[신경과학] 20.2 : 인식(consciousness)

 

 

 

 

consciousness, 즉 의식과 관련된 neural correlate을 neural correlates of consciousness(NCC)라고 하며, 사람들은 이 NCC에 대해 밝히기 위해 수많은 노력을 해왔음.

 

 

 

 

 

이러한 연구를 할 때 많이 사용되는 image들이 위와 같은 bistable visual image들임. 우선 맨 위를 보면 어떨 때는 두 사람이 마주보고 있는 image가 보이다가 어떨 때는 유리잔이 보임. 그리고 위 그림 가운데를 보면 사람에 따라 붉은색이 앞면으로 보이는 사람도 있고 초록색이 앞면으로 보이는 사람도 있음.

 

 

그리고 위 그림 맨 아래의 경우 토끼로 보이기도, 오리로 보이기도 함. 이 때 특정 사람이 이런 image를 보면서 의지와 상관 없이 의식이 딱 바뀌는 순간(즉, 한 subject에서 다른 subject를 보는 것으로 인식이 바뀌는 순간)을 detection할 시 NCC와 관련된 neural correlate들에 대한 실마리를 얻을 수 있을 것임.

 

 

 

 

실험적으로는 위와 같은 concept을 더 많이 이용함. 이러한 setting은 binocular rivalry(양안부등)라고 부르는데, 보면 양 눈에 다른 색의 셀로판지를 끼워준 후 초록색으로 강아지 얼굴을, 붉은색으로 아이스크림을 그려놓은 image를 보여줌.

 

 

그럴 시 왼눈으로는 강아지에 대한 image만, 오른눈으로는 아이스크림에 대한 image만 들어오게 됨. 그럴 시 생기는 것이 binocular rivalry인데, 이 말인즉슨 양 눈에서 들어오는 시각정보가 다르다 보니 뇌 안에서 각 image들끼리 rival 관계를 형성하게 된다는 것임. 그 결과 어떨 때는 강아지가 보이다가 또 다른 때는 아이스크림이 보이는 현상이 일어남. 이 때 인식의 전환이 일어나는 그 시점을 이용하면 NCC에 대한 실험을 수행할 수 있음.

 

 

 

그 중 원숭이를 대상으로 수행한 실험을 살펴보자.

 

 

 

 

이 실험에서는 특별히 위 그림상에서 IT로 표현되어 있는, inferotemporal cortex region의 특정 neuron activity에 주목함. 이 neuron은 특정 face를 의식하는데 특별히 더 중요한 neuron임.

 

 

 

 

실험 design은 위와 같음. 우선 가해준 visual stimulus를 먼저 보면 처음에는 양 눈에 다 dot image를 보여주다가, 이후 dot image와 원숭이 얼굴 image를 겹쳐서 보여주다가, 그 다음에는 왼쪽눈에 dot image를, 오른쪽 눈에 원숭이 얼굴 image를(binocular rivalry) 보여주다가, 마지막에는 양 눈에 다 원숭이 얼굴 image를 보여줌.

 

 

한편 실험에 참여시킨 원숭이는 아주 잘 training되어있어서 dot이 보일 때는 lever을 왼쪽으로, face가 보일 때는 lever를 오른쪽으로 당김. 실제로 양 눈에 dot이 있을 때는 왼쪽으로 lever를 당김을 알 수 있음. 한편 이후 두 image를 겹쳐서 보여줄 때는 애매해서 lever를 당기지 않음.

 

그러다가 binocular rivalry image를 가해준 경우 처음 일정 시간 동안은 dot을 인식해서 lever를 왼쪽으로 당기다가, 특정 시점에서 lever를 right로 당긴 후(즉, 이 때 dot→face로의 인식 변화가 일어난 것) 다시 dot을 보게 되어서 lever를 왼쪽으로 당기게 됨. 이후 마지막으로는 양 눈에 다 face가 보이므로 lever를 오른쪽으로 당기게 됨. 이를 통해 binocular rivalry 상황에서 dot→face로 전환될 때의 시점을 파악할 수 있음.

 

 

 

그리고 IT neuron의 activity 정도를 함께 측정함. 보면 이 activity는 원숭이가 face를 의식할 때 activation됨. 실제로 보면 앞서 lever가 right로 갔던 binocular rivalry 중간 상황 조금 전부터 IT neuron이 firing하는 것을 알 수 있음. 그러다가 다시 face에서 dot으로 의식이 이동하는 시점에서는 firing이 감소함. 그리고 최종적으로 양 눈에 다 face 자극이 들어갈 시 다시금 firing을 많이 함. 결국 이 실험을 통해서는 IT neuron의 firing pattern을 통해 의식이 전환되는 시점을 포착한 것임.

 

 

 

 

비슷한 실험이 사람을 대상으로도 수행되었음. (이 경우 fMRI가 이용됨)

 

 

 

우선 위 그림과 같이 각 눈에 face, 건물 image를 따로 rivalry 관계로 넣어줄 경우에는 앞서와 마찬가지로 의식이 중간에 바뀌게 될텐데, 딱 house에서 face로 의식이 바뀌는 시점에서는 FFA의 활성이 증가하고 PPA의 활성이 감소함. (이 때 FFA는 Fusiform face area로 얼굴 자극에 의해 specific하게 활성화되는 region임. 한편 PPA는 Parahippocampal place area로 특정 건물, 배경 등의 자극에 의해 specific하게 활성화되는 region임) 한편 의식이 face에서 house로 바뀌는 시점 직후에는 PPA의 활성이 증가하고 FFA의 활성이 감소함.

 

 

 

 

 

그리고 당연히 위와 같이 non-rivalry로 하나하나씩의 image를 순차적으로 틀어줄 경우 FFA, PPA 중 활성화되는 녀석이 변하게 됨.

 

 

 

다만 이런 결과는 어디까지나 의식의 '결과'를 관측한 것에 지나지 않음. 따라서 의식이 형성되고 전환되는 것에 대한 fundamental한 brain circuit에 대해서는 아직 많은 연구가 필요한 상황임.

 

 

 

다음 포스트부터는 다양한 정신질환들에 대해 알아보자.