가끔 일하거나 공부를 하다보면 자신도 모르게 음악(또는 음정)을 흥얼거릴 때가 있습니다. 자신도 모르게 깜짝 놀랄 때가 많은데 실제 음악을 듣고 따라서 흥얼거리는 것이 아니라 음악이 없는 상황에서 자신도 모르게 흥얼거릴 때 뇌 속에서는 어떤 일이 일어날까요.최근에 스위스 로잔 연방공과대학(EPFL), 미국 캘리포니아 버클리대(UC 버클리), UC 샌프란시스코, 메릴랜드대, 독일 베를린자유대, 베른대 병원, 프랑스 고등사범대 연구팀이 음악을 들을 때 우리 뇌에서 일어나는 일을 시각화하는데 성공해 뇌과학 분야 국제학술지 ‘세레브럴 코르텍스’(대뇌피질) 최신호에 발표했습니다.

아무렇지도 않아보이는 이 기술은 언어능력을 상실한 사람들이 의사소통하는 것에 도움을 줄 것으로 기대되고 있습니다.

우리가 음악을 들을 때 뇌에서는 고주파와 저주파 같은 정보를 각기 달리 처리해 청각인식과 일치시킨다고 합니다.

예를 들어 사운드가 들려올 때 나타나는 신경 반응을 기록하고 예를 들어 사운드가 들려올 때 나타나는 신경 반응을 기록하고 분석할 수 있기 때문에 노래를 듣는 사람의 뇌 활동을 쉽게 분석할 수 있지만 청각적 자극이 없이 머릿 속으로 음악을 생각하고 연주할 때, 즉 음악을 상상할 때 뇌가 어떻게 작동하는지 이해하는 것은 쉬운 일이 아닙니다.

음악이 머릿 속에서만 연주될 때 소리가 실제로 존재하지 않기 때문에 분석이 사실상 불가능하다는 말로도 해석될 수 있습니다.

EPFL의 휴먼-머신 인터페이스 데피테크 재단(CNBI) 연구팀은 새로운 방식으로 머릿 속에서 음악을 연주하고 있을 때 뇌에서 어떤 일이 일어나는지 분석하고 측정하는데 성공했습니다.

연구팀은 뇌전증(간질)을 앓고 있는 경험이 많은 피아니스트를 대상으로 연구를 수행했습니다. 연구팀은 피아니스트에게 소리가 켜진 상태에서 전자 피아노로 음악을 연주하라고 요청한 뒤 음악이 연주되는 동안 해당 뇌 활동을 기록했다. 그 다음에는 피아노 소리가 나지 않도록 묵음으로 해놓고 음악을 듣는다고 상상을 하며 피아니스트에게 같은 곡을 연주하도록 요청했다. 이 때도 다시 뇌활동을 기록했습니다.

특히 두 번째 실험은 음이 들리지 않는 상태에서 환자가 만든 정신적 표현에서 나온 음악을 측정했는데 연구팀은 이 두 가지 다른 방법으로 정보를 수집해 차이점을 비교할 수 있었다고 합니다.

더군다나 일반인들이 보기에 실험이 매우 단순해 보이기는 하지만 환자의 뇌에 전극을 이식하는 ‘침습적’ 방법을 활용했다는 점에 주목할 만합니다.

연구의 1저자인 스테파니 마르틴 연구원은 “뇌에 전극을 이식하는 것은 약물을 사용하기 어려운 뇌전증 환자를 치료하는데 많이 활용된다”며 “이번 연구에 이 환자가 대상이 된 것도 치료목적으로 심어진 전극을 이용해 뇌활동을 측정할 수 있기 때문”이라고 밝혔지요.

이번 연구는 사람들이 머릿 속으로 음악을 상상할 때 뇌의 청각 부분을 다루는 피질과 고음과 저음 같은 청각 정보를 실제 소리에 자극받을 때와 같은 방식으로 처리한다는 작동한다는 것을 보여준 첫 번째 사례입니다.연구자들은 이번 연구를 통해 말하기 능력을 상실한 사람들에게 도움을 줄 수 있을 것이라고 예상하고 있습니다. 뇌의 특정 부위를 자극함으로써 머릿 속 상상을 언어로 표현해 줄 수 있는 시스템을 개발하겠다는 것이지요.

마르틴 연구원은 “언어는 음악보다 훨씬 복잡한 시스템이고 언어 정보는 뇌의 여러 부위에서 작동하고 여러 단계를 거치는 것으로 알려져 있다”며 “이번 연구를 실어증 환자를 대상으로 기계나 컴퓨터와 연결해 언어를 구현할 수 있는지 확인하는 것이 다음 연구단계”라고 말했습니다.

뇌과학이 발달하면서 우리도 모르는 일을 컴퓨터가 알아차리는 일이 생길 것 같습니다.

edmondy@seoul.co.kr