[신경과학] 17.1 : 감정의 뇌과학 - 고전적 관점

 

 

이번 포스트부터는 감정, 혹은 정서와 관련된 뇌과학에 대해 알아보자.

 

 

정서와 관련된 neuroscience를 affective neuroscience라 부름. 이런 분야에서는 기본적으로 emotion에 대해서 탐구해야 하는데, 이 때 emotion 자체를 본다기보다는 내면의 emotion에 따라 나타나는 행동들을 관찰하는 경우가 많음. 따라서 흔히 동물행동실험을 하면서 그 동물의 emotion을 추정하게 되는 것임.

 

 

 

emotion의 brain mechanism을 밝혀내기 위해서 animal model을 사용하기도 하고, human study도 수행하며, 그 밖에 brain에 생긴 lesion의 위치와 증상 간의 상관관계를 통해 뇌의 어떤 부분이 어떤 emotion과 연관되어 있는지 등을 확인해볼 수도 있음. 다만 애초에 brain에 emotion system이 존재하긴 하는지, 존재한다면 어떻게 작용하는지에 대해 이해하기는 쉽지 않음.

 

 

 

이제 본격적으로 emotion에 대한 초반 theory들에 대해 살펴보자. 우선 James-Lange theory가 있는데, 이 theory는 1884년에 제시되었으며 body에서 일어나는 physiological한 변화가 먼저 일어나고, 이를 인지한 brain이 emotion을 인지한다는 것임. 한편, 이와는 약간 상반되는 theory가 있는데, Cannon-Bard theory가 바로 그것임. 이 theory는 20세기 중반 즈음에 확립되었으며 emotional expression과 emotion이 서로 독립적으로 일어난다고 주장함. 당시 사람들은 이에 대한 근거로 spinal cord를 절단할 시 아랫부분을 감각하지 못함에도 불구하고 emotion은 제거되지 않았다는 것을 들었음.

 

 

 

 

 

위 그림에 각각의 theory에 대한 모식도가 표현되어 있음. (실제로는 위 그림상에서 나타난 cycle이 계속 반복되며 emotion이 최종적으로 유발되는 것)

 

 

두 theory 모두 emotion에 대한 설명 관점에서의 한계점은 분명히 존재하지만, James-Lange theory의 경우 특히 부정적인 시선이 더 많음. 사람들이 주로 반박하는 것 중 하나는, 숨이 가빠지고 땀이 나는 등의 생리적 변화는 꼭 특정 emotion을 느낄 때만 나타나는 것이 아니므로, 이런 변화가 일어났다고 해서 무조건적으로 emotion이 유발된다는 상관관계가 없는 것이 아니냐는 것임.

 

한편 Cannon-Bard theory의 경우에도 맞지 않는 사례가 존재하는데, 그럼에도 지지를 많이 받고 있음. 그리고 이 theory에 입각한 다양한 연구를 통해서 thalamus와 감정이 밀접하게 관련되어 있다는 사실을 유추하기도 했기에, emotional neuroscience에서 이 theory는 상당한 가치를 가지고 있음.

 

 

 

그리고 흥미롭게도, 우리가 의식적으로 알아차리지 못하더라도 특정 stimulus에 의해 emotional impact가 유발될 수 있음. 이런 식으로 발생하는 감정을 unconscious emotion이라 부름.

 

 

 

위 그림에 이와 관련된 실험이 나타나 있음. 우선 사람들에게 무표정한 얼굴을 보여줄 경우에는 ANS에 어떠한 변화도 생기지 않음. (이 경우 얼굴을 본 사람은 expressionless face를 perception함) 한편, 찡그린 얼굴을 보여줌과 동시에 unpleasant sound를 약간의 시간차를 두고 들려줄 시 본 사람들은 angry face를 perception하고 ANS 또한 변화하여 skin conductance가 증가함을 알 수 있음. 이런 식으로 angry face와 sound를 mix해서 conditioning해주는 idea는 파블로프 conditioning과 거의 동일한 방식임.

 

 

 

이후 (b)와 같이 처음에 사람이 인지하지 못할 만큼 아주 짧게 찡그린 얼굴을 보여주고, 이후 다시 무표정인 얼굴을 보여주는 실험을 진행해봄. 그럴 시 이 image를 본 사람은 expressionless face를 봤다고 perception하지만 흥미롭게도 ANS에는 변화가 생겨 skin conductance가 증가함. 이를 통해 인지를 못하는 상황에서도 emotion이 유발되어 몸의 변화가 일어날 수 있음을 알 수 있음.

 

 

한편 testing에 참여한 사람의 뇌 사진을 찍어볼 시 (c)와 같이 emotion이 촉발될 때 특정 부분의 활성도가 증가함을 알 수 있음. 이 때 노란색으로 표시되어 있는 부분은 편도체(amygdala)이며, 편도체는 실제로 감정과 상당히 연관되어 있기에 감정의 뇌라고도 불리움.

 

 

 

 

다음으로 감정과 밀접하게 관련되어 있는 변연계(limbic system)에 대해 살펴보자. 변연계에 대한 연구는 1930년대부터 활발히 진행되기 시작했음.

 

 

 

위 그림상에 푸른색으로 표현되어 있는 부분이 limbic lobe이며, 뇌관을 둘러싸고, 뇌 안쪽에 있는 구조임. (대뇌피질과 시상하부를 연결하고 있는 구조) 이 구조는 포유동물에서 거의 다 관찰됨. 참고로 이 구조에 대해 처음으로 관심을 가지고 탐구했던 사람이 그 유명한 Broca임. 따라서 이 부분을 Broca's limbic lobe라 불러주기도 함.

 

 

 

 

이 limbic lobe는 실제로 감정과 밀접하게 관련되어 있는데, 이와 관련해 밝혀진 대표적인 circuit이 위 그림에 묘사되어 있는 Papez circuit임. 위 그림의 왼쪽에 화살표들로 표현되어 있는 것이 다 Papez circuit이며, 각각의 화살표는 fiber projection을 의미함.

 

 

다음으로 위 그림 오른쪽을 보자. 우선 neocortex라는 부분이 상위에서 관여하게 되는데, 이 부분은 emotional coloring(감정 채색)에 관여함. 실제로 이 부분은 감정을 다양하게 만들어주며, 그렇다 보니 이 부분이 손상될 시 지능 변화는 없지만 감정 표현을 하는 데에 어려움을 겪게 됨. 그리고 cingulate cortex라는 부분이 있음. 이 부분은 emotional experience와 관련되어 있음. 한편 이 cortex는 또 Hippocampus를 control하여 최종적으로 hypothalamus에 변화를 유발하게 됨. 결과적으로 hypothalamus는 emotional expression과 관련된 기능을 하게 됨. 참고로 hypothalamus에서 anterior nuclei of thalamus를 거쳐 다시 Cingulate cortex로 정보가 전달되며 폐쇄적인 loop를 이루게 되면서 감정의 경험, 표출이 잘 regulation되게 됨.

 

 

지금까지 살펴본 Papez circuit은 매우 잘 organize된 model임. 그러나 이 model이 100% 맞는 것은 아니며, 여전히 몇몇 반례들이 나타나고 있기도 함.

 

 

그럼에도 불구하고 Papez circuit의 기본 concept는 많은 이들의 지지를 받고 있는데, 이는 여러 실험 증거들이 이 circuit에 대한 이론을 뒷받침해주기 때문임. 예를 들어 Rabies(광견병)에 걸린 사람은 hippocampus가 손상되게 되는데, 그 결과 감정 표현에 이상이 생기게 된다는 것이 잘 알려져 있음. 그 밖에 anterior thalamus에 lesion이 생길 시 spontaneous laughing 혹은 crying이 발생하게 됨.

 

 

 

 

그런데 우리가 single emotion system에 대해 연구하기는 쉽지 않음. 이유는 다양한데, 일단 emotion의 종류가 너무 다양하며, 그 밖에 emotion에 관여하는 다양한 structure들이 one-to-one relationship으로 관여하는 것이 아니라는 것 또한 연구를 어렵게 만드는 요소임. 그리고 애초에 과연 single, discrete emotion system인 limbic system이 존재하기는 하는지에 대해서도 여전히 많은 의문점이 남아있음.

 

 

과거의 emotion 관련 theory들은 모두 brain injury, disease가 발생한 환자, 혹은 동물들에 대한 관찰 결과에 의존했었음. 이를 통해 emotion에 필요한 뇌 영역이 어디인지는 확인할 수 있음. 그러나 이것만으로는 구체적인 mechanism에 대해서 알 수 없다는 한계점이 존재함. 그리고, 특정 뇌 영역은 사실 다른 뇌 영역과 연결되어 있으므로, 특정 부분이 고장났을 때 감정에 이상이 생겼다고 해서 그 부분이 emotion에 있어서 가장 중요한, central한 부분이라고 말하지는 못한다는 한계점도 존재함.

 

 

 

다음 포스트에서는 비교적 최근에 등장한 emotion 관련 이론들에 대해 알아보자.