[한국심리학신문=신연우 ]

신경가소성이란?

뇌는 끊임없이 주변 환경과 상호작용하며 행동을 변화시키고 영향을 주는 동시에, 이러한 행동 패턴과 환경적 영향에 의해 다시 형성되는 적응 가능한 시스템이다. 이러한 상호작용적 관계는 신경가소성(neuroplasticity)이라는 개념으로 설명될 수 있는데, 이는 뇌가 내부적 혹은 외부적 변화에 반응하여 그 구조를 수정할 수 있는 능력을 의미한다. 신경가소성은 뉴런 간의 시냅스 연결이 형성되거나 해체되는 과정을 통해 일어난다.

신경가소성은 크게 기능적 가소성(functional plasticity)과 구조적 가소성(structural plasticity)으로 나뉜다. 기능적 가소성은 손상된 영역의 기능을 뇌의 다른 건강한 부분이 대신 수행하는 능력이다. 예를 들어, 언어 처리를 담당하는 브로카 영역이 뇌졸중으로 손상되었을 때, 뇌의 다른 부분이 손실된 기능을 보완하고 재조직되는 현상이 이를 보여준다.

구조적 가소성은 성장, 경험, 감정 반응(특히 두려움 등)에 따라 뇌 구조 자체가 변화하는 것을 의미한다. 높은 자극과 다양한 학습 경험은 시냅스 연결의 밀도를 증가시키며, 이는 장기 강화(long-term potentiation, LTP)라는 현상으로 설명된다. 이는 반복적인 활동이 수상돌기의 분지를 증가시켜 뉴런들이 서로 새로운 연결 경로를 형성하게 함을 의미한다. 반대로, 이러한 자극이 없고 특정 행동이 중단되면 시냅스 가지치기(neural pruning) 현상이 발생하여 불필요한 뉴런과 시냅스 연결이 제거된다.

이러한 신경가소성에 대한 이해는 뇌 손상 이후의 재활, 학습 및 기억력 증진, 신경 질환 치료 등 다양한 분야에 실용적으로 적용될 수 있으며, 임상 및 교육 환경에서 신경가소성을 효과적으로 활용하기 위해서는 이 연구의 강점과 한계를 이해하는 것이 중요하다.

Maguire et al. (2000)

Maguire는 공간 기억과 길찾기에 관여하는 뇌의 해마(hippocampus) 영역이, 장기간의 복잡한 길찾기 경험을 통해 구조적으로 변화하는지를 알아보기 위해 연구를 수행했다. 이 연구는 상관관계적 설계를 사용했으며, 오른손잡이 남성 런던 택시 운전사 16명의 MRI 스캔 결과를 오른손잡이 남성 일반인 50명으로 구성된 통제 집단과 비교하는 방식이었다.연구에서는 회색질 밀도를 측정하기 위해 복셀 기반 형태 측정법(VBM)과 해마의 면적을 정량적으로 측정하기 위한 픽셀 카운팅(pixel counting) 기법이 사용되었으며, 연구자의 편견을 줄이기 위해 블라인드 테스트(single-blind) 방식을 도입하여 MRI 스캔의 그룹 정보를 연구자에게 비공개로 하였다. 절차는 최소 1.5년 이상 택시 면허를 보유하고, 런던의 복잡한 도로망에 대한 필수 시험인 “Knowledge”를 통과한 택시 운전사들의 MRI 스캔을 분석하여 해마 구조의 변화를 확인하는 방식으로 진행되었다.

연구 결과

그 결과, 택시 운전사들은 일반인보다 후측 해마(posterior hippocampus)가 더 크게 나타난 반면, 전측 해마(anterior hippocampus)는 더 작게 나타났다. 또한 VBM 분석을 통해 오른쪽 후측 해마의 크기와 택시 운전 경력 연수 간에 정의 상관관계가 있음이 밝혀졌는데, 이는 운전 기간이 길수록 해당 뇌 부위의 구조적 변화가 크다는 것을 시사한다.

신경가소성과 해마 구조의 변화

이 연구는 환경적 요구에 따라 해마가 적응한다는 점에서 신경가소성을 뚜렷하게 보여준다. 특히, 과거의 공간 정보를 회상하는 역할을 하는 후측 해마가 확대된 것은 수상돌기 분지(dendritic branching)와 같은 기전을 통해 구조가 강화된 결과로 해석된다. 반면, 새로운 공간 정보를 인코딩하는 전측 해마의 크기가 감소한 것은 뉴런 가지치기(neural pruning)에 의해 불필요한 연결이 제거되었기 때문일 수 있는데, 이는 택시 운전사들이 새로운 길을 지속적으로 배우기보다는 이미 숙지한 경로를 주로 사용하는 데에서 기인한 것이다. 결론적으로 이 연구는 뇌 기능의 국지화뿐만 아니라, 환경적 자극이 뇌 구조에 미치는 영향을 구체적으로 입증하며, 신경가소성의 핵심 개념인 “경험이 뇌를 형성한다”는 원리를 실증적으로 보여준다.

참고문헌

Maguire, Eleanor A., et al. “Navigation-Related Structural Change in the Hippocampi of Taxi Drivers.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 97, no. 8, 2000, pp. 4398–4403. https://doi.org/10.1073/pnas.070039597

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