신경계와 미래

신경계와 미래

■ 신경계의 구성

우리는 우리 몸 안팎에서 주어지는 자극에 대해 적절하게 반응할 수 있는데, 이것은 신경계의 기능 덕분입니다. 소리 내어 책을 읽고, 스포츠 경기를 할 수 있고, 친구와 대화를 할 수 있는 것 모두 신경계가 없으면 불가능하겠지요. 

신경계는 크게 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 뇌와 척수를 포함하는 ‘중추 신경계’와 말초 신경들을 포함하는 ‘말초 신경계’가 바로 그것입니다. 중추 신경계를 구성하는 뇌와 척수는 신경 정보들을 통합하고 명령을 내리는 중추 역할을 합니다. 중추 신경계의 뉴런들은 말초 신경계를 통해 전달된 정보를 통합하고, 이 정보에 대해 어떻게 반응해야 하는지를 결정합니다. 중추 신경계는 이런 복잡한 행동을 처리하기 위해서 중간 뉴런으로 구성되어 있습니다. 

▲ 중추 신경계와 말초 신경계(출처: 에듀넷)

한편, 말초 신경계는 감각 뉴런과 운동 뉴런을 포함합니다. 우리 몸 곳곳에 존재하는 감각 수용체들은 촉각, 미각, 시각 등을 포함하여 우리 몸 내부와 외부 환경의 정보를 수집하고, 이 정보들은 말초 신경계의 감각 뉴런에 의해 중추 신경계로 전달됩니다. 이 정보들을 우리는 ‘자극’이라고 부릅니다. 중추 신경계는 받아들인 자극에 대해 어떤 반응이 일어나야 하는지를 결정하고, 반응에 대한 신호를 말초 신경계의 뉴런을 통해 우리 몸에서 반응을 실제로 나타내는 근육으로 전달합니다. 자극에 대해 적절한 반응이 일어나기 위해서는 말초 신경계와 중추 신경계 모두가 관여해야 합니다.

▲ 신경계의 구성(출처: 에듀넷)

하지만 말초 신경계로부터 자극이 오지 않아도 중추 신경계가 스스로 활성화될 수 있다는 점을 기억해야 합니다. 자극이 오지 않아도 중추 신경계는 스스로 활성화되어 신호를 만들어 낼 수 있습니다. 예를 들어 우리가 머릿속으로 생각하는 것은 아무런 자극이 없어도 할 수 있습니다. 반면, 말초 신경계는 외부의 자극을 전달하거나 중추 신경계로부터 비롯된 정보를 전달할 수는 있어도 그러한 정보들을 스스로 만들어 낼 수는 없습니다. 그리고 말초 신경계는 우리가 의식적으로 통제할 수 있는지에 따라 우리의 의지로 제어할 수 없는 자율 신경계와 우리가 의식적으로 조절할 수 있는 체성 신경계로 구분됩니다.

■ 신경계와 첨단 과학 기술의 조화

이렇게 신경계는 외부의 자극에 대해 적절하게 반응할 수 있도록 해줍니다. 신경계를 통해 몸을 마음대로 움직일 수 있는 것이지요. 그런데 이러한 신경계를 기계와 연결한다면 어떨까요? 스위치를 조작하는 것이 아닌 내 생각과 의지만으로 기계를 움직일 수도 있지 않을까요? 

공상과학(SF) 영화에서나 나올 법한 이러한 생각은 실제로 실현 가능한 단계에 접어들었습니다. 그리고 이를 가능하게 해주는 것은 우리의 ‘뇌파(Electroencephalogram, EEG)’입니다. 뇌파란, 우리 뇌에 있는 뉴런 사이에서 신호가 전달될 때 나타나는 전기적 흐름을 말합니다. 뉴런의 축삭 돌기에서는 전기적 형태의 신호를 전달하는데, 뇌에 존재하는 많은 수의 뉴런 사이에서 일어나는 전기적 신호가 모여 하나의 흐름을 형성한 것이 뇌파라고 할 수 있겠습니다. 뇌파는 사람에게 고통을 주지 않고 단순히 두피에 전극을 얹기만 해도 측정이 가능하며, 어떤 생각을 하고 있는지와 같은 고등 정신 활동은 파악하기 어렵지만, 눈을 뜨고 있는지, 잠자고 있는지 등은 뇌파를 통해 쉽게 파악할 수 있습니다. 이 때문에 뇌파를 ‘뇌의 목소리’라고도 할 수 있지요. 

이러한 뇌파를 신호로 이용하면, 컴퓨터나 기계를 생각만으로도 조작할 수 있을 것입니다. 이러한 과학 기술이 현재 활발히 연구 중이며, 국립과천과학관에는 뇌파를 이용해 자동차를 조종할 수 있는 게임이 전시되어 있습니다. 뇌파의 강도로 속도를 조절하고, 눈동자의 움직임에 따른 신호로 방향을 조절할 수 있습니다. 

이러한 기술은 실제 자동차에도 적용되기 위해 연구되고 있습니다. 도로를 자동차로 달리고 있을 때 앞서 가던 차가 갑자기 속도를 줄이고 정지한다면, 빨리 브레이크를 밟아 속도를 줄여야 할 것입니다. 하지만 상황을 파악하고 브레이크를 밟는 데까지 걸리는 시간은 생각보다 길고, 그 시간 동안에도 자동차는 속도를 줄이지 않고 앞으로 달려 나갈 것입니다. 실제로 이런 상황에서 발생하는 교통 사고가 빈번합니다. 하지만 자동차가 브레이크를 밟고자 하는 내 생각을 읽어 브레이크를 자동으로 작동시킨다면, 훨씬 빠르게 속도를 줄일 수 있어 사고를 막을 수 있을 것입니다. 

이 밖에도 뇌파를 활용한 다양한 아이디어들이 현재 연구 중입니다. 특히 생각만으로 자판을 입력할 수 있고 기계를 통해 말할 수 있게 해주는 장치도 개발 중인데, 이러한 기술이 적용되면 루게릭 병으로 몸을 전혀 움직일 수 없는 천재 과학자 스티븐 호킹 박사도 자유롭게 생각을 표현할 수 있을 것입니다. 

▲ 루게릭 병을 앓고 있는 호킹 박사(출처: 에듀넷)

[자료출처: 에듀넷]