인지 능력 향상, 뇌 질환 진단 등 뇌파 널리 사용되고 있어
특정 활동 시 자주 발생하는 주파수 발견해
뇌파를 활용하여 뇌의 비밀을 풀어낼 수 있을지 기대돼

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올해로 뇌파가 발견된 지 100년이 지났다. 이 발견은 인간의 뇌를 연구하는 방식에 큰 영향을 미쳤으며 지각에서 기억에 이르기까지 ‘인지’를 이해하는 데 중요한 역할을 했다. 또한 뇌파는 뇌전증을 비롯한 여러 뇌 질환을 진단하고 치료하는 데 널리 사용되고 있다.

뇌파를 처음 발견한 한스 베르거

정신과 의사인 한스 베르거는 인간의 뇌파를 측정하는 장치를 발명했으며 이 장치를 이용해 1924년 베르거는 최초로 ‘인간의 뇌파’를 기록했다. 동물의 뇌파를 기록하는 것에 그쳤던 시기인 것을 감안하면 베르거의 발견은 엄청난 발전을 이룬 것이라는 평가를 받고 있다.

베르거는 뇌파를 발견하기 이전에도 뇌와 정신 활동의 관계에 관심이 많았다. 예를 들어 뇌의 부피와 온도를 측정하여 지적 작업, 주의력, 욕망과 같은 정신적 변화 과정을 연구했다. 이후 베르거는 전극을 활용한 연구로 시선을 돌려 큰 성과를 냈다. 베르거는 1924년에 인간의 뇌파를 처음 기록했지만, 1929년이 되어서야 그 결과를 발표했다. 그 이유는 뇌파 신호의 근원을 찾고자 했으며 스스로 뇌파에 대한 의구심을 가지고 있었기 때문이다. 자기 자녀를 포함해 여러 실험자를 대상으로 수백 개의 뇌파를 기록하며 뇌파에 대해 확신을 쌓아갔다.

마침내 베르거는 연구 결과에 확신을 갖게 되어 정신의학 저널에 논문을 발표했고 노벨상 수상이라는 희망을 품고 있었다. 하지만 안타깝게도 학계에서는 베르거의 연구 결과를 의심했다. 몇 년이 지나서야 그 의심은 사그라들고 다른 연구자들도 적극적으로 뇌파를 연구하기 시작했다. 베르거는 1940년에 노벨상 후보로 지명되었으나, 불행히도 제2차 세계대전과 독일의 노르웨이 점령으로 인해 그해에는 어떤 부문도 노벨상을 수여하지 않았다.

신경 활동에 따라 자주 등장하는 주파수 발견해

많은 신경 세포가 동시에 활성화되면 강력한 전기 신호가 발생하는데 그 위력은 뇌, 두개골, 두피까지 순간적으로 퍼질 만큼 강하다. 따라서 머리에 전극을 부착해 뇌파를 기록할 수 있는 것이다.

뇌파를 발견한 이후 연구자들은 신경 활동을 할 때 특정 주파수에서 신경 세포가 진동한다는 사실을 알아냈다. 베르거는 최초 뇌파 기록에서 초당8~12회, 즉 8~12헤르츠(Hz)를 주기로 반복하는 진동이 우세하다는 점에 주목했고 이를 ‘알파파’로 명명했다. 알파파가 발견된 이후 과학자들은 다른 뇌파를 찾기 위해 심혈을 기울였다.

연구자들은 주파수를 바꿔가며 신경 세포 간의 상호 작용이 어떻게 바뀌는지 조사했다. 노력 끝에 연구자들은 뇌에 자극을 줘 뇌파를 변화시키고 그 변화로 인해 인지 능력이 상승할 수 있음을 밝혀냈다. 또한 특정 활동에 따라 자주 발생하는 주파수로 신경을 진동한다는 사실을 알아냈다. 예를 들어 명상을 하면 세타파의 진동수가 증가하고 기억을 떠올리는 능력을 향상시킬 수 있다. 따라서 뇌파는 뇌가 정보를 처리하는 방식에 대해 많은 실마리를 제공했다.

최근 뇌파를 이용한 연구 활발히 이루어지고 있어

오늘날 뇌파는 수면 장애와 간질을 진단하고 뇌 질환을 치료하는 데 사용되고 있다. 과학자들은 뇌에 자극을 주어 기억력을 향상시킬 수 있는지 확인하기 위해 뇌파를 사용하고 있다. 연구는 아직 초기 단계에 있지만, 몇 가지 흥미로운 결과가 나왔다. 한 연구에서는 감마파의 뇌 자극이 알츠하이머병 환자의 기억력과 신경전달물질을 전달하는 능력을 개선한다는 사실을 발견했다.

새로운 연구에서는 두 개의 고주파를 사용하여 주파수의 차이만큼 신경 활동을 유발하는 실험을 진행했다. 고주파는 뇌에 더 잘 침투하여 목표 부위에 도달할 수 있다는 이점이 있으나, 고주파 만으로는 신경 활동을 유발할 수 없었다. 그러나 연구자들은 2000헤르츠와 2005헤르츠를 사용하여 기억을 관장하는 핵심 영역인 ‘해마’에 두 주파수의 차이인 5헤르츠 세타파를 보내는 실험을 했다. 그 결과 피험자들은 얼굴과 이름을 연결하여 기억하는 능력이 향상되었다.

앞으로 뇌파를 활용한 연구 더욱 기대돼

뇌파를 이용한 연구가 활발히 이루어지고 있지만, 뇌의 비밀을 풀기 위해서는 더 많은 연구가 필요한 상황이다. 예를 들어 뇌파가 인지에 미치는 정확한 역할과 주파수를 변경하면 영구적으로 인지 능력이 향상하는지 등 아직 연구 과제가 산더미처럼 쌓여있다.

과학자들은 뇌파를 이용하여 더 나은 미래를 그리고 있다. 일부 연구자들은 뇌파를 이용해 뇌 질환을 진단하고 ‘개인 특성’에 맞는 치료법을 개발할 수 있을 것으로 예상한다. 다른 연구자들은 가정에서 저렴한 웨어러블을 통해 인지 능력을 향상시킬 수 있을 것으로 믿고 있으며 가상현실 애플리케이션에 원활히 통합되어 더욱 현실적인 가상현실을 체험할 것으로 기대하고 있다. 이 밖에도 뇌파는 활용 가능성이 무궁무진하여 큰 기대를 받고 있다.

*편집진: 영어 원문의 출처는 사이언티픽 아메리칸(Scientific American)으로 본지의 편집 방향과 일치하지 않을 수도 있습니다.