되지 않아 어지럼증을 느껴 쓰러지는 것이다. 이 경우를 기립성 저혈압이라고 한다. 이와 같이 우리의 뇌는 혈액 공급이 조금만 부족해도 순간적 의식 상실을 불러일으킨다. 이럴 경우 쓰러지면 중력의 영향이 없어져 뇌 쪽으로 혈액 공급이 원활해져 의식을 회복하게 되는 것이다. 따라서 어지럼증과 쓰러짐은 뇌를 보호하기 위한 일종의 방어 작용이라고 생각할 수 있다. 뇌는 우리 신체 기관 중에서 산소 부족에 가장 예민하게 반응하는 기관으로, 산소 부족의 지표인 셈이다.

2 두뇌짱이 되고 싶다면 잠자는 뇌를 깨워라



01 천재는 99%의 노력으로 완성된다

태어난 순간부터 뇌는 '사용하라, 그렇지 않으면 잃게 된다'는 원칙에 따라 움직인다. 뇌는 적절히 쓰면 쓸수록 좋아지나 사용하지 않는 회로는 사라지게 된다. 뇌는 유전적 지시보다는 환경과 노력 여하에 따라 자신의 구조를 역동적으로 재구성하는 것이다. 이와 관련해 미국 캘리포니아 주의 과학자들은 1996년 동물 실험 결과 '좋은 환경이 지적 능력을 개발하는 데 실로 중요한 몫을 담당하고 있다'는 사실을 밝혀냈고, 켐퍼만 박사는 또 "좋은 환경이 새로 분화된 뇌 세포를 더욱 많이 생존시킨다"고 설명했다. 즉 노년기에 여러 가지의 지적 자극에 적극적으로 노출되도록 노력하면 뇌 기능의 쇠퇴나 치매를 어느 정도 방지할 수 있는 것이다.



버클리 대학의 마크토젠츠위그 박사와 매리언 다이아몬드 박사는 쥐를 한 그룹은 장난감을 넣은 사육통에서 지내도록 했고, 두 번째 그룹의 쥐는 장난감이 없는 아주 제한된 공간에서 생활하게 했다. 그리고 세 번째 그룹은 보통 상태에서 지내도록 했다. 그 결과 장난감을 넣은 사육통에서 마음대로 놀게 한 쥐들만 뇌의 무게가 10%쯤 증가했다. 즉 재미있고 신선한 자극이 뇌의 발달은 촉진한다는 것이다. 이 같은 사실은 가히 혁명적인 것이었다. 늙은 쥐들을 젊은 쥐들과 한데 넣었을 때, 그 결과 늙은 쥐가 젊은 쥐에게 자극을 받아 뇌 무게가 10% 증가한 것이다. 죽은 신경 세포는 되살아나지 않지만, 살아있는 뇌신경 세포는 외부 자극에 의해 근육처럼 커진다. 근육처럼 커지는 부분이 수상 돌기다. 따라서 자극을 주면 수상 돌기 가지가 두꺼워지고 증가해 뇌를 더욱 젊고 활발하게 만들어 준다.

어떤 특정한 기술을 가진 사람이 보통 사람과는 다른 형태의 뇌를 가지고 있다는 사실은 오래 전부터 잘 알려진 내용이다. 예를 들면 음을 정확히 알아듣는 사람은 소리를 담당하는 뇌의 구조가 다르다. 영국 런던 대학의 일리노어 맥과이어 연구 팀은 1997년 런던의 택시 운전사들을 대상으로 위치와 경로에 관한 정보를 저장하는 뇌의 영역을 연구했다. 연구 결과 뇌의 해마상 융기 뒷부분이 운행(navigation)을 담당하는 부분이라는 사실이 밝혀졌다. 택시 운전사의 경우 이 부분이 일반인에 비해 2~3% 크고, 운전 경력이 오래될수록 더 커지는 것으로 나타났다. 반면 해마상 융기 앞부분은 뒷부분의 증가에 따라 수축했다. 그래서 해마상 융기의 전체적인 크기는 변하지 않았다. 이는 외부 자극에 대해 뇌의 구조가 변할 수 있다는 것을 의미하며, 뇌에 손상을 입은 사람들을 치료하는 데 중요한 정보가 된다. 이처럼 우리의 뇌는 평생 자극과 경험에 의해 끊임없이 변할 수 있으며, 이런 변화는 개인의 노력에 달려 있다.



IQ가 높으면 머리가 좋은 걸까?

머리가 좋다는 것은 단순히 기억력이 좋다는 의미 외에도 분석력, 사고력, 추론력, 표현력, 판단력, 계산력 등 종합적인 뇌 기능이 우수하다는 의미이므로 단순한 잣대로 쉽게 측정할 수 없다. 현재 통용되고 있는 지능지수(IQ) 검사법은 측정시기나 방법에 따라 여전히 상당한 오차를 드러내고 있