【뉴욕】 뇌는 어떻게 하여 신체의 각 부위가 자신의 신체의 일부라고 인식하는 것일까. 옥스퍼드대학(영국) 신경학연구소 H. Henrik Ehrsson 박사팀이 유명한 「고무 손의 착각」을 이용한 연구에서 자기의 신체 인식기능을 지배하는 뇌의 부위가 발견됐다고 Science(2004; 305: 875-877)에 발표했다.
정수리와 소뇌가 관련
「고무 손」을 이용한 실험에서는 피험자가 테이블 아래로 손을 내리고 그 바로 위 테이블에 의수를 위치시킨다[그림]. 피험자의 손과 의수를 동시에 붓으로 문지르면 피험자는 점차 의수가 자신의 손이라는 감각을 갖게 된다.
MRI로 뇌의 활동을 관찰하면서 실험을 진행한 Ehrsson 박사는 다감각 신호의 통합 및 자신의 손 위치에 관해서는 두정부(정수리)와 소뇌 영역이 관계하는 것으로 나타났다고 설명한다.
감각신호는 손을 보는 것과 붓의 감촉을 느끼는 것과 관련한다.
한편 뇌의 전 운동영역은 신체 각 부위에서 일어나는 사건의 자각과 관련한다.
박사는 “고무 손의 착각은 (1)두정소뇌의 다감각 통합 (2)도달 범위에서의 상지(上肢) 고유 감각의 재계측 (3)전 운동피질에서의 자기 속성 인식이라는 3개의 뇌 기능에 의한 것이다.
전 운동피질의 활동과 자신이 보고 있는 손의 귀속에 관한 감각이 관련되는 것은 중요한 발견이다. 이는 다양한 다감각 통합이 자기 귀속 감각의 기본적인 기전이라는 사실을 보여주고 있다.
이번 연구에서는 뇌에서의 이러한 감각을 생체기능 MRI (fMRI)로 알아보았다.
고무의 손의 착각은 시각, 촉각, 위치(고유 감각), 고유 감각에 대한 시각의 우위성이라는 감각이 서로 작용하여 나타난다”고 설명한다.
기존 동물실험에서는 두정과 복측의 전 운동피질에 있는 신경집단이 자신의 팔의 시각적·감각적인 위치와 관련하며, 다감각 정보에 근거하는 팔의 위치 측정 역시 두정과 복측의 전 운동피질에서 이루어지는 것으로 알려져 있었다.
그러나 이러한 뇌 영역에서 나타나는 활동이 자신이 보고 있는 팔의 귀속에 관한 인식과 관련하는지는 나타나 있지 않았다.
박사는 이를 확인하기 위해 사람 손을 이용하여 손의 귀속에 관한 감각을 실험적으로 조작해 보았다. 이번 연구는 고무 손의 착각이 피험자의 손과 의수가 서로 직선 상으로 위치할 때 동시에 붓으로 문지를 경우에만 나타난다는 사실에 근거하여 실시됐다.
손 위치의 인식과 붓으로 문지르는 타이밍에 관한 4가지 조건을 2가지씩 합쳐서 실험한 결과, 피험자는 다른 조건보다 「동시·적합」 조건 하에서 가장 큰 착각을 일으켰다.
3가지 방법으로 뇌 활동 분석
뇌 활동은 3가지 방법으로 조사할 수 있었다.
우선 지금까지 명확하게 설명되지 못한 착각에 관한 실험 중 뇌 활동을 조사한 결과, 복측 전 운동피질 영역 6과 후부 영역 44에 대응하는 중심앞고랑(precentral sulcus)의 양측 하부에서 검출되었다. 또 양측의 이마덮개(frontal operculum)에도 많은 정보가 전달돼 있었다.
두번째 방법으로는 피험자마다 평가된 착각의 세기와 뇌 활동의 관계가 조사할 수 있었다. 착각에 관한 피험자의 주관적 평가와 전 운동피질에서의 뇌신경 활동의 레벨은 직선적인 관계에 있었다.
또한 우측 소뇌의 활동과 착각의 강도가 깊은 관련이 나타났다.
세번째 방법으로는 착각이 일어날 때까지 걸리는 시간 (약 11)초를 이용하여 착각 전후의 뇌 활동을 비교하는 것으로, 전 운동피질 활동의 시간적 변화가 분석되었다.
좌측의 전 운동피질에서는 피험자의 착각이 시작된 후에야 비로소 활동이 강화되었다.
Ehrsson 박사는 “이러한 3가지 실험결과에 의해 신체 부위의 자기 귀속은 전 운동피질에서의 다감각 통합에 의한 것이라는 가설이 증명됐다. 이것은 두정엽 피질과 소뇌를 포함한 회로의 일부에서 발생하는 것으로 보인다.
이러한 2가지의 뇌영역에서는 상호작용 효과가 발생하는 경향이 있으며(좌측두 정상：P＜0.009, 좌측 소뇌：P＜0.003), 착각에 관한 주관적 평가와 소뇌의 활동은 크게 관련한다”고 말한다.
박사팀은 두정부에 장애를 가진 환자는 자신의 팔을 자신의 신체의 일부라고 인식할 수 없는 경우가 있다고 지적하고 있다.