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‘뇌의 리듬’ 뇌파 해독

인간의 뇌세포(neuron)는 전기·화학적 신호로 서로 소통한다. 뉴런 내에서는 활동전위(電位)의 전기신호로, 뉴런과 뉴런 사이에서는 신경전달 물질이란 화학신호로 정보를 주고받는다. 외부에서 빛·소리·압력 등 자극을 받고 전기신호가 발생하는 것을 발화(firing)라고 하는데, 단일 뉴런의 발화가 이웃 뉴런으로 전달될 때 전기적 활동도 동조(synchronizing)돼 파동의 형태로 나온다. 이것이 바로 뇌파(腦波)다.

‘뇌의 리듬’으로 표현되기도 한다. 방송국 송신탑처럼 뇌는 여러 주파수의 전파를 내보내는 모스 부호 발생기인 셈이다. 한국과학기술연구원(KIST) 신경과학센터 최지현 박사는 “사실 뇌파는 한 개의 뉴런에서 다른 뉴런 한 개로 신호가 전달되기보다 다수의 뉴런 집단에서 다른 영역의 다수 뉴런 집단으로 신호가 전달되는 과정에서 관측된다”고 설명했다. 이때 발생하는 리듬은 신호를 받는 뉴런들에 신호기 역할처럼 동시다발적으로 발화해 뉴럴 네트워크(신경망)를 형성하게 만든다.

최 박사는 “이 신경망은 특정 패턴에 대한 기억일 수도, 특정 운동을 지시하는 명령일 수도, 특정 감각에 대한 지각일 수도 있는데, 그때의 인지 과정에 해당하는 신경 실체라고 할 수 있다”고 말했다.

심장의 심전도를 측정하듯, 과학자들은 뇌 전기신호를 포착하는 모자 형태의 측정기를 머리에 씌우고 뇌파도(腦波圖·EEG) 데이터를 얻는다. 파형이 완만하고 느린 장파(長波)에서 가파르고 빠른 단파(短波) 순으로 나열하면 델타-세타-알파-베타-감마로 분류된다. 이 중 델타파와 세타파는 잠잘 때 주로 나타나는 수면파로, 알파·베타·감마의 활동파에 비해 비교적 연구가 많이 진행돼 해석도 통일된 편이다. 델타파는 꿈을 꾸지 않는 숙면, 세타파는 꿈꾸는 렘(REM) 수면 시 주로 관찰된다. 그런데 델타파가 나오는 숙면 시 뇌 속 기억과 학습 부위인 해마 속에서는 SWR(Sharp Wave Ripples)의 뾰족뾰족한 잔물결이 대량으로 발생한다. 이는 낮 동안 수집, 경험한 단기 기억을 장기 기억으로 고착화하는 과정에서 나오는 산물이라는 게 최신 뇌과학의 설명이다.

노성열 기자 nosr@munhwa.com