거울 신경 세포

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거울신경세포(Mirror neuron)는 동물이 특정 움직임(A)을 수행할 때에나 다른 개체의 특정 움직임(A)을 관찰할 때 활동하는 신경세포이다. 그러므로 이 신경세포는 다른 동물의 행동을 "거울처럼 반영한다(mirror)" 고 표현된다. 그것은 마치 관찰자 자신이 스스로 행동하는 것처럼 느낀다는 뜻이다. 이러한 신경세포는 영장류 동물에서 직접 관찰되었고, 인간에게도 있다고 여겨지고 있으며,조류를 포함한 다른 동물에도 있는 것으로 여겨진다. 인간의 경우에는, 거울신경세포와 연관된 지속적인 활동이 전운동피질(premotor cortex, 운동앞겉질)과 하두정피질(inferior parietal cortex, 아래마루겉질)에서 나타나고 있다.

일부 과학자는 거울신경세포가 최근 10년간 신경과학 분야에서 이루어진 가장 중요한 발견 중 하나라고 생각한다. 그들 중에는 V. S. 라마찬드란(V.S. Ramachandran)[1]이 있다. 그는 거울신경세포가 모방언어 습득에서 가장 중요한 역할을 한다고 믿고 있다. 그러나 이 분야의 인기에도 불구하고, 어떻게 거울신경세포가 활동해서 모방과 같은 인지 기능을 도와줄 수 있는지를 묘사하는 그럴 듯하면서 측정 가능한 가설은 아직 없는 형편이다.[2]

게다가 관찰되는 뇌 현상의 원인이라고 말할 수 있는, 하나의 신경세포가 존재하는 것은 아니라고 여겨지고 있는 형편이다. 거울신경세포는 차라리 신경세포들이 구성하는 하나의 전체적인 네트워크로서, 행동을 관찰할 때 활동한다고 말할 수 있다.

거울신경 체계는 '추측'의 주체로 기능한다. 이 신경세포는 다른 사람의 행동을 이해할 때, 모방을 통해 새로운 기술을 배울 때 중요한 역할을 할 것이라고 여겨진다. 일부 연구자는 동물들이 거울 체계를 통해 관찰된 행동을 흉내낼 것이라고 생각하며, 그런 활동을 통해 우리의 마음 이론(theory of mind) 기술에 기여할 것이라고 본다.[3][4] 반면에 다른 과학자는 거울신경세포가 언어 능력과 관련되어 있을 것이라고 생각한다.[5] 또한 그 입장을 지닌 학자들은 거울 체계에 생긴 문제가 아마도 자폐증을 비롯한 인지 장애의 원인이 될 것이라고 주장했다.[6][7] 거울 신경 세포의 역기능과 자폐증 사이의 관계는 확실치 않으며, 거울 신경 세포가 자폐증의 주요한 특징들과 관련되어 있을 것 같지는 않다.[2]

발견[편집]

1980년대에서 1990년대 사이에 자코모 리촐라티(Giacomo Rizzolatti)는 주세페 디 펠레그리노(Giuseppe Di Pellegrino), 루차노 파디가(Luciano Fadiga), 레오나르도 포가시(Leonardo Fogassi) 그리고 비토리오 갈레세(Vittorio Gallese)와 함께 이탈리아파르마(Parma)에 있는 대학에서 일하고 있었다. 그들은 원숭이가 손으로 물체를 잡거나 세심하게 다룰 때 그런 행동을 조절하는 신경을 연구하려고 짧은꼬리원숭이의 하두정피질(아래마루겉질)에 전극을 설치하고 있었다. 실험을 진행하면서, 그들은 원숭이가 음식 조각에 손을 뻗는 것(reaching)을 관장하는 하나의 신경세포가 원숭이의 뇌 안에 있다는 내용을 실험일지에 기록하였다. 그래서 연구원들은 특정한 운동을 할 때 그 신경세포가 얼마만큼 활동하는지를 측정하고자 했다. [8] 그들은 원숭이가 자신들이 음식을 집을 때 하는 것처럼 사람이 음식조각을 집어 올리는 것을 보았을 때 원숭이의 신경 세포 일부가 연구원들이 기록한 대로 반응한다는 것을 발견했다. 더 나아가 연구원들은 실험을 통해 원숭이의 하전두피질(inferior frontal cortex, 아래이마겉질)과 하두정피질(아래마루겉질)에 있는 신경세포의 대략 10% 정도가 '거울'과 같은 특성을 지니고 있으며 손으로 어떤 행위를 하거나 다른 대상의 행동을 관찰할 때 반응을 보인다는 사실을 확인하였다. 최근에는 크리스티안 케이서스(Christian Keysers)와 그의 동료들이 인간과 원숭이 모두에서 그러한 신경세포가 존재한다는 것을 입증했으며, 거울 체계가 다른 대상의 행동이 일으키는 소리에도 반응한다는 사실 역시 확인하였다.[9][10]

이러한 실험 결과는 출판되었고,[11] 거울 신경 세포가 전두부 대뇌피질 아래쪽과 두정부 대뇌피질 아래쪽에 있다는 것은 다른 사람도 재발견하였다.[12] 거울 신경 체계가 인간에게 존재한다는 주장은 fMRI, TMS, EEG 같은 장치나 행동 관찰을 통해서도 그 주장을 입증할 근거를 확보하고 있다. 에서 인간이 특정한 행동하거나 다른 대상의 행동을 관찰하는 동안 활성화되는 영역을 확인할 수 있다는 것이다. 더욱이 인간 뇌의 그 영역은 짧은꼬리원숭이의 뇌에서 발견된 영역과 상당히 유사하다.[13]

원숭이의 거울 신경 세포[편집]

새로 태어난 짧은꼬리원숭이가 얼굴 표정을 흉내낸다.

동물 중에서 지금까지 거울신경세포가 연구된 경우는 오직 짧은꼬리원숭이 한 종뿐이다. 이 원숭이에서는 거울신경세포가 하전두회(inferior frontal gyrus:region F5, 아래이마이랑)와 하두정소엽(inferior parietal lobule, 아래마루소엽)에서 발견되었다.[14]

현재까지 나온 가설에 따르면, 거울신경세포는 그 동물이 다른 동물의 행동을 이해하는 것을 매개하는 역할을 한다. 예를 들면, 원숭이 뇌의 거울신경세포는 원숭이가 종이 조각을 찢을 때, 원숭이가 사람이 종이 찢는 것을 볼 때, 그리고 모습은 보이지 않지만 종이가 찢어지는 소리가 들릴 때 반응한다. 이러한 세포의 특성 때문에 연구원들은 어떤 행위를 원숭이가 하든지 아니면 또다른 동물이 하든지와 상관없이, 거울신경세포가 '종이 찢기'와 같은 추상적인 개념을 암호화한다(신경에 전달하는 역할을 한다)고 생각하였다.[15]

짧은꼬리원숭이의 뇌에 있는 거울신경세포가 어떠한 기능을 하는지에 대해서는 아직 정확히 알 수 없다. 어른 짧은꼬리원숭이는 모방을 통해서 배우지 않는 것처럼 보인다. 최근에 이루어지는 실험에 따르면, 어린 짧은꼬리원숭이는 비록 신생아로 제한된 측두창(limited temporal window)을 지녔을 때뿐이기는 하지만 인간의 얼굴 움직임을 모방할 수 있다고 한다.[16] 그러나 그 모방 행위에 거울신경세포가 어떠한 기초를 제공하는지는 알 수 없다.

어른 원숭이의 경우에, 거울신경세포는 아마도 다른 원숭이가 하는 행동이 무엇을 하는 것인지를 이해하는 데 도움을 주거나 다른 원숭이의 행동을 인식하는 데 도움을 주는 것으로 보인다.[17]

인간의 거울 신경 세포[편집]

뇌를 그린 그림으로, 왼쪽에서부터 대뇌에 있는 전두엽(이마엽)과 두정엽(마루엽)의 위치를 보여준다. 전두엽의 아래쪽은 파란색 부분의 아래쪽이고, 두정엽의 위쪽은 노란색 부분의 위쪽이다.

인간의 뇌를 연구할 때 하나의 신경세포만을 따로 떼어내어 연구한다는 것은 일반적으로 가능하지 않다. 그래서 과학자들은 인간이 거울신경세포를 지니고 있다고 확신할 수 없다. 그러나 기능성 자기공명영상장치(fMRI, functional magnetic resonance imaging)를 이용한 뇌 이미지 실험의 결과는, 인간이 어떤 행동을 하거나 다른 사람이 어떤 행동을 하는 것을 볼 때 인간 뇌의 대뇌피질 전두엽 아래쪽과 두정엽 위쪽에서 활발한 반응이 나타난다는 점을 보여준다. 이러한 실험 결과는 뇌의 특정 영역이 거울신경세포를 담고 있다는 점을 시사하며, 이러한 결과를 바탕으로 과학자들은 그 영역들을 인간의 거울신경세포로 규정하였다.[18].

하지만 최근 연구는 인간의 '거울신경 영역'에서 온 신호를 기능성 자기공명영상장치(fMRI)가 측정한 결과로 볼 때 그것이 반드시 진짜 거울신경세포가 발생시키는 신호와 같은 것은 아니라는 점을 보여준다.(개별 신경세포가 자신과 다른 신경세포에 대하여 같은 반응을 하는 식의 신호가 아니라는 것이다.)[19]. 이런 이유 때문에, 과학자들이 인간을 연구하는 경우에는 "거울 신경 세포"보다 "거울신경 체계"(mirror neuron system)에 더 초점을 맞추고 있다.

여러 간접적인 측정법이 인간의 거울신경 체계를 연구하는 데 사용되곤 한다. 예를 들면, 한 사람이 다른 사람의 행동을 관찰했을 때 그의 뇌에 있는 운동피질은 자극에 좀 더 반응하기 때문에, 그 반응 정도를 측정할 수 있다.[20]

세포의 기능(가설)[편집]

주석[편집]

  1. V.S. 라마찬드란(V.S. Ramachandran), 인간의 진화에서 "위대한 도약" 이후를 이끌어 온 힘으로서의 거울신경세포와 모방을 통한 학습(Mirror Neurons and imitation learning as the driving force behind "the great leap forward" in human evolution). Edge Foundation. 2006년 11월 16일에 확인.
  2. Dinstein I, Thomas C, Behrmann M, Heeger DJ (2008년). 자연을 비추는 거울(A mirror up to nature). 《Curr Biol》 18 (1): R13–8. PMID 18177704. doi:10.1016/j.cub.2008.01.044.
  3. Christian Keysers and Valeria Gazzola, 뇌 연구의 발전(Progress in Brain Research), 2006, [1]
  4. Michael Arbib, 거울체계 가설. 마음 이론과 연결되는 언어(The Mirror System Hypothesis. Linking Language to Theory of Mind), 2005, retrieved 2006-02-17
  5. Hugo Théoret, Alvaro Pascual-Leone, 언어 습득: 당신이 들은 것처럼 하라(Language Acquisition: Do As You Hear), Current Biology, Vol. 12, No. 21, pp. R736-R737, 2002-10-29
  6. Oberman LM, Hubbard EM, McCleery JP, Altschuler EL, Ramachandran VS, Pineda JA., EEG 인지 관련 장애에서 나타나는 거울 신경 세포 역기능의 증거(evidence for mirror neuron dysfunction in autism spectral disorders), Brain Res Cogn Brain Res.; 24(2):190-8, 2005-06
  7. Mirella Dapretto, "타인의 감정 이해하기: 자폐 관련 장애 아동에게 나타나는 거울 신경 세포의 역기능"(Understanding emotions in others: mirror neuron dysfunction in children with autism spectrum disorders), Nature Neuroscience, Vol. 9, No. 1, pp. 28-30, 2006-01
  8. Giacomo Rizzolatti et al. (1996) "전운동피질과 운동행위의 인식"(Premotor cortex and the recognition of motor actions), 뇌 인지 연구 3(Cognitive Brain Research 3) 131-141
  9. Kohler et al., Science, 2002 [2]
  10. Gazzola et al., Current Biology, 2006 [3]
  11. Gallese et al, "대뇌피질에서의 행위인식" (Action recognition in the premotor cortex, Brain, 1996
  12. Fogassi et al, "두정엽: 행동 조직으로부터 의미 이해 까지"(Parietal Lobe: From Action Organization to Intention Understanding), 사이언스(Science), 2005
  13. 리촐라티(Rizzolatti G.), Craighero L., 거울 신경 체계(The mirror-neuron system), 연간 신경과학 리뷰(Annual Review of Neuroscience). 2004;27:169-92
  14. 리촐라티(Rizzolatti G.), 크레케로(Craighero L.), 거울신경세포 체계(The mirror-neuron system), Annual Review of Neuroscience. 2004;27:169-92
  15. 자코모 리촐라티와 라일라 크라이게로 안누(Giacomo Rizzolatti, Laila Craighero Annu). Rev. Neurosci. 2004. 27:169–92
  16. Ferrari PF, Visalberghi E, Paukner A, Fogassi L, Ruggiero A, et al. (2006) 짧은꼬리원숭이에서 나타나는 신생아의 모방행위(Neonatal Imitation in Rhesus Macaques). PLoS Biol 4(9): e302
  17. Giacomo Rizzolatti and Michael A. Arbib, "우리가 이해 가능한 범위 안에서의 언어"(Language within our grasp), Trends in neurosciences, Vol. 21, No. 5, 1998
  18. Marco Iacoboni, Roger P. Woods, Marcel Brass, Harold Bekkering, John C. Mazziotta, Giacomo Rizzolatti, 인간 모방에서 대뇌피질의 매커니즘(Cortical Mechanisms of Human Imitation), Science 286:5449 (1999)
  19. Dinstein I, Gardner JL, Jazayeri M, Heeger DJ. Executed and observed movements have different distributed representations in human aIPS. J Neurosci. 2008 Oct 29;28(44):11231-9. PMID: 18971465
  20. Fadiga L, Fogassi L, Pavesi G, Rizzolatti G. 행위 관찰 중에 생기는 유용한 운동: 자성 자극 연구( Motor facilitation during action observation: a magnetic stimulation study). J Neurophysiol. 1995 Jun;73(6):2608-11.