영화 속 과학
뇌에서 나오는 전자기파, 기계 구동 명령어로 활용
전신마비 환자 뇌에 칩 삽입…생각만으로 로봇 팔 움직여
2009년 개봉한 영화 ‘아바타’(사진)의 주인공 제이크 설리(샘 워싱턴 분)는 외계 종족인 나비족의 몸을 내 몸인 것처럼 조종한다. 뇌파로 컴퓨터를 조작하는 BCI(brain–computer interface) 기술에 상상력을 보탠 설정이다.
현재의 기술로 다른 생명체를 조정하는 것은 무리다. 하지만 단순 기계 조작엔 아무런 문제가 없다. 알파파(안정적인 상태에서 나오는 뇌파)나 베타파(집중했을 때 나오는 뇌파) 등 뇌에서 나오는 전자기파의 변화를 감지해 이를 기계의 구동 명령어로 활용하면 된다.
2012년 앤드루 슈워츠 미국 피츠버그대 교수는 전신마비 환자의 뇌에 칩을 삽입한 뒤 생각만으로 로봇팔을 움직여 초콜릿을 먹는 실험을 시연했다. 국내에도 비슷한 사례가 많다. 대구 한국뇌연구원엔 뇌파로 드론을 띄우는 체험 시설까지 마련돼 있다.
뇌파 신호의 의미를 해독해 영상으로 바꾸는 작업도 진행되고 있다. 일본 뇌정보통신종합연구소는 2013년 사람들이 꿈속에서 본 이미지를 재생하는 원리를 설명한 논문을 과학 학술지 ‘사이언스’에 게재했다. 특정 사물을 볼 때 나타나는 뇌파와 꿈을 꿀 때 나타나는 뇌파의 패턴이 비슷하면 이 사물이 꿈속에 등장했다고 간주할 수 있다는 게 논문의 골자다.
뇌정보통신종합연구소는 꿈을 꾼 사람들을 깨운 뒤 꿈속에서 무엇을 봤는지를 물었다. 꿈을 꿀 때 측정한 뇌의 행동 패턴은 실제로 해당 사물을 봤을 때와 거의 흡사했다. 개인 간 편차 때문에 꿈을 영상이란 형식으로 재생하는 게 쉽지 않지만 대략적인 꿈의 내용은 얼마든지 파악할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.
잭 갈란트 미국 UC버클리 교수 연구팀이 한 연구도 주목할 만하다. 이들은 실험 참여자들이 영화를 보는 동안 뇌의 상태와 뇌파의 변화를 측정하고 이를 다시 영상으로 바꾸는 실험을 했다. 또렷한 이미지는 아니었지만 전체 영화 장면 중 75%를 맞히는 데 성공했다.
전문가들은 수십 년 뒤엔 아침에 일어나 스마트폰으로 지난밤의 꿈을 재생할 수 있게 될 것으로 기대하고 있다. 인공지능(AI)과 빅데이터 기술의 발달로 방대하고 생경한 ‘뇌의 언어’를 분석하는 작업이 한층 더 쉬워졌다는 설명이다.
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꿈을 분석하면 나를 알 수 있다?
잠을 자는 동안 뇌에서 어떤 일이 벌어지는 것일까요?
그리고 꿈을 꾸는 이유는 무엇일까요?
그저 아무 의미 없는 ‘진화의 게임’에 불과한 것일까요?
2005년 과학 학술지 <네이처>에 실린 현대적 개념에 따르면, 두뇌는 여러 신경세포 연결망이 서로 이어진 구조로 되어있으며 각 연결망은 수면 상태 동안 특별한 기능을 수행해요. 그중 첫 번째 연결망은 시상하부 앞쪽의 ‘시삭전 영역’에 있어요. 우리가 잠이 들면 뇌 세포의 활동 속도를 떨어뜨리고, 동시에 세포를 자극하는 역할을 한답니다. 이곳에서 쾌활한 감정을 담당하는 영역으로 뇌파를 보내면 두뇌가 수면 상태로 들어가게 되지요.
두 번째 영역은 신경 연결망 8개가 뭉쳐 2개의 줄기로 이어진 감각 영역으로, 흥분을 일으키는 뇌파가 이 영역에서 대뇌겉질로 전달돼요. 이 계통이 시작되는 한쪽 지점은 뇌줄기에 위치한 그물 형태의 영역이고, 다른 한 쪽은 ‘청반’이라고 불리는 곳이에요. 영역에 있는 세포들은 ‘노르에피네프린’과 같이 두뇌를 자극하는 신경전달물질을 한꺼번에 방출해요. 두뇌 중추에 있는 분자전달 신경세포인 흥분성 세포는 노르에피네프린뿐만 아니라 글루탐산과 아스파르트산, 아세틸콜린, 도파민, 세로토닌, 그리고 히스타민도 분비한답니다.
그뿐만이 아니에요. 외측 시상하부에는 ‘오렉신’이나 ‘히포크레틴’과 같은 특수 신경전달물질을 만들어내는 수많은 신경세포들이 모여 있는데, 만일 그 영역이 너무 작거나 분자 수용을 감당할 만큼 크지 않은 사람의 경우에는 대낮에 갑자기 잠이 들었다 금방 깨어나는 희귀 질병에 걸릴 수도 있어요.
두뇌는 스위치와 같은 원리로 움직여요. 아예 각성 상태에 있거나 완전한 ‘수면’ 모드로 들어가지요. 수면과 각성 중추의 가장 중요한 특징은 서로를 차단할 수 있다는 점이에요. 즉, 하나가 작동하고 있으면 다른 하나는 조용히 ‘쉬고’ 있지요. 그러다가 어떤 중추의 일부가 자극을 받으면, 두뇌는 그 즉시 자극받은 중추가 관리하는 상태로 돌입해요.
두뇌의 스위치가 켜고 꺼지는 일이 수시로 반복되는 상황을 막기 위해 필요한 것이 바로 오렉신이에요. 흥분 상태에 있을 때 분비되는 오렉신은 우리가 각성 상태에서 잠이 들지 않도록 도와주지요. 잠에 들기 위해서는 수면 중추가 활성화 되어야 해요. 수면 중추는 느린 속도로 활성화가 되는데, 이 상태에서 우리는 점점 정신이 멍해지는 기분을 느끼게 된답니다.
꿈 해몽은 믿을 만한 걸까?
신경생리학적 관점에서 볼 때, 우리 꿈 속에 ‘비밀’이 숨겨져 있다는 것은 정말 터무니없는 생각이에요. 꿈은 그저 우리의 일반적인 감정 상태를 표현하거나, 우리가 각자 특정 순간에 겪은 독 특한 경험을 바탕으로 만들어지는 것이니까요. 그러니까 꿈 해몽 책은 별로 도움이 되지 않아요. 하지만 만약 불길한 꿈을 자꾸 반복해서 꾼다면 정신과 의사를 찾아가는 게 좋을 수도 있어요. 꿈을 꾸는 이유를 밝혀내면 현재 겪고 있는 문제를 제대로 들여다 보거나 해결책을 찾아볼 수도 있지요.
미국 정신생리학자 로잘린드 카트라이트는 심리치료사가 환자 자신보다 환자를 더 잘 이해할 수 있다고 했어요. 환자의 문제들 중에서 스스로 해결할 수 있는 것을 찾아주고, 가장 최근에 꾼 꿈에 대해 들으며 도움이 필요한 문제가 무엇인지 확인하지요. 모든 문제들이 무의식 속에 숨어있다고 주장한 프로이드의 이론과 달리, 중요한 문제는 정직하게 ‘꿈’의 형태로 모습을 드러내곤 한답니다.
과학자들은 건강하고 싶다면 수면 시간을 7시간 이상으로 늘리라고 추천해요. 잠이 부족하면 심혈관, 내분비기관, 면역계, 신경계 등 각종 계통에 문제가 생기지요. 또 잠을 제대로 자지 못하면 면역력이 낮아져서 다른 사람들보다 훨씬 병에 걸리기 쉬워진답니다. 오늘 밤도 푹 자면서 좋은 꿈을 꾸길 바라요.