해마를 찾아서

해마를 찾아서

신연우

기사등록 2025-07-11 08:25:16

[한국심리학신문=신연우 ]

MRI으로 들여다본 뇌와 행동

뇌와 행동 간의 관계를 탐구하기 위해 다양한 연구 기법이 활용된다. 이 중에서도 뇌를 연구하는 영상 기법은 크게 구조적 영상법과 기능적 영상법으로 나뉜다. 구조적 영상법인 자기공명영상(MRI)은 뇌의 해부학적 구조나 이상 유무(예: 종양, 두개골 결함 등)를 정밀하게 확인할 수 있어 유용하다. 반면 기능적 자기공명영상(fMRI)은 혈류의 변화를 기반으로 한 BOLD 신호를 측정하여 특정 뇌 부위의 실시간 활동을 보여주는 기능적 영상법이다. MRI는 방사선을 사용하지 않고 강력한 자기장을 활용하기 때문에 해상도가 높고 안전성이 뛰어나다. MRI 장치는 강력한 자석, 고주파(RF) 펄스, 그래디언트 코일, 컴퓨터로 구성된다. 피험자가 기계 안에 들어가면 강한 자기장에 의해 체내 수소 원자들이 일렬로 정렬된다. 이후 고주파 펄스가 가해지면 수소 원자들의 정렬이 일시적으로 흐트러지고, 펄스가 꺼지면 원자들은 원래 상태로 돌아가며 에너지를 방출한다. 이때 생성되는 미세한 자기 신호를 컴퓨터가 해석하여 뇌와 신체 내부의 정밀한 영상을 생성하게 된다. 이러한 고해상도의 영상기법은 특정 행동, 생각, 감정과 관련된 뇌의 활동 및 구조적 변화를 시각화할 수 있어 심리학 연구에 크게 기여한다.

택시 운전사와 해마: Maguire(2000) 연구

MRI의 강점 중 하나는 뇌의 내부 구조를 정밀하게 관찰할 수 있다는 점이다. Maguire는 공간 기억을 담당하는 뇌 부위인 해마(hippocampus)의 구조가 택시 운전사의 오랜 운전 경력에 따라 달라지는지를 알아보고자 했다. 이 연구는 상관관계를 기반으로 한 준실험(quasi-experiment) 설계로, 오른손잡이 남성 런던 택시 운전사 16명과 일반인 남성 50명의 MRI 뇌 영상을 비교하였다.연구진은 복셀 기반 형태측정(VBM)과 픽셀 카운팅 기법을 활용해 회색질 밀도와 해마의 면적을 분석했으며, 연구자가 참가자의 그룹 정보를 모르게 하는 단일 맹검(single-blind) 방식이 사용되었다. 연구 결과, 택시 운전사들은 후방 해마가 더 크고 전방 해마는 더 작았으며, 후방 해마의 크기와 운전 경력 사이에 정적 상관관계가 나타났다.

이 연구는 MRI를 통해 연조직인 해마의 미세한 해부학적 차이를 고해상도로 관찰할 수 있다는 점에서 구조적 뇌 영상 기술의 가치를 잘 보여준다. 단일 맹검 절차는 연구자의 편향을 줄이고 신뢰도를 높였으며, 인위적인 조작 없이 자연 상태를 관찰했기 때문에 생태적 타당성도 높았다. 그러나 준실험 설계의 특성상 인과관계를 명확히 밝힐 수 없으며, 참가자 수가 적고 특정 집단(오른손잡이 남성)에 국한되어 있어 일반화 가능성이 낮다는 한계가 있다.

저글링과 회색질 변화: Draganski(2004) 연구

MRI의 또 다른 유용성은 뇌 구조 내 회색질의 양적 변화를 정량적으로 측정할 수 있다는 점이다. Draganski는 새로운 기술(저글링)을 배우는 것이 뇌의 구조에 어떠한 영향을 미치는지를 연구하였다. 20~24세의 비저글러 참가자 24명(여성 21명, 남성 3명)을 두 그룹으로 나누어, 한 그룹은 저글링을 학습하고 다른 그룹은 아무런 훈련도 받지 않았다.연구는 사전-사후 검사 설계를 통해, 학습 전, 저글링을 숙달한 후, 연습을 중단한 3개월 뒤의 MRI 영상을 복셀 기반 형태측정(VBM) 기법으로 분석하였다. 결과적으로 저글링을 익힌 그룹은 시각 기억과 관련된 측두엽 부위에서 회색질의 양이 증가했으며, 이는 학습에 따른 신경가소성(가지치기와 연결 형성)의 결과로 해석되었다. 그러나 연습을 중단한 후에는 다시 회색질 양이 감소하여 신경 가지치기(neural pruning) 현상이 나타났고, 대조군에서는 뚜렷한 변화가 없었다.

이 연구는 고해상도 MRI가 뇌의 연조직 구조를 정량적으로 분석하는 데 효과적임을 보여주며, VBM을 통해 신경 변화의 객관적 측정이 가능함을 입증하였다. 사전-사후 설계는 개인차를 통제하여 인과관계에 대한 신뢰도를 높였고, MRI와 VBM을 함께 활용한 방법론적 삼각측정은 연구 결과의 타당성을 강화하였다. 그러나 참가자들의 연습량을 정확히 통제하지 못했다는 점에서 내부 타당도가 낮았으며, 소수의 편향된 표본(여성 위주)의 결과는 일반화에 한계가 있다.

MRI의 장점과 한계: 종합 평가

MRI는 뇌 구조를 안전하게 관찰할 수 있는 비침습적이며 윤리적인 방법으로, 장기적 연구에도 적합하다. 방사선을 사용하지 않기 때문에 건강상 위험이 적고, 연조직을 고해상도로 관찰할 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어, Maguire 연구에서는 VBM과 픽셀 카운팅을 활용해 해마 회색질 밀도를 정량화하며 신뢰도 높은 결과를 도출하였다.

하지만 MRI는 금속 보형물을 가진 사람에게는 적용할 수 없고, 스캔 도중 장시간 움직이지 않아야 하기 때문에 어린아이, 불안 장애 환자, 주의력 결핍 장애가 있는 사람들에게는 적합하지 않다. 또한 비용이 매우 높고 시간이 오래 걸리기 때문에 대규모 연구에 어려움이 있으며, 이로 인해 연구 표본의 다양성과 대표성이 떨어질 수 있다.

결론적으로, MRI는 고해상도와 윤리적 장점을 갖춘 강력한 뇌 영상 도구이지만, 실용성과 방법론적 제한을 고려하여 연구 설계와 해석에 신중을 기해야 한다.

참고문헌
Draganski, B., Gaser, C., Busch, V., Schuierer, G., Bogdahn, U., & May, A. (2004). Neuroplasticity: Changes in grey matter induced by training. Nature, 427(6972), 311–312. https://doi.org/10.1038/427311a
Maguire, E. A., Gadian, D. G., Johnsrude, I. S., Good, C. D., Ashburner, J., Frackowiak, R. S., & Frith, C. D. (2000). Navigation-related structural change in the hippocampi of taxi drivers. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97(8), 4398–4403. https://doi.org/10.1073/pnas.070039597
Huettel, S. A., Song, A. W., & McCarthy, G. (2014). Functional Magnetic Resonance Imaging (3rd ed.). Sinauer Associates.
Gazzaniga, M. S., Ivry, R. B., & Mangun, G. R. (2018). Cognitive Neuroscience: The Biology of the Mind (5th ed.). W.W. Norton & Company.
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