디폴트 모드 네트워크

최근 유튜브에서 '과학을 보다' 채널을 즐겨본다. 기본적으로 일반시민이 이해할 수 있는 정도의 과학지식에 관심이 많다. 그러던 중 낯선 용어 디폴트 모드 네트워크를 듣게 되었다. 그 용어가 기본값인 과학자들이 나누는 단어는 내게 낯설어 공부해 보게 되었다.
 

뇌과학의 역사와 발전

 
1. 19세기 초기 - 뇌 지도제: 19세기 초기에는 뇌의 구조와 기능에 대한 이해가 부족했다. 몇몇연구자들이 뇌 지도를 제시하면서 각 부위가 특정 기능을 담당한다는 개념이 제기되었다.
 
2. 20세기 초기 - 신경세포 이론: 20세기 초, 카훌론 지바, 칸데스 등의 뇌 연구자들은 신경세포 이론을 개발했다. 이론에 의하여 뉴런이라는 세포가 신경망을 형성하고 정보를 전달하는 기본적인 구조를 묘사한 것이다.
 
3. 1920년대 - 일차감각 표현: 펜필드와 로버츠는 뇌의 특정 부위에서 일어나는 일차감각의 표현을 매핑하는 작업을 수행했다.
 
4. 1940년대 - 뇌 전자생리학의 발전: 뇌의 전자생리학적인 연구가 진전되었다. 노블 및 에이드리안이 신경세포의 작용전위와 신경 펄스 전파에 대한 연구를 이끌었다.
 
5. 1950년대 - 뇌의 화학적 연구: 뇌의 화학적 기작에 대한 연구가 활발해졌다. 시놀, 스페리 등은 신경전달물질과 뇌의 화학적 기능에 대한 중요한 발견을 했다.
 
6. 1950년대 중반 - 뇌의 영상화: 뇌의 영상화 기술이 발전하면서 뇌 구조와 기능을 더 자세히 이해할 수 있게 되었다. 산업용 렌즈를 사용한 컴퓨터화 단층 촬영(CT) 등이 개발되었다.
 
7. 1980년대 - 기능성 자기 공명 영상 (fMRI) 등장: 뇌의 활동을 관찰하는 기술로 fMRI가 도입되었다. 이로써 실시간으로 뇌 활동을 관찰하고 기능적인 지역을 매핑할 수 있게 되었다.
 
8. 2000년대 이후 - 뇌 연결망과 뇌-컴퓨터 인터페이스: 최근에는 뇌의 연결망 연구와 뇌-컴퓨터 인터페이스 등 뇌과학의 다양한 분야에서의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 연결망 연구에서는 DMN 등의 개념이 중요한 역할을 하고 있다. 
 
이부분을 공부하다가 알게 되었다  CT촬영과  MRI촬영기술의 발달에는 상당한 시간적 간극이 있다.
 

fMRI의 원리

 
fMRI는 기능성 자기 공명 영상(Functional Magnetic Resonance Imaging)의 약어로, 뇌의 활동을 비침습적으로 관찰하는 데 사용되는 신경영상 기술이다. fMRI는 뇌에서 일어나는 혈류 변화를 감지하여 뇌의 활성 상태를 매핑하는 데에 중점을 두고 있다.
 
뇌가 특정 영역에서 활동할 때 해당 부위의 혈류량이 증가한다. 이는 산소와 영양분을 공급하기 위한 반응이라고 한다. 강한 자기장에 놓인 원자들이 외부 자기장에 의해 자기적으로 정렬되고, 라디오 파장을 통해 이를 감지하여 이미지를 생성한다고 한다.
산소를 많이 사용하는 뇌 부위는 혈류가 늘어나면서 해당 부위의 자기 공명 신호가 변화하게 된다. fMRI는 신경과학 연구, 의학적 진단, 뇌 기반 장치 개발 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히, 뇌의 다양한 기능 영역을 정확하게 매핑하여 인지, 감정, 운동 등의 기능을 이해하는 데 기여하고 있다.
 
 
 

뇌과학의 인기

 
최근 과학계는 몇가지 이유로 뇌과학에 열광한다. 그이유를 찾아보면,
 
1. 기술의 발전: 뇌과학의 발전은 주로 뇌를 연구하는 데 사용되는 기술 발전에 기인한다. 기능성 자기 공명 영상(fMRI), 전자뇌파 측정(EEG), 자기뇌자극(Magnetic Brain Stimulation), 현미경 및 유전자 조작 등의 고급 기술이 개발되면서 뇌의 내부 작동 메커니즘에 대한 연구가 이전에 비해 훨씬 발전되고 있다.
 
2. 정신 질환 및 신경질환의 중요성 증가: 뇌과학은 정신 건강 및 신경질환의 이해와 치료에 큰 도움을 줄 수 있는 중요한 분야로 간주된다. 급격한 기술발달과 사회화에 따라 정신질환을 겪는 사람들의 수가 늘고 더 세분화되며 인식되기에 뇌와 정신 건강 사이의 연관성을 이해하고, 신경학적인 기반에 따라 치료 방법을 개발하는 것에 관심이 매우 크다.
 
3. 인지과학의 부상: 뇌과학은 인지과학과 깊게 연결되어 있다. 인간의 지능, 학습, 기억, 의사 결정과 같은 복잡한 인지 기능을 이해하는 데 뇌과학적인 접근이 필수적이다. 이를 통해 교육, 인지 장애 치료, 인간 행동의 이해 등에 대한 통찰력을 얻을 수 있는 것은 기본이다.
 
4. 기초 연구와 실용적인 응용 가능성: 뇌과학은 기초 연구뿐만 아니라 실제 응용에도 관심이 집중되고 있다. 뇌과학의 발전은 뇌 컴퓨터 인터페이스, 뇌 질환의 조기 진단, 뇌 기반의 재활 및 치료 등과 같은 현실적인 문제들에 대한 솔루션을 찾는 데 기여하고 있다.
 
5. 신경재활과 뇌-기계 인터페이스: 뇌과학은 장애를 가진 개인들에게 도움이 되는 기술 및 치료법을 개발하는 데 기여하고 있다. 마비된 환자들이 외부 장치를 사용하여 활동하고 소통할 수 있도록 도와줄 수 있을 뿐 아니라 뇌의 신호를 통해 질병을 조기에 진단하고 치료하는 데도 기여할 수 있을 것으로 예상한다.
 
6. 인공지능과 뇌의 비교: 뇌의 복잡성과 학습 능력은 인공지능 연구에 영감을 주고 있다. 어떻게 뇌가 정보를 처리하고 학습하는지를 모델링하여, 인공지능 시스템의 성능을 향상시키려는 시도도 흥미로운 연구 분야 중 하나다.
 
 

 
 

디폴트 모드 네트워크 (Default Mode Network, DMN)

이제 본격적으로 궁금했던 용어에 대해 알아보자!
디폴트(dffault) 라? 채무아니던가? 위키피디아를 찾아보았다.
 
디폴트(default)는 다음을 가리킨다. (위키피디아)

• 민법상 채무 불이행 국가적으로는 국가부도사태
• 컴퓨터 관련으로는 기본값-주어진 값-

기타 캐나다의 음악 그룹이름이 있다고 한다. 뇌과학에서의 디폴트 모드네트워크는 기본값의 의미에 비슷하다. 다리 어떻게 하지 않아도 수행되는 성질에 의해 붙여진 이름일 것이다.
 
뇌에서의 "디폴트 모드 네트워크(Default Mode Network, DMN)"는 특정한 활동이 없을 때에도 활성화되어 있는 네트워크(기본값이란 디폴트 용어의미가 와 닿는다)로서, 뇌의 기능 연구에서 중요한 개념 중 하나라고 한다. 이 네트워크는 대개 휴식 상태나 정적인 상태에서 활성화되며, 주로 내적으로 즉 내부적인 생각, 기억, 자아의식과 관련된 활동에 연결된다. "디폴트 모드 네트워크(Default Mode Network, DMN)"에 대한 연구는 상대적으로 최근의 개념 중 하나이며, 2001년에 Marc Raichle 박사와 그 동료들에 의해 처음으로 소개되었다. 이들은 뇌의 휴식 상태에서도 지속적으로 활동하는 네트워크를 발견하고 이를 "디폴트 네트워크"라고 명명했다.
 
디폴트 모드 네트워크는 뇌의 자율적이고 내적인 활동을 지원하며, 휴식 상태에서는 일종의 "자유 연상 모드"로 생각된다. 이 네트워크는 사회적 상호작용, 자기 인식, 기억과 관련된 활동에서 활성화될 수 있다. 또한, DMN의 이상적인 작동은 정상적인 뇌 기능과도 연관이 있으며, 이 네트워크의 이상적인 상태와 정신 건강의 관련성을 연구하는 분야도 있다. Raichle 박사 등은 이 네트워크가 인지적 작업과 무관하며, 주로 내적인 정신 활동과 관련이 있다고 제안했다. 이후의 연구에서는 이 네트워크가 자아의식, 기억, 사회적 상호작용, 감정 등과 관련이 있음이 확인되었다.
 
2000년대 후반과 2010년대 초반에 DMN에 대한 연구가 더욱 확대되면서, 이 네트워크의 역할 및 활동과 정신 건강과의 관련성에 대한 이해가 높아졌다. 현재까지도 계속해서 연구가 진행 중이며, 뇌의 기능과 정신 활동에 대한 심층적인 이해를 제공하는 중요한 분야 중 하나로 간주되고 있다.
 
뇌의 기능과 정신 활동에 중요한 DMN의 연구 발전으로 휴식의 중요성이 강조되는 것은 현대 정보과잉의 사회에서 반드시 이해되고 수용되어야 할 현상이다. 흔히 말하는 '멍 때리는 동안'에도 우리의 뇌는 일정하게 자신이 받아들인 다양한 정보를 재구성하고 저장하면서 그 자신으로 불릴 개인의 자아를 만들어가는 것이 매우 흥미롭다. 그러니 멍 때리기라는 말보다 명상으로 지칭하면 훨씬 수용하기 쉬운 것 다.
 

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조현병, 자폐, 그리고 주의력 결핍 및 과잉 행동 장애(ADHD) 등과 같은 증상이 디폴트 모드 네트워크가 비정상적으로 기능하는 것과 관련이 있음을 밝힌 연구가 다수 있다. 디폴트 모드 네트워크가 과도하게 활성화하면 외부 자극보다는 내부 자극을 만들어내고 처리하는 데 집중한다는 것을 조현병의 환청·환각 증상을 통해 증명했다. 반면 이것이 낮은 정도로 활성화하면 외부 자극에만 민감하며 기억이나 에피소드들 간 연결에 어려움이 있다는 것을 우울증 환자, 자폐아를 통해 밝혔다. 최근 과잉행동증후군으로 판명되는 어린이 학생등이 많아지고 있고 거론되고 있다. 이에 DMN 활발한 연구로 많은 안전하고 실질적인 도움이 되었으면 좋겠다.
(매일경제 2023년 7월 심리학 교실 기사문 일부 발췌)