뇌는 어떻게 음악과 말 구분할까… 속도와 규칙성 차이로 알아내죠[유용하 기자의 사이언스 톡]

뇌신경 과학자들은 뇌가 음악과 음성을 어떻게 구분하는가에 관한 메커니즘을 밝혀 냈다. 이 연구는 실어증 환자 치료에 도움을 줄 것으로 기대된다. 펙셀즈 제공

‘아내를 모자로 착각한 남자’의 저자 올리버 색스(1933~2015) 박사는 신경정신과에서 진료하며 만난 환자들의 사례를 바탕으로 쓴 ‘뮤지코필리아’에서 음악적 성향은 인간 본성 중 하나라고 주장했습니다.

뇌과학 분야에서 음악, 말, 뇌의 관계는 대표적인 연구 주제 중 하나이기도 합니다. 음악과 언어가 무엇인지 이해하는 것은 우리가 누구인지를 이해하는 것과 같기 때문이라고 합니다. 볼프강 아마데우스 모차르트도 “언어가 끝나는 곳에서 음악이 시작된다”라고 말했을 정도로 우리의 하루 일상을 곰곰이 생각해 보면 생활 소음을 제외하고 가장 많이 듣는 소리는 말과 음악일 것입니다.

우리는 음악으로 가득 찬 공간에서도 다른 사람의 말소리를 쉽게 구분해 냅니다. 뇌는 어떻게 음악과 말소리를 구분해 낼까요.

미국 뉴욕대, 홍콩중문대, 멕시코국립자치대, 독일 프랑크푸르트의 에른스트 스트륑만 신경과학연구소 공동 연구팀은 인간의 뇌와 청각 시스템은 비교적 단순한 변수를 사용해 음악과 말을 구별한다고 밝혔습니다. 이 연구 결과는 미 공공과학도서관에서 발행하는 생물학 분야 국제 학술지 ‘플로스 생물학’ 5월 29일자에 실렸습니다.

연구팀은 300명 이상의 남녀 성인 참가자에게 다양한 속도와 강도, 규칙성을 가진 소리를 듣게 한 다음 음성인지 음악인지 구분하게 하는 실험을 했습니다.

실험 결과 인간의 청각 시스템은 의외로 간단하고 기본적인 음향 매개변수를 사용해 음악과 음성을 구분하는 것으로 나타났습니다. 실험 참가자들은 2㎐(헤르츠) 미만으로 주파수 변조가 규칙적인 소리는 음악으로, 속도가 빠르고 주파수가 4㎐ 이상으로 불규칙하게 변조된 소리는 음성으로 구분했습니다. 1㎐는 1초에 한 번 변화가 나타나는 것이며 2㎐는 1초에 두 번의 주기 변화가 나타난다는 것을 의미합니다. 규칙성이 떨어지는 소리는 음성으로 인식한다는 뜻입니다. 사람들은 저마다 생각하는 음악이나 음성의 형태와 특징이 있다고 합니다. 주파수 변조 정도와 사람들이 생각하는 소리의 특성에 따라 백색소음도 음악이나 말처럼 들을 수 있다고 연구팀은 설명했습니다.

이번 연구는 실어증 환자를 치료하는 데도 상당한 도움을 줄 것으로 기대되고 있습니다. 실어증은 입이나 발성기관, 귀의 외상 없이 뇌 손상으로 인해 언어의 이해나 표현 능력을 잃어버린 상태입니다. 미국에서는 매년 300명 중 1명꼴로 발생하는 흔한 언어 장애입니다. 액션 영화 ‘다이하드’의 주연 배우 브루스 윌리스도 실어증에 걸린 것으로 알려져 있습니다.

연구를 이끈 데이비드 포펠 뉴욕대 교수(신경과학)는 “인간의 뇌가 음악과 음성을 어떻게 구별하는지 알게 된다면 실어증 같은 청각 및 언어 장애를 치료하는 데도 상당한 도움이 될 것”이라고 말했습니다. 실제로 실어증 환자에게 쓰이는 ‘멜로디 억양 치료’법이 있는데, 손상된 언어 기능을 우회하기 위해 뇌의 음악적 메커니즘을 활용해 말하고 싶은 것을 노래하도록 훈련하는 것입니다. 포펠 교수는 “이번 연구 결과가 실어증 환자의 음악 치료 효과를 획기적으로 높여 줄 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였습니다.

유용하 과학전문기자