반향(Echo) 위치파악 중 뇌에서 일어나는 일
- 건강의학 / 문광주 기자 / 2024-06-26 18:28:58
4'00" 읽기
- 시각 장애인과 볼 수 있는 사람의 뇌가 반향 위치 측정을 배울 때 실제로 비슷하게 반응.
박쥐, 돌고래 그리고 일부 다른 동물은 자연스럽게 그렇게 하지만 우리 인간도 귀로 '볼' 수 있다. 특히 시각 장애인은 반향 위치 측정을 사용해 방향을 정하지만, 시력이 있는 사람도 이 기술을 배울 수 있다. 우리는 음파가 다양한 물체에 반사되어 약한 에코를 생성한다는 사실을 이용한다. 이는 해당 물체가 어디에 있는지, 그리고 우리가 그 물체로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 보여준다.
박쥐와 돌고래가 고주파 초음파 소리를 내는 반면, 우리 인간은 혀로 특정 대상을 클릭하고 클릭하여 그러한 에코를 생성할 수 있다.
10주간의 에코 훈련이면 충분할까?
Durham University의 Liam Norman이 이끄는 연구팀은 이제 우리가 반향 위치 측정을 배울 때 뇌에서 어떤 일이 일어나는지 조사했다. 특히 심리학자들은 시각 장애인의 두뇌가 시각이 있는 사람들의 두뇌와 동일한 방식으로 에코 훈련 중에 변화하는지를 알고 싶었고, 따라서 일반적으로 음향 신호 외에 시각 자극을 사용하여 방향을 정할 수 있는 사람도 있었다.
이를 위해 연구자들은 시각 장애인 12명과 시각 장애인 14명에게 반향정위 방법을 가르쳤다. 20~3시간 동안 진행된 20번의 세션에서 피험자들은 이전에 녹음한 후 재생한 딸깍 소리를 사용하여 다양한 크기의 물체를 찾고 방에서 길을 찾는 방법을 배웠다. 10주간의 훈련 전후에 심리학자들은 피험자들의 뇌를 녹음하여 서로 비교했다. 이를 위해 그들은 기능적 자기공명영상(fMRI)을 사용하고 훈련 중과 마찬가지로 녹음 중에도 피험자에게 동일한 클릭 소리를 재생했다.
피질은 스스로 재건되고 더욱 민감해진다.
전후 비교 결과는 다음과 같다. 시력을 담당하는 영역(뇌 양쪽 반구의 일차 시각 피질)이 훈련 중에 피험자의 눈에 띄게 재조직되었다. 이 뇌 영역의 뉴런은 다르게 구조화되었다. 팀이 발견한 바와 같이, 이로 인해 그들은 반향 자극에 더 민감해졌고 그에 따라 클릭 소리가 들릴 때 더 활동적이 되었다. 두 영역은 실제로 시간적, 공간적 시각을 담당하지만 이 경우 청각에도 관여하는 것으로 보인다.
또한, 실험에서 청각을 담당하는 영역(뇌 우반구의 일차 청각 피질)은 훈련된 피험자의 에코뿐 아니라 모든 종류의 소음에 더 민감하게 반응했다. 이것은 이 영역이나 주변 영역의 더 많은 회색 뇌 물질에 반영되었다.
또한 상하 두정엽을 포함한 피험자의 다른 뇌 영역은 에코 운동 전보다 훈련 후 더 활성화되었다. 이러한 영역은 우리 뇌의 주의 집중 센터의 일부이기 때문에 Norman과 그의 동료들은 에코 위치를 학습하면 클릭 자극과 그 에코에 대한 주의가 훈련될 것이라고 의심한다.
눈이 먼 사람과 눈이 멀지 않은 사람 사이에는 차이가 없다
"반향을 듣는 사람들"의 뇌는 단 10주간의 훈련 후에 훈련받지 않은 상태의 뇌와 달랐다. 두 그룹의 피험자 중 적어도 약 8명이 그랬다. 놀랍게도 심리학자들은 fMRI 이미지에서 시각 장애인의 뇌와 시각 장애인의 뇌 사이에 차이가 없음을 발견했다. 두 테스트 그룹 모두 훈련 후 유사하게 오리엔테이션 연습을 완료했으며 각각 확실한 훈련 성공을 거두었다.
따라서 이 실험은 클릭 위치에 대한 두 가지 가정, 즉 시력이 있는 사람의 뇌는 시각 장애인의 뇌보다 반향 위치 측정에 덜 강하게 적응할 것이며 반향 위치 측정에 대한 신경 적응에는 훨씬 더 많은 연습이 필요하다는 가정을 반박한다. 또한 연구자들은 더 오랜 훈련 후에 뇌에 추가적인 변화가 일어날 가능성이 있다고 강조했다.
누구나 반향정위를 배울 수 있다.
Norman과 그의 동료들은 관찰을 통해 우리의 두뇌가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 유연하게 새로운 요구에 적응하고 더 유연하게 재구성될 수 있다는 결론을 내렸다. 특히, 우리가 (여전히) 얼마나 잘 볼 수 있는지 또는 얼마나 많이 볼 수 있는지는 분명히 아무런 차이가 없다. 모든 사람이 반향정위 방법을 배울 수 있기 때문에 우리의 뇌는 어떤 방식으로든 새로운 자극에 적응한다.
“우리는 시각 장애인과 볼 수 있는 사람의 뇌가 반향 위치 측정을 배울 때 실제로 비슷하게 반응한다는 것을 보여주었다. 이것은 어떤 감각 레퍼토리를 가지고 있는지에 관계없이 우리의 두뇌가 얼마나 적응력이 있는지를 보여준다”고 Durham University의 수석 저자인 Lore Thaler는 말했다.
(Cerebral Cortex, 2024; doi: 10.1093/cercor/bhae239)
출처: Durham University
- 시각 장애인과 볼 수 있는 사람의 뇌가 반향 위치 측정을 배울 때 실제로 비슷하게 반응.
반향(Echo) 위치파악 중 뇌에서 일어나는 일
클릭 위치는 시각 장애인과 보는 사람의 신경 연결을 변경한다.
귀로 "보기":
시각 장애인과 볼 수 있는 사람 모두 소리의 반향을 사용해 공간적으로 방향을 잡는 방법을 배울 수 있다. 이러한 학습 과정에서 뇌는 변화하며 시각 장애가 있든 없든 마찬가지다. 이는 원칙적으로 누구나 비교적 짧은 시간 내에 반향 위치를 찾는 방법을 배울 수 있다는 것을 의미한다.
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| ▲ 반향정위를 사용하면 물체가 반사하는 음파를 사용하여 물체의 위치를 찾는다.pixabay |
박쥐, 돌고래 그리고 일부 다른 동물은 자연스럽게 그렇게 하지만 우리 인간도 귀로 '볼' 수 있다. 특히 시각 장애인은 반향 위치 측정을 사용해 방향을 정하지만, 시력이 있는 사람도 이 기술을 배울 수 있다. 우리는 음파가 다양한 물체에 반사되어 약한 에코를 생성한다는 사실을 이용한다. 이는 해당 물체가 어디에 있는지, 그리고 우리가 그 물체로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 보여준다.
박쥐와 돌고래가 고주파 초음파 소리를 내는 반면, 우리 인간은 혀로 특정 대상을 클릭하고 클릭하여 그러한 에코를 생성할 수 있다.
10주간의 에코 훈련이면 충분할까?
Durham University의 Liam Norman이 이끄는 연구팀은 이제 우리가 반향 위치 측정을 배울 때 뇌에서 어떤 일이 일어나는지 조사했다. 특히 심리학자들은 시각 장애인의 두뇌가 시각이 있는 사람들의 두뇌와 동일한 방식으로 에코 훈련 중에 변화하는지를 알고 싶었고, 따라서 일반적으로 음향 신호 외에 시각 자극을 사용하여 방향을 정할 수 있는 사람도 있었다.
이를 위해 연구자들은 시각 장애인 12명과 시각 장애인 14명에게 반향정위 방법을 가르쳤다. 20~3시간 동안 진행된 20번의 세션에서 피험자들은 이전에 녹음한 후 재생한 딸깍 소리를 사용하여 다양한 크기의 물체를 찾고 방에서 길을 찾는 방법을 배웠다. 10주간의 훈련 전후에 심리학자들은 피험자들의 뇌를 녹음하여 서로 비교했다. 이를 위해 그들은 기능적 자기공명영상(fMRI)을 사용하고 훈련 중과 마찬가지로 녹음 중에도 피험자에게 동일한 클릭 소리를 재생했다.
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| ▲ 10주 훈련 프로그램에 사용되는 실제 반향정위 작업. 크기 판별 작업(a)에서 참가자들은 수직으로 배열된 두 개의 디스크 중 어느 것이 더 큰지 판단했다. 방향 인식 과제(b)에서 참가자들은 직사각형 판자가 수직인지, 오른쪽이 위로(45°), 왼쪽이 위로(135°) 또는 수평인지 판단했다. (출처:관련논문 Changes in primary visual and auditory cortex of blind and sighted adults following 10 weeks of click-based echolocation training / Cerebral Cortex / Oxford Academy) |
피질은 스스로 재건되고 더욱 민감해진다.
전후 비교 결과는 다음과 같다. 시력을 담당하는 영역(뇌 양쪽 반구의 일차 시각 피질)이 훈련 중에 피험자의 눈에 띄게 재조직되었다. 이 뇌 영역의 뉴런은 다르게 구조화되었다. 팀이 발견한 바와 같이, 이로 인해 그들은 반향 자극에 더 민감해졌고 그에 따라 클릭 소리가 들릴 때 더 활동적이 되었다. 두 영역은 실제로 시간적, 공간적 시각을 담당하지만 이 경우 청각에도 관여하는 것으로 보인다.
또한, 실험에서 청각을 담당하는 영역(뇌 우반구의 일차 청각 피질)은 훈련된 피험자의 에코뿐 아니라 모든 종류의 소음에 더 민감하게 반응했다. 이것은 이 영역이나 주변 영역의 더 많은 회색 뇌 물질에 반영되었다.
또한 상하 두정엽을 포함한 피험자의 다른 뇌 영역은 에코 운동 전보다 훈련 후 더 활성화되었다. 이러한 영역은 우리 뇌의 주의 집중 센터의 일부이기 때문에 Norman과 그의 동료들은 에코 위치를 학습하면 클릭 자극과 그 에코에 대한 주의가 훈련될 것이라고 의심한다.
눈이 먼 사람과 눈이 멀지 않은 사람 사이에는 차이가 없다
"반향을 듣는 사람들"의 뇌는 단 10주간의 훈련 후에 훈련받지 않은 상태의 뇌와 달랐다. 두 그룹의 피험자 중 적어도 약 8명이 그랬다. 놀랍게도 심리학자들은 fMRI 이미지에서 시각 장애인의 뇌와 시각 장애인의 뇌 사이에 차이가 없음을 발견했다. 두 테스트 그룹 모두 훈련 후 유사하게 오리엔테이션 연습을 완료했으며 각각 확실한 훈련 성공을 거두었다.
따라서 이 실험은 클릭 위치에 대한 두 가지 가정, 즉 시력이 있는 사람의 뇌는 시각 장애인의 뇌보다 반향 위치 측정에 덜 강하게 적응할 것이며 반향 위치 측정에 대한 신경 적응에는 훨씬 더 많은 연습이 필요하다는 가정을 반박한다. 또한 연구자들은 더 오랜 훈련 후에 뇌에 추가적인 변화가 일어날 가능성이 있다고 강조했다.
누구나 반향정위를 배울 수 있다.
Norman과 그의 동료들은 관찰을 통해 우리의 두뇌가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 유연하게 새로운 요구에 적응하고 더 유연하게 재구성될 수 있다는 결론을 내렸다. 특히, 우리가 (여전히) 얼마나 잘 볼 수 있는지 또는 얼마나 많이 볼 수 있는지는 분명히 아무런 차이가 없다. 모든 사람이 반향정위 방법을 배울 수 있기 때문에 우리의 뇌는 어떤 방식으로든 새로운 자극에 적응한다.
“우리는 시각 장애인과 볼 수 있는 사람의 뇌가 반향 위치 측정을 배울 때 실제로 비슷하게 반응한다는 것을 보여주었다. 이것은 어떤 감각 레퍼토리를 가지고 있는지에 관계없이 우리의 두뇌가 얼마나 적응력이 있는지를 보여준다”고 Durham University의 수석 저자인 Lore Thaler는 말했다.
(Cerebral Cortex, 2024; doi: 10.1093/cercor/bhae239)
출처: Durham University
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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