변화하는 뇌, 뇌의 가소성, 리탈린의 효과

기술 발전 속도가 빨라지고 있는 현대 사회에서 두뇌 발달을 가속화할 수 있는 잠재력 연구에 대한 관심이 커지고 있습니다. 청소년기에 발달이 끝나서 성인의 뇌는 고정적이라는 과거의 이론과 다르게 인간의 뇌는 평생 동안 계속해서 발전하고 변화한다는 뇌의 가소성에 대한 연구는 우리가 가진 잠재력을 일깨워줍니다. 오늘 포스팅에서는 뇌가 변화하는 특성, 뇌 가속의 잠재력, 학습 능력 향상에 있어서 리탈린의 역할에 대해서 알아보겠습니다. 

 

 

 

변화하는 뇌

20여 년 전까지만 해도 사람의 뇌 구조는 어린 시절에 발달의 최고조를 달하고 청소년기를 지나면서 완성되어 성인이 된 이후에는 거의 변하지 않는다고 알려져 있었습니다. 이처럼 뇌의 구조와 기능은 고정된 기관이라는 견해가 지배적이었습니다.

 

 

그러나 캐나다의 심리학자 Donald Hebb가 처음으로 이에 반대되는 이론을 제시했습니다. 시냅스로 알려진 뉴런 사이의 연결이 활동 패턴에 따라 강화되거나 약화될 수 있다고 제안했습니다. 이는 뇌가 경험과 환경의 영향에 반응하여 평생 동안 변화할 수 있는 능력을 가지고 있음을 보여주었습니다. 

 

 

신경계의 구조는 환경, 경험, 신체 상태에 따라 변하는 것이고 이러한 유연한 성질을 가소성(plasticity)라고 부릅니다. 가소성은 신경계가 가진 가장 놀라운 특정이며 죽을 때까지 계속해서 변화합니다. hebb의 이론은 경험에 대한 반응으로 뇌가 어떻게 변화하는지에 대한 뇌 가소성의 이해의 토대를 마련했습니다.

 

 

 

* 뇌가 발달되는 원리

뇌의 가소성에 대한 알기 위해선 뇌의 구조와 그 구조가 발달되는 원리를 먼저 이해해야 합니다. 뇌의 발달은 특별합니다. 무한한 가능성을 열어두고 풍부한 잠재력을 가지고 태어났다가 시간이 지나고 신체가 발달하면서 필요한 능력만 남기는 전략을 지닙니다. 이를 시냅스 가지치기(synaptic pruning)라고 합니다.

 

 

시냅스는 일종의 뉴런을 오가는 틈입니다. 인간은 출생과 동시에 약 1,000억 개의 뉴런과 수 백조 이상의 시냅스를 가지고 있다가 사용하지 않는 시냅스를 없앱니다. 그리고 사용하는 시냅스를 효율적으로 조절하는 방식으로 발달합니다.

 

 

실제로 시냅스를 구성하는 부위인 스파인(spine)은 아동기에 성인보다 2~3배의 많은 양을 가지고 있습니다. 이러한 시냅스 가지치기는 사춘기 무렵에 시작되며 40대 초반까지 활발하게 일어납니다. 타인과 소통하는 사회적 능력을 가진 중앙 전두엽(medical prefrontal cortex)은 사춘기부터 활발해져서 20대 후반까지 발달합니다. 감정 조절, 의사 결정, 실행 능력을 담당하는 뇌 부위인 전두엽은 아동기부터 발달하기 시작해서 20대 중반이 되어야 어느 정도 성숙이 되며 30대 후반까지도 계속해서 발달합니다.

 

 

이처럼 뇌의 발달은 가소성으로 인해 30대 후반까지 계속됩니다. 놀랍게도 성인의 뇌는 또한 새로운 신경세포를 만들어 내기도 합니다. 최근 연구 결과에 따르면 기억의 중요한 역할을 담당하는 해마(hippocampus)와, 연합학습(associative learning)과 습관 형성에 중요한 역할을 하는 줄무늬체(striatum) 등에서 성인이 된 이후에도 새로운 신경 세포가 생겨난다고 합니다. 새로운 신경세포는 운동을 하거나 다양한 자극들로 많은 환경에 노출되었을 때 활발하게 형성됩니다. 

 

 

 

 

가속성의 잠재력

과거에는 인간의 발달 단계에 있어서 결정적 시기(critical period)가 있다는 이론이 지배적이었습니다. 예를 들어 결정적 시기 동안 언어와 관련된 뇌의 가소성이 증가해서 언어 능력, 특히 외국어를 습득하기에 가장 유리한 시기이며 성인이 되면 뇌 가소성이 닫혀서 변하지 않기 때문에 이 기간이 지나면 언어 습득이 어려워진다는 이론입니다.

 

 

하지만 뇌 가소성에 대한 이해가 확장되면서 결정적 시기가 지나더라도 경험에 따라 뇌 회로가 변화하는 보고들이 많아지고 있습니다. 이미 지난 결정적 시기를 되찾는 방법에 대한 연구도 늘어나고 있습니다. 혹자는 결정적 시기라는 표현 대신 민감한 시기(sensitive period)라는 표현을 사용하기도 합니다.

 

 

또 한 가지 알아야 할 점은 뇌의 활동은 구조적인 변화와 함께 이루어진다는 것입니다. 환경의 변화에 적응하거나 경험과 연습을 통해서 뇌의 작동 방식이 변하면 뇌의 구조도 함께 변합니다.

 

 

이와 관련하여 가장 유명한 실험은 영국 런던의 택시 운전자들의 뇌에 관한 연구입니다. 런던은 2만여 개가 넘는 미로 같은 도로들로 이루어져 있는데 택시 운전사가 되기 위해서는 이 모든 길을 반드시 외워야 합니다. 이들의 뇌 구조를 관찰했더니 공간 탐색의 영역인 해마 뒷부분(posterior hippocampus)이 일반인보다 크다는 것이 밝혀졌습니다. 이는 택시 운전 경력이 길수록 더 크게 나타났습니다.

 

 

이처럼 성인의 뇌는 계속해서 변해갑니다. 하지만 안타깝게도 대부분의 사람들은 이러한 놀라운 뇌의 가속성을 체감하지 못합니다. 성인이 된 후에는 뇌가 굳어진 듯한 느낌이 들고 무언가를 배우는 데에 많은 어려움을 느낍니다. 매년 새해다짐을 하고 이전과는 다른 모습에 대한 의지를 다지지만 얼마 가지 못해 포기하고 나는 왜 이렇게 변하지 않는 것일까 하는 고민에 빠지곤 합니다. 중요한 것은 변화에 대한 가능성을 인지하는 것입니다.

 

 

여러분들이 보물을 찾는 모험을 떠났다고 가정해 보겠습니다. 뇌의 가소성, 즉 나의 변화에 대한 잠재력을 모른다는 것은 여러분들이 보물이 반경 1km 이내에 있다는 표지판을 보지 못하고 지나친다는 것과 같습니다. 표지판을 발견한다면 1km 이내의 모든 곳을 샅샅이 찾기 시작할 것입니다. 뇌 가소성의 원리에 대한 인식이 표지판과 같습니다. 이것은 여러분들에게 변화의 방향을 주도하는 방법에 대한 힌트가 될 것입니다.

 

 

흥미로운 점은 신경 가소성은 외부의 도움이 없이도 작동된다는 것입니다. 주변을 관찰하거나 기본적인 정보들을 암기하는 것 등과 같은 일상생활 속에서 본인의 노력으로 두뇌를 운동할 수 있습니다. 또한 퍼즐 맞추기, 체스, 카드 게임과 같은 단순하지만 집중과 추론이 필요한 놀이들도 뇌를 자극하여 새로운 신경 연결 생성에 도움을 줍니다.

 

 

 

 

학습능력 향상을 시키는 리탈린

'리탈린(Ritalin)'은 미국에서 매년 많은 어린이들에게 집중을 더 잘하도록 돕기 위해 처방되는 약입니다. 그런데 최근 USCF의 연구에 의하면 리탈린이 집중력에 도움이 될 뿐만 아니라 학습 능력도 향상된다는 사실을 발견했습니다. 리탈린이 뇌의 신경전달 물질인 도파민을 더 활성하게 만들어 집중력과 학습에 도움을 줍니다. 리탈린으로 인해서 뇌의 가소성이 향상되었기 때문이라고 연구팀은 밝혔습니다. 이 가소성이 뇌의 뉴런 사이사이를 연결하는 시냅스의 의사소통을 강화시킨다고 했습니다.

 

 

Antonello Bonci 교수는 리탈린이 신경전달 물질 수용체를 통해서 뇌의 기능을 향상한다는 사실을 확인했다고 했습니다. 신경 전달물질은 뉴런이 서로 의사소통을 할 수 있도록 도와주는 화학물질입니다. 이 물질들은 다른 뉴런의 수용체에 결합했을 때 분비가 됩니다. 각가 다른 1종의 도파민 수용체가 집중 능력과 학습 능력을 향상하는 것입니다. 연구팀은 리탈린이 2종의 신경전달 물질 수용체를 통해서 뇌의 기능을 향상한다고 했습니다.

 

 

또한 뇌의 아몬드 형태의 신경 단위인 편도체(amygdala)에서 발생하는 것도 확인했습니다. 편도체는 감정 기억에 핵심적인 역할을 담당하는 것으로 알려져 있습니다. 연구팀은 실험 쥐에게 빛과 소리가 제공되면 설탕물이 공급되는 것을 인식하게 하는 실험을 진행했습니다. 실험 쥐에게 리탈린 약물을 투여하고 실험을 실시했을 때, 약물이 투여된 실험 쥐가 더 뛰어난 학습 능력을 보여주는 것을 발견했습니다. 그리고 다음 단계에서는 약물로 D1과 D2 수용체를 각각 차단했는데, 두 경우 모두 학습 쥐의 학습 능력이나 집중력이 개선이 이루어지지 않았습니다.

 

 

이 결과는 뇌의 2종의 도파민 수용체가 리탈린의 인지기능에 주요한 역할을 하고 있음을 시사합니다. 또한 실험쥐에게 리탈린을 투여했을 때 편도체의 시냅스 가소성이 향상된다는 것도 알아냈습니다. 가소성이 향상되면 신경 신호전달 효율성이 높아집니다. 연구팀은 리탈린 약물을 투여한 후 뉴런의 전기 활성을 측정하여 실험 결과를 재확인하였습니다.

 

 

이 연구 결과는 ADHD와 같은 주의력 결핍 아동에게도 효과적일 것이라고 기대하고 있습니다. Kay Tye 박사는 많은 아이들에게 리탈린이 과도하게 처방되어서 뇌에 많은 변화를 유발하고 있다고 했습니다. 그전까지 리탈린은 실제로 어떻게 학습 능력에 효과적인지 명확히 밝혀진 바가 없었습니다. 이번 실험을 통해 리탈린이 뇌의 가소성을 지배하는 방식을 폭넓게 알게 되면서, 부작용이 줄면서도 집중력과 학습 능력을 높여주는 약물 개발에 도움이 될 것이라고 기대하고 있습니다.