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뇌에서 나오는 신호, 뇌의 목소리, 뇌파’

사람들의 머리에서는 매 순간 뇌파(EEG;Electroencephalogram)가 흘러나오고 있다. 뇌파란 뇌신경 사이에 신호가 전달될 때 생기는 전기의 흐름을 말한다. ‘뇌에서 나오는 신호’ 혹은 ‘뇌의 목소리’라고 할 수 있겠다. 1875년 영국의 생리학자 R. 케이튼이 처음으로 토끼ㆍ원숭이의 대뇌피질에서 나온 미약한 전기활동을 검류계로 기록하였으며, 사람의 경우는 1924년 독일의 정신과 의사인 한스 베르거가 뇌신경세포의 활동에 수반되는 전기적인 변화를 외부에서 측정하여 처음으로 기록하였다. 베르거는 처음에는 머리에 외상을 입은 환자의 두개골 결손부의 피하에 2개의 백금전극을 삽입하여 기록하였으며, 나중에는 두피에 전극을 얹기만 하여도 기록할 수 있다는 것을 발견했다. 그리고 이것을 심전도(ECG;Electrocardiogram)나 근전도(EMG;Electromyog ram)와 같이 뇌전도라고 하였다. 이와 같은 그의 공적을 기려 뇌파를 ‘베르거 리듬’ 이라고도 한다.

인간상태에 따른 뇌파의 형태

뇌파는 뇌의 활동상태(진동하는 주파수 범위)에 따라 델타-δ파(0.2~4 Hz), 세타-θ파(4~8 Hz), 알파-α파(8~13 Hz), 베타-β파(13~30 Hz), 감마-g파(30~50 Hz)로 구분하여 부른다. 델타파는 아주 깊은 수면, 삼매경에 이르는 명상 또는 의식 불명 상태일 때 나타난다. 만약 깨어 있는 사람에게서 델타파가 평균범위보다 매우 많이 나타난다면 대뇌피질부위의 악성 종양 또는 마취, 혼수 상태 관련 질병일 수 있다. 만약 건강한 정상인의 경우인데도 델타파가 두드러진다면 뇌파를 측정할 때 눈을 깜박이거나 몸을 심하게 움직인 경우가 대부분이다.

세타파는 창조성이 극도로 활성화되거나 정서안정 또는 수면으로 이어지는 과정에서 주로 나타나는 파로 성인보다는 어린이에게 더 많이 분포한다. 세타파는 기억력, 초능력, 창의력, 집중력, 불안해소 등 많은 다양한 상태와 관련되어 있다고 보고 되고는 있으나, 연구자들마다 실험 방법과 피측정자의 특성이 다르고 각 대뇌피질 부위별 기능에도 차이가 있어 아직은 정확한 연구결과들이 부족한 실정이다.

알파파는 고요한 평정상태를 유지하면서 고도의 각성상태에 도달했을 때 나타나며, 안정되고 편안한 상태 일수록 진폭이 증가한다. 일반적으로 규칙적인 파동의 형태로 연속적으로 나타나며 머리의 가장 윗부분과 뒷부분에서 가장 크게 기록되고 머리의 앞부분에 가장 작게 나타나는 특성이 있다. 특히 안정된 알파파가 나타나는 때는 눈을 감고 진정한 상태에 있을 때이며, 눈을 뜨고 물체를 주시하거나 정신적으로 흥분하게 되면 알파파는 억제된다.

베타파는 주로 머리의 앞부분에서 많이 나타나며, 깨어 있을 때, 말할 때와 같이 모든 의식적인 활동을 할 때 나타난다. 특히, 불안하거나 긴장한 상태, 복잡한 계산 처리할 때에 우세하게 나타나기도 한다. 감마파는 베타파보다 더 빠르게 진동하는 형태로 정서적으로 더욱 초조한 상태이거나 추리, 판단 등의 논리학습과 관련이 깊다고 보고되고 있다.

최근에는 뇌의 전기신호를 감지하는 뇌파 기술을 이용한 게임 등이 개발되어 화제가 되고 있다. 아마도 어렸을 때 무선 리모콘으로 조종하는 자동차를 가지고 놀았던 기억이 있을 것이다. 이제는 뇌파를 이용하는 시대이다. 국립과천과학관에는 뇌파 중 베타파의 강도로 속도를 조종하고 눈동자의 움직임으로 방향을 조종하는 게임이 전시되어 있다. 이와 비슷하게 뇌파를 응용하는 게임이 전세계적으로 활발하게 개발되고 있는 중이다.

뇌파를 이용한 더 야심찬 계획도 있다. 미국의 고등국방연구소(DARPA)에서는 뇌파를 이용한 통신을 연구하는 프로그램, ‘Silent Talk’라는 프로젝트를 준비하고 있다. 그 연구 내용은 이렇다. 사람이 어떤 말을 하려고 하면 성대 등에 이어진 신경에 신호를 보내기 전에 그 말에 해당되는 특정한 패턴의 뇌파가 생성된다고 한다. 그 뇌파를 분석하면 그 사람이 어떤 말을 하려고 하는지 알 수 있다. 이를 연구하여 궁극적으로는 말을 하지 않고 생각 만으로 어떤 메시지를 타인에게 원격 전송하는 장치를 개발하겠다는 것이다. 공상과학 영화의 텔레파시가 연상되지 않을 수 없다. 이와 비슷한 컨셉으로 일본에서도 뇌파를 문자로 변환하는 기술을 개발하고 있고, 미국의 인텔에서도 뇌파로 작동하는 뇌파 컴퓨터의 개발을 시도하고 있다. 이렇게 생각만으로 컴퓨터나 기계를 움직이는 기술을 뇌-컴퓨터 인터페이스 혹은 뇌컴퓨터접속(BCI, Brain Computer Interface), 혹은 뇌-기계 인터페이스(BMI, Brain Machine Interface)라고 말한다. 이렇게 우리가 알지 못하는 사이에 뇌파와 관련된 다양한 기술이 개발되기 시작되었다. 앞으로 공상과학 영화에서 나왔음직한 일들이 얼마나 실현될지 기대해보자.