거울뉴런,공감의수수께끼를풀열쇠
1990년이탈리아파르마대학의연구팀은원숭이의뇌에전선을꽂고이런저런자극에대한반응을조사하던중우연히이상한현상을발견했다.원숭이가건포도를집어들때발화하던뇌영역이사람이건포도를집는것을볼때에도발화하는것이었다.관찰대상의행동을그대로미러링하기에‘거울뉴런’이라고명명된이특이한신경세포의발견에전세계과학자들은흥분했고,유명한신경과학자라마찬드란은“생물학에서DNA가했던역할을심리학에서는거울뉴런이하게될것”이라고예언했다.거울뉴런의발견이이처럼혁명적인사건으로평가받은것은어째서일까?
거울뉴런이발견되기전까지신경과학자들은뇌의각영역이고도로분업화되어있다고가정했다.즉뇌의뒤쪽에있는시각피질에서정보를받아들이면,앞쪽에있는전운동premotor영역에서행동을계획하고일차운동피질에서행동을실행한다고여겼다.그러나우리가다른사람의행동을보고그것을이해하고따라할때(가령,다른사람이초콜릿을먹는걸보고맛있겠다고여기며따라먹을때),우리자신의시각체계와운동체계의기제는명백했지만우리가어떻게타인의행동을이해하는지는수수께끼였다.신경과학자들은보는것과행동하는것사이에어떤정신화모듈mentalizingmodule이따로있다고여기고그것을찾아헤맸다.
어떤행동을직접할때만이아니라다른누가같은행동을하는것을볼때에도활성화되는거울뉴런의발견은입력(시각체계)대출력(운동체계)이라는뇌분업화모델을깨뜨리며,어떤뇌영역에서는보는것과하는것이동일할수있다고시사해주었다.뿐만아니라타인의행동을이해하는데정신화과정이늘필요하지는않으며,전운동피질에있는거울뉴런이어떤직관적인이해를제공할수있다고암시해주었다.타인의행동에본능적으로반응하는이특별한신경세포에의해서,당신의행동은나의행동이되고,당신이하는것을나는느끼게되는것이다.
대단히복잡한계산을쉽게해내는최신인공지능컴퓨터도사람의마음을헤아리는것은어려워한다.반면에사람은일곱살만되어도타인의마음을읽는전문가가된다.우리는어떻게복잡한계산보다어려운다른사람의마음을이해하는일을그토록쉽게해낼수있을까?한개인의인지차원(개인적뇌)을넘어서사람들간의마음을연결하는어떤기제(사회적뇌)가존재하는것이아닐까?저자는거울뉴런의발견자중한명인비토리오갈레세의강연을듣고,거울뉴런이뇌과학의오랜숙제인‘공감’의비밀을풀열쇠임을직감했다.2000년박사과정을마치자마자저자는파르마대학연구팀에합류해본격적으로거울뉴런연구를시작했고,2004년네덜란드왕립학술원신경과학연구소에독자적인연구소를개설하여공감의신경과학적기초를밝히는일련의중요한연구들을수행했다.
사람에게도거울뉴런이존재한다
파르마연구팀은원숭이에게거울뉴런체계가있다는것을발견했지만사람에게도있는지는확인할수없었다.이제까지의실험은원숭이의뇌에머리카락굵기의작은전선을삽입해뉴런이발화할때생기는미세한전기자극을감지하는식이었다.하지만사람의뇌에전극을삽입하는것은매우위험하기때문에(뇌수술전일부간질환자들에게예외적으로행해진다)과학자들은여러비침습적방법을고안했는데,이책의저자가이용한fMRI(기능적자기공명영상)뇌스캐닝도그중하나다.(fMRI는뇌의특정부위가활성화될때더많은산소를필요로한다는점에착안해,커다란자석통안에피실험자를눕히고미세한혈류의증가를측정해영상화하는장치다.)
우선저자는원숭이실험을통해서거울뉴런이시각정보뿐아니라청각정보에도반응한다는것을밝혔다.원숭이가직접종이를찢을때활성화되는뉴런이사람이종이를찢는모습을볼때에도,원숭이눈을가리고종이찢는소리만들려줄때에도똑같이활성화되었다.이로부터우리는원숭이의거울뉴런이행동의실행,관찰,소리라는세가지차원을결합한다는것을알수있다.그렇다면인간에게도이러한청각거울뉴런이있을까?
저자는실험참가자들에게헤드폰을씌우고fMRI스캐너에눕힌후콜라캔을따서컵에따르는소리,종이찢는소리,지퍼여는소리등을들려주었다.실험결과는원숭이실험때와일치했다.손으로직접동작을할때활성화되는부위가같은동작의소리를들을때에도활성화되었다.원숭이에게청각거울체계가존재한다는것을확인한지2년만에,저자는fMRI실험을통해서사람에게도그와유사한거울체계가존재한다는것을확인할수있었다.TMS(경두개자기자극)기계,PET(양전자방출단층촬영)스캔등다양한방법을이용한여러연구자들의연구결과도사람에게거울체계가존재한다는사실을뒷받침한다.
공감을잘하는사람일수록거울체계가강하다
거울체계의존재는공감의개인차를설명해준다.공감의정도를측정하는간단한방법중하나는이책의부록에도수록되어있는텍사스대학의마크데이비스가개발한설문조사다.저자는이설문조사에서가장높은점수를받은이들(공감능력이뛰어난이들)과가장낮은점수를받은이들의뇌를스캔해비교해보았다.점수가높은사람은행동거울뉴런이강하게활성화된반면,점수가낮은사람은어떤유의미한활성화도보이지않았다.이로부터우리는행동거울체계의개인차가타인에게얼마나잘공감하는지와밀접한관련이있다고판단할수있다.
하지만여기에는단서가붙는다.우리가타인의행동에더많이주의를기울이고,그행동을직접했을때어떤느낌일지느껴보려고의도적으로노력할수록우리의거울체계는더강하게활성화된다.거울뉴런은우리뇌의시각과청각,운동영역들간의특정한연결패턴의결과다.그연결이강할수록우리는더자연스럽게타인의행동에공감하고그들의관점에서세상을바라보게된다.그리고그연결의강도는얼마든지후천적이고의식적인노력에의해서강화될수있다.
거울뉴런은우리의지각을변화시킨다
이러한사실을극명하게보여주는실험들이있다.피아노를한번도쳐본적이없는사람들과피아노연주경험이풍부한사람들에게피아노곡을들려주면서그들의뇌반응을검사한결과,유경험자들은피아노연주와관련된손가락운동영역을활성화시켰지만문외한들은그렇지않았다.유경험자들은피아노연주를배움으로써피아노음악을듣는방식까지변화시켰다.그들은피아노곡을귀를통해들을뿐아니라자기손가락의움직임을통해서도지각한다.그들이피아노곡을들을때손가락을가만두기힘들어하는것은이때문이다.
또함께연습하며서로의동작에대해잘아는남녀발레무용수들에게발레영상을보여주었을때남녀모두일정하게거울뉴런이활성화되었지만,남자는남자무용수만이하는특정한동작에,여자는여자무용수만이하는고유동작에더강하게반응했다.자기몸으로계속반복해서연습했던동작을봤을때거울뉴런이더강하게반응한다는사실은,거울체계가태어날때완전히결정되는것이아니라후천적경험을통해서얼마든지강화될수있다는점을말해준다.
누구나한번쯤어떤운동경기를몸소배운다음TV중계를볼때훨씬많은것이보이는경험을해봤을것이다.고전적뇌과학은자신의행동을실행하는영역과타인의행동을이해하는영역을엄격히구분함으로써,자신의행동(피아노연주나발레동작)과타인의행동에대한지각(피아노나발레공연감상)간의이러한상호작용을설명할수없었다.거울뉴런의발견을통해우리는비로소행동과지각간에긴밀한인과관계가있음을깨닫게되었다.그러므로스포츠든음악이든해당분야를더깊이알고자하는사람에게신경과학이들려주는조언은새겨들을만하다.“공부하지말고기술을습득하라.그러면훨씬잘이해하게될것이다.”
우리는행동뿐아니라정서와감각도공유한다
우리가타인과공유하는것은신체동작에국한되지않는다.우리는그사람의정서(감정)도공유한다.슬퍼하는사람을보면같이울적해지고,기뻐하는사람을보면덩달아기분이좋아진다.이러한정서전염은거울체계와어떤관련이있을까?그리고그것을어떻게실험을통해증명할수있을까?
저자는딸기나민트같은기분좋은냄새,썩은달걀같은불쾌한냄새를맡을경우나타나는뇌활성화를측정한후각실험을통해불쾌한냄새를맡았을경우에만뇌양쪽의전섬엽anteriorinsula영역이강하게활성화되는것을발견했다.섬엽은음식의맛과냄새를처리하는부위로,특히구역질이라는신체감각과관련이있다.그런데참가자들은배우들이불쾌한냄새를맡고토할듯이인상을찌푸리는영상을보았을때에도마찬가지로섬엽부위를활성화시키면서역겨운듯얼굴을찌푸렸다.얼굴을찌푸리는행동이같은표정을짓게(안면모방)만드는전운동피질의대리활성화때문이라면,역겨움이라는같은정서를느끼게(정서전염)만드는것은섬엽의대리활성화때문이다.
한편다른사람이손을베이는것을보는순간,우리는마치자신의손이베인것처럼아픔을느낀다.여기서문제가되는것은이제까지살펴본행동이나정서의공유가아닌,‘감각’의공유다.감각에대해서도거울체계와같은것이있을까?
우리가직접신체접촉을당할때느껴지는여러감각(아픔,뜨거움,차가움,간지러움등)을체성감각somatosensation이라고하는데,이때뇌의양반구상단에위치한일차체성감각피질SⅠ과실비우스열양측면에위치한이차체성감각피질SⅡ이활성화된다.저자는실험참가자에게브러시로다리를쓸어내리는영상을보여준후,참가자의다리를목욕타월로직접쓸어주며뇌활동을스캔했다.피실험자가직접접촉을경험할때는당연히체성감각영역이활성화되었지만,놀랍게도타인이접촉을당하는것을볼때에도같은영역(특히SⅡ)이활성화되었다.운동체계에서행동의거울뉴런이발견된지10여년만에,저자는정서와감각에대해서도유사한체계가존재한다는것을처음으로밝혀낸것이다.
거울뉴런에서공유회로로
이제까지거울뉴런은행동의영역에서만주로연구되었다.거울뉴런이라는용어자체가본래행동중심적이다.우리뇌가다른사람의행동을내적으로시뮬레이션하여그행동에대한거울상을생성한다는의미를담고있기때문이다.행동뿐아니라정서와감각에도유사한체계가존재한다는것을증명한저자는행동과정서와감각의미러링을모두포괄할수있는새로운용어로‘공유회로sharedcircuits’를제안한다.
전운동피질에서우리는직접행동하는것과타인이같은행동을하는것을보는경험을공유한다.마찬가지로섬엽에서역겹다는느낌과타인이역겨워하는것을보는경험을공유하고,체성감각피질에서접촉의감각과타인이접촉을당하는것을보는경험을공유한다.우리자신의행동과정서와감각영역을대리활성화시킴으로써타인의행동과정서와감각을공유하게해주는우리뇌안에공통배선되어있는이신경회로전체를일컫는개념이바로‘공유회로’다.
시각피질은세상을인식하는데필수적인뇌영역이지만,우리뇌는타인에게일어나는일을공유할때이특화된영역에만의존하지않는다.행동이든정서든감각이든우리뇌는직접경험할때이용했던동일한뇌영역을타인의경험을공유하는데에도활용한다.행동과관련해서는운동영역(전운동피질)을,정서와관련해서는정서영역(섬엽)을,감각과관련해서는감각영역(체성감각피질)을말이다.활성화되는뇌영역은그때그때다르지만원칙은동일하다.미러링은개별뇌영역의특수한속성이아니라우리뇌기능의일반적원리이며,이우아한단순성에의해서우리들의뇌는서로공감하도록,타인과연결되도록진화해왔다.
행동의거울뉴런,협력의메커니즘
행동과지각을연결하는거울체계는우리의삶에서구체적으로어떻게작동할까?저자는두사람이식탁을들어옮기는행위를예로들어서거울체계의작동기제를알기쉽게설명한다.“내가식탁을들어올리기시작하면,나의운동영역에서시각피질로정보의흐름이만들어진다.동시에나는당신이식탁을들어올리기시작하는것을본다.그것은당신의전운동피질에서당신의몸으로정보의흐름을만들뿐아니라,거기에서나의눈,나의시각피질그리고나의전운동거울뉴런에이르는정보흐름도생성한다.당신이탁자를들어올리는모습은나의‘들어올림거울뉴런’을활성화하고,탁자의높이를유지하기위해탁자를더들어올리는나의정확한반응의실행을촉진한다.그것은다시나의전운동피질에서시각피질로흐르는정보를낳고,또한당신이나의동작을관찰함에따라나의전운동피질에서당신의시각피질로흐르는정보를낳고,이런식으로계속된다.”
순간적이고자동적으로일어나는이모든과정은순차적정보교환이라기보다는마치두개의뇌가하나로연결되는미세조정과정과같다.여기서두사람의뇌를연결하는것이바로자신의행동과다른사람의행동에대한지각을연결하는거울뉴런이다.거울뉴런은우리의신체와탁자를포함한외부세계전체를인터페이스로삼아복잡한정보의흐름을정교하게조율해낸다.우리뇌가수백만년의진화를거쳐만들어낸이정교한체계를통해서,우리는혼자서는절대할수없었던일들을함께해내며위대한문명의도약을이뤄냈다.큰동물의사냥에서우주왕복선의제작까지우리의모든복잡한사회적상호작용(‘협력’)은거울체계에의해가능했다.
자폐증과사이코패스의공감능력
자폐증이나사이코패스처럼공감능력이결여된듯보이는사람들의경우는공유회로가손상되어있는것일까?결론부터말하면,두경우모두에서공유회로는정상으로보인다.
자폐증이있는사람은수식이나날짜계산같은특정분야에만관심을쏟고,다른사람의시선이나얼굴표정같은사회적상호작용에는별로관심을기울이지않는다.이것은저자의fMRI실험결과로도증명되는데,일반인이타인의표정을모방할때활성화되는영역들이자폐증이있는사람의경우에는더약하게활성화되었다.하지만흥미로운사실은일반인은나이가들수록안면모방시뇌활성화가줄어드는데비해,자폐증이있는사람은그반대라는것이다.18세의자폐증실험참가자들은비정상적으로낮았지만,30세에이르면정상수준을보였고,일부자폐증노인의경우에는일반인보다더많이활성화되었다.실제로공유회로가더활성화된자폐증성인은정상적인사회생활이가능해져친구도많아지고직업도가질수있게된다.
이러한연구결과로부터우리는자폐증이있는사람의공유회로가망가진것이아니라지체된것이라고추론할수있다.DNA상의어떤유전적결함으로(뉴렉신과뉴로리긴이라는단백질군의문제로밝혀졌다)발달초기에두뇌영역간의연합이덜활발해지고,그결과공유회로의발달이지연되는것이다.이때아이의반응부족에좌절한부모는안면모방등의상호작용을덜적극적으로하게되고,따라서아이의가뜩이나낮은사회적자극에대한관심은더욱약화된다.더많은학습경험이필요한아이에게더적은학습기회가제공되는악순환에빠지는것이다.자폐아가더강한공유회로를조기에발달시킬수있도록돕는여러치료법이연구되고있다.(일례로,큰거울이있는방에서부모와다른아이들과함께놀면서타인의행동,얼굴표정,정서에더많이관심을기울이고더자주모방하도록격려하는식의상호작용이긍정적인효과를보고하고있다.)
한편교묘하게다른사람을조작할뿐아니라끔찍한범죄를저지르고도조금의죄책감도느끼지않는사이코패스의경우는어떨까?
저자는네덜란드법무부의협조를얻어21명의사이코패스수감자의뇌를검사했다.한손이다른손을비틀고뿌리치거나서로사랑스럽게쓰다듬는영상을보여주고,실제로피실험자의손에그러한동작을하면서fMRI로뇌의반응을측정했다.예상대로사이코패스는체성감감영역,섬엽,전운동피질등감각,고통,기쁨을느끼는데관여하는뇌영역이일반인에비해덜활성화되었다.그러나놀랍게도사이코패스실험참가자에게영상속의사람들에게적극적으로공감해보라고요청하자그들의반응은일반인만큼이나정상이었다.
이러한실험결과로부터저자는사이코패스가공감능력이결여된것이아니라자발적으로공감하지않는것이라고결론내린다.사이코패스범죄자들의재범률을낮추는데이제까지의약물치료와행동치료는거의효과가없는것으로밝혀졌다.사이코패스들이의식적으로자신의공감능력을내면깊숙이잠재운다는최신뇌과학의발견을바탕으로새로운치료법을고민해야할것이다.
