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[박영숙의 미래여행]뇌 스캔으로 꿈 해독하는 신경과학 기술
(서울=뉴스1) 박영숙 세계미래보고서 2055 저자 = 바다 표면 위에 튀어나와 있는 섬처럼 꿈은 의식의 일관성 없는 에피소드로 우리의 수면에 구멍을 낸다. 잠자는 두뇌에서 어떻게 자각하는가 하는 문제는 과학자들과 철학자 모두에게 오랫동안 이해할 수 없는 주제였다. 지난 수십 년 동안 과학자들은 급속 안구 운동 수면(REM, 렘수면)과 꿈이 연관성이 있다고 생각했다. 렘수면이란 수면단계의 휴식중인 뇌가 역설적으로 깨어 있을 때와 같은 고주파 뇌파를 발생시키는 단계로서 뇌는 활성화되어 있으나 신체의 근육은 이완되어 있는 상태다.
그러나 꿈은 렘수면에만 국한된 것은 아니다. 일련의 보고서에 의하면 뇌가 저주파활동의 지배를 받고 있는 비렘수면 시간 동안에도 꿈을 꾸고 있는 신호를 발견했다. 최근 ‘네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)’에 발표된 새로운 연구를 통해 이와 같은 딜레마에 대한 대답을 얻을 수 있게 되었다.
위스콘신대학교의 연구진들은 자원자의 수면 중 뇌파를 면밀히 모니터링하여 렘수면이든 비렘수면이든 관계없이 꿈꾸는 것과 관련된 뇌의 ‘핫 스팟’을 정확히 찾아내는데 성공했다. 논문의 저자인 프란체스카 시클라리 박사는 ‘꿈꾸는 뇌의 특징을 정확히 식별’할 수 있게 되었다고 말했다.
나아가 관찰을 기반으로 개발된 알고리즘을 이용하여 90%의 정확도로 꿈을 꾸고 있는지를 예측할 수 있게 되었고 더욱 놀라운 사실은 꿈의 내용을 대략적으로 분석할 수 있게 되었다.
수면의 해부학
밤새 잠자는 동안 독특한 뇌 활동 패턴을 가진 서로 다른 수면 단계를 반복하게 된다. 과학자들은 수면 단계를 정확하게 파악하기 위해 머리에 256개의 전극을 배치하여 뇌파의 수와 크기를 모니터링하는 방법을 사용한다. 밤에 졸게 되면 뇌는 전체 표면에 저주파 활동을 생성한다. 이러한 파동은 신경이 ‘다운 상태’에 있고 뇌 영역간의 의사소통이 불가능하다는 것을 의미한다. 이는 의식 상실 상태에서 저주파활동이 나타나는 것과 관련이 있는 현상이다.
꿈 사냥꾼
이러한 역설적인 결과를 연구하기 위해 시클라리 교수 연구팀은 32명의 자원자를 대상으로 뇌파를 기록하면서 밤사이에 임의의 간격을 두고 잠에서 깨도록 했다. 연구진은 졸린 참가자들에게 꿈을 꾸고 있었는지, 그렇다면 꿈의 내용은 무엇이었는지를 질문했다. 밤새 200번 이상 이러한 일이 이루어졌다. 연구팀은 꿈과 관련이 있는 활동을 관찰하지 않고 후두부의 ‘핫 존’을 이루는 뇌 영역을 발견했다. 이 영역은 꿈의 발생에 따라 역동적인 활동을 나타냈다.
꿈은 수면 단계나 전체적인 뇌 활동보다는 핫 존에서의 저주파의 감소와 두뇌의 일정한 지역에서 뉴런의 흥분과 두뇌활동을 반영하는 고주파가 증가되는 현상과 관련이 있었다.
시클라리 교수는 꿈을 꾸는 동안 핫 존이 활동한다는 것은 의미가 있다고 말했다. 이전의 연구에서는 이러한 뇌 영역을 전극으로 자극하면 ‘평행 세계’의 감각을 유도할 수 있다는 점을 보여 주었다. 또한 핫 존은 감각 정보를 통합하여 주변의 가상모델을 구축하는 영역에 포함되어 있다.
활성화된 핫 존이 실제로 ‘꿈의 서명’이라면 핫 존의 활동은 언제든지 꿈을 꾸고 있는지를 예측할 수 있어야 한다. 논문의 저자들은 연구 결과를 기반으로 알고리즘을 만들어 다른 그룹으 사람들에게 정확성을 테스트했다.
연구진들은 알고리즘이 실험 대상자가 꿈을 꾸고 있다고 경고할 때마다 대상자들을 깨웠다. 전반적으로 이 알고리즘은 대략 90% 정도의 정확성을 나타냈다. 대상자들은 꿈을 꾸고 있었다는 사실을 알고 있었지만 꿈의 내용까지는 기억하지 못하는 경우도 있었다.
꿈의 해독
핫 존에는 시각적 정보를 처리하는 영역이 있다. 연구진들은 뇌파 기록을 통해 참가자들의 꿈의 내용을 읽을 수 있는지를 연구했다. 꿈은 지각적이며 더욱 추상적이고 ‘생각과 비슷할’ 수 있다. 얼굴, 장소, 움직임, 말 등 꿈의 공통 구성요소들은 핫 존의 식별 영역에 의해 처리되기 때문에 연구진은 이러한 측면에 집중하기로 결정했다. 놀랍게도 꿈속에서 이야기를 했던 참가자들은 언어와 관련된 뇌 영역에서 활동이 나타났다. 사람에 대한 꿈을 꾸었던 사람들은 얼굴인식 센터가 활성화되었다.
시클라리 교수는 꿈을 꾸면서 꿈의 특정한 내용에 대해 깨어 있을 때와 동일한 뇌 영역을 활성화하는 것을 의미한다고 말했다.
의식의 발달
연구진은 아직 꿈을 꾸는 동안 무엇이 핫 존을 활성화하는지를 설명하지는 못하고 있다. 하지만 꿈이 더 큰 개념으로 기억을 처리하는 등의 생물학적 목적을 가지고 있다는 해답을 밝힐 수 있다.
꿈을 꾸는 동안의 두뇌활동을 매핑하게 되면 경두개 직류전기 자극과 같은 비침습성 치료방법을 이용하여 꿈을 직접 조작할 수 있다. 꿈이 없는 상태를 유도하여 불면증 환자를 도울 수 있고 꿈을 억제하면 외상 후 스트레스 장애 환자에게 악몽이 없는 좋은 수면을 유도할 수 있다. 꿈에 대한 연구는 의식 연구를 위한 귀한 모델이 될 수 있다.
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