CogniFit - 두뇌 가소성과 인지력

"두뇌 가소성은 환경의 변화에 따라 그 구조와 기능을 바꾸는 신경계의 능력을 의미합니다. 이 용어는 현재 일반적으로 신경 심리학에 사용되지만, 쉽게 정의되지는 않는 행동으로, 이러한 유전자 발현의 변화 및 분자의 움직임에 이르기까지 많은 신경계 수준에서의 변화를 참조하는 데에 사용됩니다."

두뇌 가소성은 뉴런이 해부학 적으로 뿐만 아니라 기능적으로 재생하고 새로운 시냅스 연결을 형성할 수 있도록 합니다. 두뇌 가소성은 뇌가 스스로 회복하고 구조 조정을 할 수 있는 능력입니다. 신경계의 이러한 적응 잠재력은 장애 또는 상해 후에 뇌를 회복시키고 다발성 경화증, 파킨슨 병,인지 기능 저하, 알츠하이머, 난독증, ADHD, 성인 불면증,>유아 불면증 등과 같은 병리학으로 인한 구조 변화의 영향을 감소시킵니다.

훈련 전 신경망인지 자극 2주 이후 신경망인지 자극 2달 이후 신경망

시냅스 가소성

새로운 학습이나 경험에 맞닥뜨렸을 때, 두뇌는 신경 경로를 설정합니다. 신경 경로 또는 연결고리 간의 신경 세포로 만든 길이며 이것은 학습과 훈련을 통하여 두뇌에서 만들어진 물질입니다. 뉴런은 신경 경로 안의 한 지점인 시냅스에서 만나 상호 간의 의사소통을 합니다. 새로운 지식(반복 훈련을 통해)을 받아들일 때마다, 시냅스의 소통 혹은 전송은 연관된 신경세포들 사이에서 강화됩니다. 뉴런 간의 의사소통은 전기적 신호가 새로운 경로를 따라 더욱 효율적으로 전달될 수 있다는 것을 의미합니다. 예를 들어 새로운 종류의 새를 파악하려 할 때, 뉴런들 사이에 특정 연결이 생겨납니다. 시각 담당 피질 내의 뉴런은 새의 색깔을 저장할 것이며, 청각을 담당하는 피질 내의 뉴런은 그 새가 어떻게 불리는지에 대해 주의를 집중할 것입니다. 새를 완벽히 파악하기 위해 이름과 색깔 등의 특징에 대해 주의를 기울이게 됩니다. 신경회로로 다시 돌아가서 각각 다른 특징들을 저장하고 있는 뉴런들 사이의 의사소통을 통해 새로운 신호가 전달될 때 시냅스적 신호 송출의 효율성이 강화됩니다. 관련된 뉴런들 사이의 인지적 의사소통은 더욱 빨라집니다. 시냅스 가소성은 두뇌의 가장 유연한 능력일 것입니다.

신경 발생

시냅스 가소성은 기존의 신경세포 사이의 시냅스 공간에서 상호 간의 소통을 통해 달성되는 반면, 신경 발생은 뇌에서 새로운 신경 세포의 탄생과 확산을 의미합니다. 오랜 시간 동안 대부분의 과학자는 새로운 신경세포가 만들어진다는 것은 어불성설이라고 간주해왔습니다. 과학자들은 또한 뉴런은 죽으면 새로운 것으로 대체될 수 없다고 믿었습니다. 하지만 1944년 이후, 해마 치상회에 자리 잡은 특별한 종류의 줄기세포가 대뇌의 전두엽 피질에서 2개로 나뉜다는 과학적 발견이 이루어졌는데, 줄기세포와 축삭 돌기로 가득 찬 뉴런을 가진 세포입니다. 이 뉴런들은 두뇌가 필요로 하는 영역으로 이동할 것이며, 두뇌는 부족한 영역의 뉴런들을 보충하게 될 것입니다. 동물과 인간의 연구에서 밝혀진 것은 갑작스러운 뉴런의 죽음(예를 들면, 뇌졸중 직후)은 신경 발생을 촉발한다는 것입니다.

기능적 보상 가소성

노화에 따른 신경생물학적 저하는 연구에 잘 드러나 있으며 왜 노인들의 기능이 젊은 사람들보다 떨어지는가에 대한 인지력 테스트 결과를 설명합니다. 놀랍게도, 모든 노인이 낮은 능력을 보이지는 않았습니다. 일부는 젊은 사람들과 비슷한 성취도를 보였습니다. 예기치 못한 결과에 과학적인 조사를 하였는데, 새로운 정보를 처리할 때 높은 성취도를 보인 노인들은 젊은 사람들과 똑같은 두뇌의 영역을 사용할 뿐만 아니라 일반적 노인들이나 젊은 사람들이 활성화하지 못한 두뇌의 영역 또한 사용하는 것으로 밝혀졌습니다. 연구자들은 성취도가 높은 노인들이 추가적인 인지 요소를 사용해 보상전략을 세운 것으로 일반적인 결론을 도출하였습니다. 노화와 관련한 여러 가지 결핍 증상과 시냅스 가소성의 결핍의 출현으로, 두뇌는 신경인지 체계를 다시 정비하여 다중 요소 가소성을 만들어냈습니다. 연구는 두뇌가 두 반구의 영역을 활성화하여(젊은 사람의 경우) 대안적 신경 경로를 설정하였고, 문제를 해결할 방법에 이 기능을 사용한 것으로 결론지었습니다.

기능과 행동: 학습, 경험 그리고 환경

우리는 두뇌의 가소성이 생물학적, 화학적, 육체적 특징들을 변화시킬 수 있는 특성이 있음을 발견해냈습니다. 하지만 두뇌가 변하면서, 기능과 행동들은 병렬적인 과정에서 수정됩니다. 최근 우리는 방대한 환경과 경험적 요인이 유전적 혹은 시냅스 레벨의 두뇌 변화를 가져온다는 사실을 알고 있습니다. 새로운 학습은 가소성의 핵심 개념이며 두뇌는 새로운 환경을 적절히 이용하여 새롭게 학습한다는 것입니다. 새로운 학습은 어떠한 형태로 언제 어디서나 일어날 수 있습니다. 예를 들면 아이들은 많은 양의 새로운 지식을 학습하며 두뇌는 어린 시기에 새로운 지식을 받아들이기 위해 특별히 집중적으로 기능하게 됩니다. 새로운 학습은 신경 손상을 입었을 때 더욱 필요해지는데 예를 들어 병변이나 뇌졸중을 겪은 후, 손상된 부위를 지원하기 위한 기능이 활성화되며 새로운 학습이 필요하게 됩니다. 새로운 학습은 개인의 요구와 지식에 대한 갈증에 의해 발생합니다. 새로운 학습의 기회에 대한 상황의 다양성은 무언가를 학습할 때마다 두뇌가 활성화되어 새로운 질문을 던지게 됩니다. 연구는 이것이 사례가 아님을 시사합니다. 두뇌가 새로운 지식을 습득하고, 이에 학습된 행동이 적절하게 기능한 경우에 가소성에 대한 가능성을 실현한 것으로 보입니다. 두뇌를 학습하기에 적합한 모양으로 변화시키기 위해서는, 행동의 변화가 필요합니다. 다시 말해서, 새로 학습된 행동과의 연관성이 필요합니다. 예를 들어 새로운 학습이 유기체와 행동을 통합시켜 두뇌를 변화시킨다는 것입니다. 학습의 경험이 더 큰 보상을 가져다준다는 것이 더욱 중요합니다. 또 다른 예로 상호작용 활동 형태의 새로운 학습이 두뇌의 가소성에 효과적이고 전두엽 피질(PFC) 활동을 증가시킨다는 사실을 발견했습니다. 또한, 이러한 인센티브의 맥락에서, 아이들에게 학습할 때 보상을 해주어야 한다는 사실을 지적합니다.

가소성을 이끌어내는 조건들 이해하기

어떠한 자극에 노출되었을 때 우리의 두뇌가 가장 크게 변화할까요? 가소성의 패턴은 나이와 활동에 따라 다른 양상으로 나타나며 아직은 확실한 규칙이 발견되지는 않았습니다. 그런데도, 건강한 노인들 혹은 정신적인 장애가 있는 노인들에게 적용되었을 때 지적이고 정신적인 활동이 두뇌 가소성을 촉발한다는 것을 알고 있습니다. 더욱 중요한 사실은, 유기체의 탄생 전에도 긍정적이며 부정적인 변화들에 대해서 우리의 두뇌가 반응한다는 것입니다. 동물의 연구는 임신한 상태인 어미가 자극적인 환경에 노출되었을 때, 새끼의 특정 두뇌 영역에서 시냅스의 숫자가 증가하는 것을 발견했습니다. 반대로 어미가 가벼운 스트레스를 받았을 때, 새끼에게서 뉴런의 전두엽 피질(PFC) 숫자가 감소하는 것을 드러냈습니다. 또한, PFC는 두뇌의 다른 영역에 비해 주위의 환경에 더 큰 영향을 받는 것으로 보입니다. 자연적인 생성과 양육에 의한 생성에 관한 논쟁에서, 양육이 신경 세포의 변화에 더욱 중요한 역할을 한다는 사실입니다. 어떻게 두뇌 가소성 진화하며 시간에 따른 환경 자극의 효과는 무엇일까요? 이것은 치료법에 관한 매우 중요한 질문이며 동물의 유전적 연구가 중요한 까닭입니다. 다른 사람들이 변화의 추세를 전혀 겪지 않더라도, 어떠한 유전자가 아주 작은 자극이나 장기적 자극에 어떠한 영향을 받는지를 조사하는 것입니다. 가소성이라는 단어 사용의 주요 흐름은 긍정적인 함축을 내포하고 있고, 가소성은 두뇌 변화의 모든 방법을 의미하며, 이러한 변화들은 손상된 기능이나 행동과 함께 발생합니다. 인지 훈련 두뇌의 가소성을 유도하는데 가장 이상적입니다. 새로운 신경 회로를 구축하는 데 필요한 훈련을 제공하며, 또한 뉴런 회로들 사이의 시냅스 연결을 강화합니다. 그러나 우리가 관찰한 대로, 명백한 행동을 통한 이익이 존재하지 않는다면 교육은 효과적이지 않게 될 것입니다. 그러므로, 관련 있는 목표를 지향하는 맞춤 교육의 중요성은 대단히 부각될 것입니다.

[1]참고서적: Kolb, B., Muhammad, A., & Gibb, R., 정상적인 두뇌와 비정상적인 두뇌 사이에서 두뇌 가소성의 요인 찾기, Journal of Communication Disorders (2010), doi:10.1016/j.jcomdis.2011.04.007 이 섹션은 다음의 문헌에서 참고하였습니다. Kolb, B., Muhammad, A., & Gibb, R., 정상적인 두뇌와 비정상적인 두뇌 사이에서 두뇌 가소성의 요인 찾기, Journal of Communication Disorders (2010), doi:10.1016/j.jcomdis.2011.04.007