두뇌의 결정적 시기, 잠재력의 비밀을 푼다
-김 승환 포항공대 물리학과 교수 , 뇌 연구센터 소장-
뉴런들의 네트워크로 구성된 뇌의 봄은 어머니의 뱃속에서 시작된다. 태아의
뇌에서 신경세포인 뉴런이 만들어지기 시작하는 것은 임신 10주째다. 이 후
어머니의 몸속에서 태아의 뇌는 매우 빠른 속도로 성장한다. 뉴런의 고속
증식은 초등학교 입학 전까지인 유아기에 끝나게 된다. 하지만 유아기의 뇌는
아직 뉴런들이 제대로 연결되지 않아 미완성 상태에 있다.
새로운 환경에 적응하는 고속 성장기
컴퓨터는 공장에서 일단 제조되면 그 고정된 구조가 바뀌지 않는다. 하지만 사람의
뇌는 시냅스의 연결성을 바꿔가며 새로운 환경에 적응해 변화해 나간다. 생후에도
뇌에서 엄청난 수의 시냅스가 새로 형성되고 뉴런들이 밀접하게 연결된다. 뇌의
연결성은 사람의 생애의주기에 따라 끊임없이 바뀌는데, 특히 유아기에 뇌가
집중적으로 발달하는 기간을 ‘결정적 시기critical period’라고 부른다.
뉴런의 탄생과 분화, 뇌에서의 뉴런의 이동, 신경섬유의 성장과 가지 뻗기, 시냅스
형성 등 뇌의 초기 발달의 주요 부분이 유전적 유소에 의해 결정된다. 하지만 태어난
후 뇌가 만나게 되는 환경적 요소는 뇌의 연결성을 효율적으로 조율해나가는 데 큰
영향을 준다. 특히 마약, 술, 바이러스 감염 등 환경적 요소들도 정상적인 뇌의 초기
발달을 크게 저해할 수 있다. 결정적 시기는 주변의 환경에 의해서 많은 영향을 받는
뇌의 고속 성장기다.
짧지만 돌이킬 수 없는 결정적 시기
결정적 시기는 이러한 특성 때문에 뇌의 구성, 인지, 학습에 대한 많은 수수께끼에
해답을 제공할 것으로 기대되고 있다. 결정적 시기에 대한 연구는 오스트리아의
로렌츠(Conrad Lorenz), 미국하버드 의대의 휴벨(David H. Hubel)과 바젤
(Tooten Wisel) 등 선구적 뇌 과학자에 의해 이루어졌다.
로렌츠의 유명한 오리 실험에서는 새끼오리들이 태어나서 어미 대신 제일 먼저 본
그를 졸졸 따라 다녔다. 부화 후 36시간 안에 처음 본 움직이는 물체가 부모로 ‘각인’
된 것이다. 오리의 경우 이 결정적 시기는 매우 짧지만 시냅스의 연결이 모두 완성되고
그 후의 행동 패턴은 고정된다. 사람의 경우에도 부모를 각인하는 학습 과정이 있으며
태아 때 부모의 목소리를 듣는 데서 출발한다고 한다.
1961년 노벨의학상을 수상한 휴벨과 비젤은 시각정보 처리에 대한 실험을 수행하였다.
이 실험에서 수 주간 새끼 고양이의 왼쪽 눈을 가리고 생활했는데 나중에 두 눈을 자극
하더라도 왼쪽 눈의 자극에는 시각피질의 뉴런들이 거의 반응을 보이지 못했다. 그러나
성인 고양이에게 같은 실험을 했을 때에는 두 눈의 자극에 정상적으로 같은 반응을 보였다.
흥미로운 것은 새끼 고양이의 경우 한 번 비정상적인 시가 경험이 뇌에 각인되면 다시
원상회복할 수 없다는 것이었다. 한 쪽 눈의 시각을 완전히 잃어버리는 것이다.
즉 고양이의 경우 생후의 시가 경험이 뇌의 정상적 발달에 매우 중요하며, 이 결정적
시기는 수주가 지나면 끝나게 된다.
뇌의 잠재력을 일깨워주는 기회의 창
사람을 대상으로 한 최근의 언어 연구도 초기의 신경활동이 뇌의 조직적 발달에 얼마나
심각한 영향을 보여주는지를 웅변하고 있다. 자기공명장치 영상을 이용한 자국어와
외국어 습득에 대한 연구는 아이일 때와 성인일 때의 차이를 보여주었다. 어릴 때
외국어를 배울 경우 자국어와 외국어 모두가 같은 뇌의 영역에 기록되었다. 반면
성인이 외국어를 배울 경우 자국어와 구분되는 영역에 새로운 언어가 기록되었다.
왜 아이가 어른보다 새로운 언어를 더 빨리 학습하는지, 구체적으로 어떤 시기가
외국어를 배우기에 가장 좋은 때 인지는 아직 설명하지 못하고 있다. 그러나 초기
경험이 뇌의 발달에 큰 영향을 준다는 증거라고 할 수 있다.
사람의 경우 유아기의 결정적 시기는 유연한 학습의 시기이다. 뇌의 연결성에 대한
집중적인 발달이 이루어지고, 보고 경험하는 모든 것들이 뇌의 사고, 언어 및 전체
기능을 결정짓게 된다. 이 시기에 인지 및 운동 기능은 매우 빨리 습득되며, 이후의
학습과정에서는 그리 쉽게 터득되지 않는다. 따라서 이 유아기의 결정적 시기가
사람의 후천적인 지능을 좌우한다고 볼 수 있다. 괴의 찬란한 봄을 가져다주는
결정적 시기, 이에 대한 뇌 과학적 연구가 우리 아이들의 뇌의 잠재력을 최대한
일깨워주는 ‘기회의 창’을 제공할 것으로 기대 된다.
출처 : 브레인 미디아www.brainmedia.co.kr
글 - 김승환(포항공대 물리학과 교수, 뇌연구센터 소장)
