팔 절단돼도 뇌는 손을 기억한다는데

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신기한 뇌 과학 이야기

[사진 = Gemini]

지난 수십 년간 신경과학 교과서는 “몸의 일부를 잃으면 뇌의 체성감각 지도도 재조직된다”고 설명해왔습니다. 팔을 절단하면 그 영역은 인접한 얼굴·입술이 차지한다는 것이 정설이었습니다.

하지만 최근 발표된 연구가 이 통념을 정면으로 부정했습니다. 팔을 잃은 뒤에도 뇌 속 손·손가락 표상은 수년간 변하지 않고 그대로 유지된다는 사실이 밝혀진 것입니다.

네이처 뉴로사이언스 8월호에 실린 이번 연구는 마치 오래된 지도를 새로 다시 그려내듯 뇌과학의 기본 가설을 뒤흔들고 있습니다. 미국 피츠버그대, 영국 런던대(UCL), 케임브리지대 연구진은 팔 절단을 앞둔 성인 3명을 대상으로 수술 전과 후 최대 5년까지 뇌 활동을 추적했습니다.

연구 참가자들은 뇌 촬영 장치(fMRI)에 들어가 손가락을 움직이거나 입술을 오므리는 동작을 했습니다. 절단 후에는 비록 손은 사라졌지만 여전히 손가락을 펼치거나 구부린다고 느끼는 ‘환상 손가락’을 실제로 움직이려는 동작을 하게 했습니다. 단순히 상상하는 것이 아니라 진짜 손가락이 있다고 믿고 움직이려 시도하는 것입니다.

그 결과는 놀라웠습니다. 손과 개별 손가락의 뇌 반응은 절단 전과 후가 거의 달라지지 않았습니다. ‘입술이 손의 빈자리를 대신 차지한다’는 기존 학설과 달리 그런 현상도 관찰되지 않았습니다. 쉽게 말해 뇌 속 손 지도는 팔을 잃은 뒤에도 계속 남아 있던 것입니다.

연구를 이끈 헌터 숀 피츠버그대 연구원은 “환자들이 ‘수십 년이 지나도 여전히 손가락을 움직이는 감각이 있다’고 말하는 이유를 설명해준다”고 밝혔습니다. 공동 저자인 터마 마킨 케임브리지대 교수는 “모든 신경과학자가 뇌의 재조직 능력을 배워왔지만 교과서는 틀릴 수도 있다”며 “뇌 연구에서는 어떤 것도 당연시할 수 없다”고 강조했습니다.

자코모 발레 스웨덴 샬메르스공대 교수는 “사실상 오랜 논쟁에 마침표를 찍은 연구”라며 “의수 개발과 임상 연구에 중요한 의미를 갖는다”고 평가했습니다.

해당 기사와 직접적인 연관 없음. 기사 이해를 돕기 위한 사진임. [홍콩명보]

연구 결과는 실생활 응용에도 큰 파장을 예고합니다. 첫째, 의수·보철 제어 분야입니다. 절단 후에도 뇌 속에 손가락 지도가 그대로 남아 있기 때문에 뇌 신호를 읽어 정밀하게 의수를 조작하는 기술 개발이 가능해집니다. 이는 뇌·컴퓨터 인터페이스(BCI) 연구자들에게 매우 중요한 발견입니다.

환상지 통증 치료 분야도 있습니다. 많은 환자가 절단된 팔이나 다리에 여전히 통증을 느끼는 ‘환상지 통증’을 겪습니다. 지금까지는 “뇌 지도가 뒤틀려 생긴 문제”라는 설명 아래 재조직을 되돌리려는 치료가 시도됐지만 성과가 제한적이었습니다. 이번 연구는 애초에 뇌 지도가 크게 바뀌지 않았음을 보여주면서 통증 치료의 방향을 새롭게 잡아야 함을 시사합니다.

“팔을 잃어도 뇌 속 손은 사라지지 않는다.”

연구진의 표현처럼 이번 발견은 뇌가 단순히 감각 입력을 받아들이는 수동적 기관이 아니라 스스로 몸의 청사진을 지켜내는 능동적 기관임을 보여줍니다.

교과서 속 오래된 그림을 다시 그리게 만든 이번 연구는 과연 인류의 미래에 어떤 영향을 미치게 될까요.

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