'인지' 란 무엇일까?(인지 심리학: 인지신경과학 3)

오늘은 이어서 진행하겠습니다. 저번 글을 읽지 않으신 분은

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'인지' 란 무엇일까?(인지 심리학: 인지신경과학 2)

읽고 와주세요

 

감각의 부호화

감각의 신경표상 문제는 감각 부호화 문제라고 불리는데 여기서 감각의 부호화(sensory coding)란 뉴런들이 다양한 환경 특성들을 표상하는 방식을 지칭합니다. 어떤 대상이 그 대상에 대해서만 반응하는 전문화된 뉴런의 발화에 의해 표상될 수 있다는 생각을 특수성 부호화(specificity coding)라고 부릅니다.

 

하지만 특수성 부호화라는 생각이 간단하기는 하지만 정확할 가능성은 거의 없습니다. 각각의 대상(예를 들어 사람 얼굴들을 구분)들에 대해서만 헌신하는 별도의 뉴런이 존재할 수 없습니다. 전집 부호화(population coding)는 많은 수의 뉴런들의 발화 패턴에 의해 특정 대상이 표상되는 것입니다. 하지만 어떤 기능들의 경우에는 많은 수의 뉴런들이 필요하지 않게됩니다. 작은 뉴런 집단들이 관여할 때에는 희박 부호화가 이루어집니다. 희박 부호화(sparse coding)는 특정 대상이 작은 뉴런 집단만의 발화 패턴에 의해 표상될 때 일어나는데 대부분의 뉴런들은 발화하지 않습니다.

 

최근 간질 치료를 위한 뇌수술을 받은 환자의 측두엽의 기록에서 매우 특수한 자극에 반응하는 뉴런들이 발견되었습니다. 실험으로 스티브 카렐의 여러 표정들을 보여주었는데요.

실험 결과 이 뉴런을 30분동안만 기록했는데 더 많은 시간이 있었다면 다른 얼굴들도 이 뉴런이 발화를 할 수 있었다는 실험 결과입니다.

 

이는 희박 부호화 사례에 속할 것이라고 제안했고, 청각 체계에서 음을, 후각 체계에서 냄새를 표상하는 부호는, 희박 부호화가 제안하듯이 비교적 적은 수의 뉴런들에 걸친 활동 패턴을 포함한다는 증거들이 생겼습니다. 

 

조직화: 신경심리학과 뉴런의 기록

대뇌 조직화의 기본 원리들 가운데 하나가 기능 국재화(localizationof function)인데, 이에 따르면 특정 뇌 영역이 특정 기능을 담당합니다, 대부분의 인지기능들을 대뇌피질(cerebracotrtex)이 담당합니다. 기능 국재화에 대한 초기 증거는 신경심리학(neuropsychology)에서 나왔는데, 이 분야는 뇌 손상을 가지느 사람의 행동을 연구합니다.

 

신경심리학이 밝힌 국재화

 

신경심리학의 대한 연구는 뇌졸중 환자들과 함께 연구가 되었습니다. 뇌졸중은 통상 혈전에 의해 뇌로 향하는 혈류가 막히는 것입니다. 뇌졸중 화자를 대상으로 한 기능 국재화를 초기에 보고한 것이 Paul Broca인데, 그에 따르면 좌뇌 전두엽의 한 영역인 브로카 영역(Broca`s area)은 말소리화에 전문화되어있다고 합니다.

 

또 Carl Wernicke는 측두엽의 한 영역인 베르니케 영역(Wernicke`s area)이 손상된 다른 환자 집단을 연구하였는데 그들의 말소리는 유창하고 무법적으로는 정확했지만 의미가 지리멸렬하였습니다.

 

브로카와 베르니케 영역

이 두영 역은 언어 생성과 관련된 영역(브로카 영역)과 언어 이해와 관련된 영역(베르니케 영역)을 밝혔습니다

 

이후 후속 연구 결과에 의해 수정되었지만, 이 두 뇌 영역이 상이한 기능을 담당한다는 생각은 여전히 타당하며 기능 국 재화라는 생각을 받아들이는 데 큰 영향을 미쳤습니다.

 

국재화는 주로 머리(특히 뇌와 가까운 부분)를 다치신 환자들과 함께 발전하여 왔습니다.

예를 들면 후두엽(occipital lobe)의 손상 즉 머리 뒤쪽을 다치신 환자분들은 실명을 초래하며 손상된 후두엽의 영역과 환자가 보지 못하는 시공간의 장소 사이에 연결이 존재합니다.(후두엽의 좌측 부분의 손상은 시공간의 상측 우측 부분에 맹목 영역을 초래하는 등)

 

1. 귀로부터 신호를 수용하는 청각피질은 상측 측두엽(temporal lobe)에 있으며 듣기를 담당합니다.

2. 피부로부터 신호를 수용하는 체감 각피질은 두정엽(parietal lobe)에 있으며 감촉, 압력, 통증의 지각을 담당합니다.

3. 전두엽(frontal lobe)은 모든 감각에서 오는 신호들을 수용하며 사고와 문제 해결과 같은 고차적 인지기능들 뿐만 아니라 감각들의 조정을 담당합니다.

 

또 재밌는 결과가 있는데 뇌 손상이 시각 기능에 미치는 다른 효과가 측두엽의 사측 우측 부분의 손상을 입은 환자에게서 보고되었는데, 이것이 얼굴을 인식할 수 없는 얼굴 실인증(prosopagnosia)입니다.

얼굴 실인증이란 얼굴이라는 사실을 인지 할 수 있지만 그것이 누구의 얼굴(가족, 친구 포함)인지 모르는 증상입니다. 이러한 상황 덕분에 이중 해리라는 것도 입증을 해냈습니다.

 

조직화: 뇌 영상

1980년대에 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging)이라고 불리는 기법이 임상학적인 목적을 위해 도입되었습니다. 이걸 이용해서 뇌에 대한 영상을 찍을 수 있게 되었습니다. 1980년대 이후부터 뇌에 대한 구조를 더 자세히 살펴볼 수 있게 되었고 여러 실험을 진행하게 되었습니다.

 

이렇게 해서 오늘 내용은 여기까지고요 다음에는 분산 표상과 뉴럴 네트워크 조금 설명하고 인지신경과학을 끝내고 지각에 대해서 공부해보도록 하겠습니다 감사합니다.