이번 포스팅은 인지신경과학에 대한 내용입니다. 엄밀히 따지면 심리학은 아닌데 심리학의 연구에서 떼어 놓을 수 없습니다. 신경과학과 심리학 사이에서 등장했다고 생각하시면 됩니다. 심리학의 분류를 참고해 주세요.
인지신경과학이란?
인지신경과학은 주로 신경생물학적 메커니즘을 연구하여 인간의 지각, 운동능력, 언어, 기억, 추론, 감정 등과 관련된 기초적인 인지 기능을 이해하는 학문 분야입니다. 이 분야는 주로 신경과학, 신경심리학, 인지심리학, 뇌영상화 및 모델링을 활용하여 연구가 이루어집니다. 좀 쉽게 이야기하면 생물학적으로 신경이 어떻게 연결되어있나에 중점을 두었다고 생각하면 됩니다.
인지신경과학의 기원과 역사적 발전
인지신경과학은 1950년대의 인지주의 혁명을 통해 탄생했으며, 다양한 과학 분야에서 비롯한 관심을 통합하여 인지과학 분야가 형성되었습니다. 그러나 인지 신경 과학의 뿌리는 더 오랜 역사를 가지고 있을 수도 있으며, 뇌지식의 역사를 참조하면 이를 확인할 수 있습니다. 이 분야는 1970년대 후반에 마이클 가자니가와 조지 미러 등 신경과학과 인지심리학 연구자들에 의해 명명되며 본격적으로 통합된 학문으로 나타났습니다.
신경심리학과 기억
이 분야의 성장은 여러 요인에 의해 촉진되었는데, 그 중에서도 먼저 언급할 만한 것은 신경심리학입니다. 신경심리학은 뇌 손상이 행동에 미치는 영향을 연구하는 과학 분야로, 이를 통해 뇌 해부학적 구조와 인지심리학 간의 연결고리를 추적하는 연구가 가능해졌습니다. 이 분야에서 가장 유명한 사례 중 하나는 1950년대 후반에 브렌다 밀러와 윌리엄 스코빌에 의해 연구된 사례입니다. 이 환자는 HM이라는 별명으로 알려져 있으며, 간질 발작을 해소하기 위해 뇌 측두엽에서 좌우 해마를 절제하는 수술을 받았습니다. 이 연구자들의 기여는 이 수술이 환자에게 위험을 초래하면서도 특이한 기억장애를 일으켰음을 밝혀냈습니다. HM은 전반적인 기억상실, 특히 전진적인 기억력 손실, 즉 새로운 정보를 기억하지 못하게 되었으며, 그 기억이 지속하는 시간은 몇 초 수준이었습니다. 과학적 관점에서 볼 때, HM 사례는 당시의 인지심리학 이론에 의해 제기되었던 다양한 기억 시스템의 존재를 특히 현저하게 입증한 사례로 간주됩니다. 실제로, 기억상실에도 불구하고 HM은 수술 몇 년 전에 경험한 사건을 기억할 수 있었고, 새로운 제스처를 배울 수 있는 능력을 보였습니다.
신경 심리학과 언어
폴 블로커의 연구는 신경심리학 연구의 초기 단계를 대표하며, 1861년에 그가 수행한 연구는 이 분야의 중요한 출발점이었습니다. 그 연구에서 그는 언어 생성 능력에 심각한 문제가 있는 환자의 왼쪽 앞머리 부위에서 병변을 관찰했습니다. 이 환자는 말 그대로 두 음절인 “탕탕”만 발음할 수 있었습니다. 이 특정 뇌 영역은 현재 “블로커 영역”으로 알려져 있으며, 언어 생성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 이 영역의 병변으로 인해 발생하는 표현적 어휘 손실, 즉 “블로커 실어”는 병변의 정도에 따라 다양하게 나타납니다. 이 연구는 또한 당시의 위치주의 이론을 다시 논의하고 재고하는 계기가 되었습니다.
비슷하게, 1875년에 다른 신경외과 의사인 칼 웰니케는 언어 이해 장애가 있는 환자의 뇌에서 연구를 수행했습니다. 그 연구에서 그는 언어 이해를 담당하는 뇌 부위로 알려진 좌측 후방 영역(웰니케노 영역)에서 병변을 발견했습니다. 이 환자는 언어 표현에는 능숙하지만 그의 연설은 전혀 의미가 없는 것으로 나타났습니다.
전기생리학과 시각
인지 신경 과학의 동적 성장에 크게 영향을 미치는 요소 중 하나는 뇌 전극을 사용하여 내장된 각성된 동물 뉴런의 전기 활동을 기록하는 전기 생리학 기술의 발전입니다. 이 기술의 개발은 대규모 데이터 처리가 가능하게 되었고, 이것은 마이크로컴퓨터의 확대 사용과 연결되어 있습니다.
따라서 1960년대에 David Hubel과 Torsten Wiesel은 시각 체계의 뉴런이 시각 정보를 처리하는 “단계”마다 시각적 정보가 어떻게 더 복잡한 방식으로 분석되는지를 보여주었습니다. 이들 신경생물학자들은 고양이와 막각원숭이의 초기 시각 피질에서 특정 뉴런들이 특정 각도에서 활성화되어 시야의 특정 영역에 있는 막대 이미지에만 반응하고, 다른 뉴런들은 ‘복합체’라고 불리는 것을 관찰했습니다.
처음에는 ‘단순한’ 뉴런이 있었지만, 그 뒤로 ‘단순한’ 뉴런은 한 방향으로 움직일 때 활성화되고 반대 방향으로는 반응하지 않는 반면, ‘복잡한’ 뉴런은 이미지가 한 방향으로만 움직일 때 활성화되는 것으로 나타났습니다. 마지막으로, ‘초복합’ 뉴런이 특정 각도 또는 막대의 가장자리를 탐지하는 데 기여하는 것으로 확인되었습니다. 뉴런의 복잡성이 증가함에 따라 수용장의 크기, 즉 뉴런이 반응하는 시야 영역도 확장됩니다. 이러한 연구 결과는 뇌가 망막으로부터 입력된 이미지를 어떻게 처리하는지에 대한 신경생물학적 기초를 제공하며, 이로 인해 1981년에 후벨과 비젤이 노벨상을 수상하게 된 계기가 되었습니다.
역사적 기원
인지신경과학은 사람의 심리가 실제로 물리적인 우리 몸의 신경 메카니즘이 어떻게 동작하는지 알아내는 것인데, 우리 뇌의 어느 특정한 영역이 어떤 역할을 하고 어떤 움직임을 하게 만드는지 연구하면서 점점 발전해 왔습니다. 동물을 이용해 실제로 뇌의 특정한 부분에 전기자극을 가하고 어떻게 몸이 움직이는지를 연구하기도 하여 근육들과 뇌를 맵핑하고, 기술이 발전하면서 fMRI 를 이용해 뇌의 어느 특정부분이 활성화 되는지 알게되었고 인지신경과학이 한분야로 생겨나게 되었습니다.