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내몸감각두뇌

뇌 가소성 : 복원, 모호, 공감각

공감각 : 경계는 없다
- 뇌회복
- 환각사지 & 수술법

감각 연합 : 출처의 모호성
- 맛의 상호작용
- 뇌가소성
- 공감각
- 안와전두피질
- 식품과 향의 상호작용

 

소리를 보고 빛을 듣는다

이제까지 청각 피질은 소리만 듣고, 시각 피질은 빛만 감지한다고 알려졌다. 각각의 감각들은 윗둔덕(superior colliculus) 같은 상위의 인지를 처리하는 영역에서야 비로소 합쳐진다는 것이 일반적인 뇌과학 상식이었다.
그런데 최근 이와 같은 뇌과학의 가장 기초적인 사실을 뒤집는 발견이 이루어졌다. 우리의 뇌는 필요하다면 소리를 볼 수도, 빛을 들을 수도 있다는 것이다.
이러한 놀라운 발견은 스크린 위에 반짝이는 빛의 위치를 찾는 원숭이 실험에서 밝혀졌다. 빛이 강할 때는 금방 찾지만 빛이 희미할 때는 시간이 오래 걸린다. 그런데 희미한 빛과 함께 소리를 들려주면 찾는 속도가 빨라지는 것이 관찰되었다.
시각 처리의 가장 초기 단계를 담당하는 49개의 뉴런에서 측정한 결과, 소리가 들리면 마치 강한 빛을 볼 때처럼 반응이 일어났다. 이러한 속도 향상은 귀와 눈을 담당하는 영역들 사이에 직접적인 연결이 없다면 불가능한 일이다. 예를 들어 우리는 호랑이나 자동차 같은 위험요소를 만났을 때 주변 시야가 약한 감각의 특성상 눈만으로는 반응이 느릴 수밖에 없다.
하지만 이때 위험물이 내는 소리에 반응한 청각이 직접적으로 시각 영역을 자극해 눈으로 대상에 빨리 집중할 수 있게 한다. 이때 불필요한 소리는 차단된다. 모기가 살갗 위에 앉는 촉감이 시각을 자극해 모기에게 물리기 전에 잡을 수 있는 것도 비슷한 과정이다.
연구진은 이번 연구가 감각에서 대뇌피질이 가소성(plasticity)을 가지는 잠재력에 대해서도 설명해준다고 밝혔다. 시각장애인이 더 예민한 청각을 가지는 것도 보는 데 사용하지 않는 시각 피질을 듣는 데 사용할 수 있기 때문이라는 것이다.

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입을 본다
이라크 전에서 로켓추진 수류탄 공격으로 실명했던 영국 병사가 첨단 기술의 도움으로 ‘혀’를 통해 불완전하나마 시력을 회복했다.
영국군 크레이그 룬드버그(Lundberg) 일병은 2007년 종파 분쟁이 한창이던 이라크 바스라에서 두 눈의 시력을 잃었다. 지붕 위를 뛰어다니며 사투를 벌이던 어느 한 순간, 정신을 잃은 뒤 의식을 회복했을 땐 모든 것이 암흑이었다. 맹도견의 도움 없이는 집 앞 수퍼마켓도 다녀올 수 없는 완전 실명(失明)이었다. 여자친구 카를라(Carla)의 얼굴도 다시는 못 볼줄 알았다. 하지만 영국 국방부를 통해 미국 첨단 기술 ‘브레인 포트(Brain Port Device)’의 영국내 첫 실험대상으로 선정되며 그의 삶은 다시 한 번 바뀌었다. 브레인 포트는 혀를 통해 눈 앞의 사물을 인식할 수 있게 하는 혁명적인 장비다. 이 장비는 카메라가 달린 선글라스와 혀에 전기 신호를 전달하는 센서를 연결시킨 형태라고 영국 일간 미러는 전했다. 카메라가 눈 앞의 사물을 윤곽 위주로 형상화한 뒤 전기 신호로 바꿔 혀를 통해 전달하면, 이 전기신호가 시신경을 통하지 않고도 뇌내에 흑백의 시각적 신호를 형성하는 원리다. 눈으로 보는 것처럼 완벽하진 않지만, 자신 앞에 있는 사물의 형태를 식별할 수 있을 뿐 아니라, 간단한 글자도 해독할 수 있다. 물론 강한 것부터 약한 것까지 네 단계 정도로 구분된 이 신호를 구별해 시각적 이미지로 인식하는 데는 일정한 훈련이 필요하다.
룬드버그 뿐 아니라 수많은 후천적 시각 장애인이나 상이용사들에겐 정말 행복한 소식이다. 룬드버그는 “많은 연습이 필요하지만, ‘브레인 포트’는 내가 진짜 시력을 되찾을 경우를 제외한다면 상상할 수 있는 최고의 보상”이라고 말했다.

 

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‘빛’의 냄새 맡는 쥐가 있다?
벤카데쉬 머피 하버드대 교수가 연구. 2010년 10월 26일

빛의 냄새를 맡는 쥐가 태어났다. 과학자들은 이 쥐를 통해 후각 신경의 구조를 이해할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 향기에 따른 뇌의 반응을 보기 위해서는 먼저 후각 기관을 자극해야 한다. 그러나 향기는 매우 다양하고 미세한 분자라 통제가 어렵다. 벤카테쉬 머피 하버드대 분자및생물학과 교수는 “향기는 화학적으로 너무 복잡한 물질이라서 향기를 이용해서는 냄새를 맡는 신경 회로를 따로 분리해 연구하기가 매우 어렵다”고 설명했다. 머피 교수팀은 이 문제를 해결하기 위해 최근 탄생한 분야인 광유전학을 적용했다. 빛에 반응하는 단백질을 쥐의 후각 기관에 합성했다. 이렇게 탄생한 쥐는 냄새 신호가 전달되는 신경이 냄새가 아닌 빛에 의해 활성화된다. 빛은 향기와 달리 통제하기가 쉽다. 이 쥐를 이용하면 빛을 이용해 뇌에서 후각을 담당하는 부분이 어떻게 활성화되는지 연구할 수 있을 것으로 연구팀은 기대했다. 이 연구는 네이처 뉴로사이언스 10월 17일자에 실렸다.

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폐도 혀처럼 쓴 맛을 느낄 수 있다

쓴맛을 느끼는 쓴맛 수용체가 혀에만 있는 것이 아니라 폐와 연결된 기도에도 있다는 연구결과가 나왔다. 결국 폐를 쓴맛에 노출시키면 기도가 넓어지고 천식 등 다른 폐질환 치료에 좋은 돌파구를 찾을 수 있다는 것이다. 미국 메릴랜드대학교 의대 스테판 리젯 교수팀은 폐에 있는 기관지의 평활근에 혀에서 맛을 느끼는 부분인 미뢰(taste bud)처럼 쓴맛 수용체가 있다는 것을 발견했다. 폐에 있는 이 수용체는 쓴맛을 내는 물질에 닿으면 기도가 넓어졌다. 혀에 있는 수용체는 쓴 맛을 느끼면 뇌로 신호를 보냈지만 폐에 있는 이 수용체는 쓴맛이 들어와도 뇌로 신호를 보내지는 않았다. 연구진은 폐에 있는 수용체가 천식 치료에 도움이 될 것이라는 것을 확인했다. 쓴맛이 나는 여러 가지 성분을 인간과 쥐의 기도, 기도의 평활근 세포, 천식이 있는 쥐에게 투여했더니  기존 천식 치료제 보다 더 기도를 넓게 했다. 리젯 교수는 “이번 연구를 바탕으로 천식, 폐기종, 만성 기관지염의 현재 치료약을 대체하거나 더 강화할 수 있는 신약 개발의 길이 열릴 것으로 본다”며 “하지만 단순히 쓴맛이 나는 음식을 먹는 것은 천식 환자에게 별 도움이 되지 않는다”고 말했다. 이 연구결과는 ‘네이처 메디신(Nature Medicine)’ 온라인 판에 게재됐으며 미국 건강웹진 헬스데이, 영국 BBC 방송 등이 24일 보도했다.

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대뇌 피질에는 소리가 들려오는 방향과 위치를 파악하는 기능을 하는 영역이 있다. 귀가 먹게 되면 이 영역은 청각 대신 영상 정보를 처리하게 된다.

청각과 같은 주요 감각을 잃는 경우 나머지 감각이 예민해져서 청각 손실을 보충하는 역할을 한다는 사실은 이미 알려져 있다. 하지만 하나의 감각을 잃는 경우 뇌의 해당 영역이 어떤 새로운 역할을 맡게 되는지는 지금껏 알려지지 않고 있었다. 미국 버지니아코먼웰스대학과 캐나다 웨스턴온타리오대학 공동연구진은 먼저 청각이 정상인 동물의 뇌에서 청각자극에 반응하는 영역을 검사했다. 소리에 반응해서 그 음원의 방향과 위치를 파악하는 행동을 제어하는 영역이었다. 하지만 귀머거리 동물의 경우 똑같은 대뇌피질의 영역이 시각자극에 반응했는데 그러면서도 여전히 방향 설정 및 위치파악 행동을 제어하는 역할을 하고 있었다.

 




페이스북       방명록      수정 2015-07-20 / 등록 2010-11-18 / 조회 : 11759 (121)



우리의 건강을 해치는 불량지식이 없는 아름다운 세상을 꿈꾸며 ...  2009.12  최낙언