< link rel =" stylesheet " href =" http : / / editor . daum . net / services / blog / css / contents 4 view . css ? ver = 1 . 1 . 114 " type =" text / css "/>< link rel =" stylesheet " href =" http : / / editor . daum . net / services / blog / css / theme 4 view . css ? ver = 1 . 1 . 114 " type =" text / css "/>< 민병 경 의 재미 있 는 뇌 과학 이야기 > 뇌 와 운동 얼마 전 올림픽 경기 가 있 었 다 . 우리 나라 남북 의 선수 들 이 하나 된 모습 으로 입장 하 는 장면 이나 , 짧 은 승부 의 순간 을 위해 혼신 을 다 하 는 모습 , 그리고 4 년 이 라는 오랜 기 다림 후 의 아주 근소 한 차이 로 희비 가 교차 되 는 순간 등 은 감동 적 이 었 다 . 이런 운동 경기 에서 선수 들 의 끊임없 는 훈련 과 노력 만 이 값진 결과 를 가져다 준다는 아주 당연 한 이치 를 뇌 과학 측면 에서 살펴보 면 , 그 원인 은 우리 의 마음 이 뜻 하 는 대로 움직임 을 제어 할 수 있 을 정도 로 , 운동 신경 과 근육 이 오랜 숙련 을 통해 조화 롭 게 다져졌 기 때문 이 다 . 즉 , 구기 종목 을 예 로 들 자면 , 흔히 들 알 고 있 는 ' 볼 감각 이 좋 아서 ' 이 다 . 요컨대 , 여러 번 의 시행착오 적 인 훈련 으로 볼 감각 이 몸 에 배 어 운동 중 추가 ( 시각 기능 의 조율 을 받 아 ) 단련 되 어 익숙 해졌 을 때 , 훌륭 한 기량 이 되 는 것 이 다 . 왜냐하면 , 앞 으로 올릴 글 인 ' 구구단 외우 기 와 자전거 타 기 ' 에서 자세히 살펴보 겠 지만 , 이 ' 운동 학습 ( motor learning ) ' 은 ' 암기 ' 가 아니 라 ' 훈련 ' 이 기 때문 이 다 . 뇌 와 시행착오 수업 중 에 어떤 교수 님 께서 앞줄 에 앉 아 있 던 한 학생 에게 편광 안경 을 씌워 주 셨 다 . 그리고는 그 학생 에게 공 하나 를 주 시 며 , 강의실 문 쪽 으로 가 게 하 신 후 에 , 칠판 에 서 계신 교수 님 께서 받 으실 수 있 도록 그 공 을 던져 보 라고 하 셨 다 . 편광 안경 을 쓴 이 친구 의 공 은 당연히 엉뚱 한 쪽 으로 날라 갔 다 . 교실 은 한바탕 웃음 으로 어수선 했 다 . 교수 님 은 그 친구 에게 그 공 이 어느 쪽 으로 어떻게 날라 갔 는지 를 분석 해 주 신 후 에 , 그 학생 에게 다시 그 편광 안경 을 쓰 고 교수 님 쪽 으로 공 을 던져 보 라고 하 셨 다 . 이번 에 는 어지간히 교수 님 쪽 으로 공 이 왔 다 . 몇 번 을 시도 하 니까 이제 는 편광 안경 을 끼 고 도 공 이 교수 님 쪽 으로 정확 하 게 오 는 것 이 었 다 . 교실 은 조용 해졌 다 . 즉 , 반복 된 시도 와 여러 번 의 시행착오 를 통해 얻 은 반성 의 결과 로 뇌 는 운동 신경 을 더욱 정확 하 게 조율 하 는 것 이 다 . 이 는 우리 뇌 의 ' 위 - 둔덕 ( superior colliculus ) ' 이 시각 정보 망인 ' 망막 지도 ( retinotopic map ) ' 와 운동 정보 망인 ' 운동 지도 ( motor map ) ' 를 함께 지닌 데 다가 , 소뇌 ( cerebellum ) 가 대뇌 운동 피질 ( motor cortex ) 과 의 긴밀 한 협조 하 에 과거 시행착오 를 기억 하 고 이 를 바탕 으로 더욱 조율 된 운동 을 지시 하 기 때문 이 다 . 필자 가 최근 에 예비군 사격 훈련 을 받 으면서 이것 을 다시 생각 해 봤 다 . 군대 에서 사격 을 해 보 신 분 들 은 아 시 겠 지만 , 명사수 가 될 수 있 는 싹 은 탄착점 이 몰려 있 는 자질 을 가진 사수 를 일컫 는다 . 즉 , 다섯 발 을 발사 하 여 과녁 정중앙 에 한 , 두 발 이 명중 되 고 나머지 가 여기저기 흩어지 면 명사수 가 아니 다 . 오히려 , 정중앙 에 명중 시키 지 는 못했 지만 , 한 귀퉁이 에 이 다섯 발 모두 가 촘촘히 모여 있 는 사수 가 명사수 로서 의 자질 이 있 는 것 이 다 . 왜냐하면 , 앞서 예 를 든 ' 편광 안경 과 공 던지 기 ' 와 같이 , 그 모여 있 는 탄착점 들 을 훈련 을 통해 정중앙 으로 이동 시키 기 만 하 면 , 그 사수 가 바로 명사수 가 되 는 것 이 다 . 전략 , 전술 그리고 실행 ' 뇌 와 운동 ' 에 관한 내용 들 중 , 오늘 은 야구 투수 의 투구 동작 에 비유 하 여 우리 몸 의 움직임 제어 순서 , 즉 ' 운동 제어 단계 ( motor control hierarchy ) ' 에 대해 알아보 기 로 하 자 . 태권도 , 양궁 , 축구 , 야구 등 모든 운동 의 과정 이 그렇 듯이 , 우리 의 뜻 이 뇌 로부터 근육 신경 에 전달 되 어 근육 을 제어 하 여 움직이 며 , 나아가 숙련 된 솜씨 로 아주 미묘 한 움직임 까지 도 정교 하 게 실행 한다 . 일반 적 으로 뇌 과학 에서 ' 운동 ( movement ) ' 이라고 하 면 , 단순히 스포츠 ( sports ) 적 인 면 에 만 국한 되 어 생각 하 는 것 이 아니 다 . 즉 , 우리 의 마음 에 따라 몸 이 행동 하 는 현상 을 담당 하 는 신경 계 모두 를 포괄 하 여 ' 운동 신경 계 ( motor nervous system ) ' 라 하 고 , 이 는 우리 마음 의 입력 ( input ) 부분 인 ' 감각 신경 계 ( sensory nervous system ) ' 와 대응 되 는 , 우리 마음 의 출력 ( output ) 부분 이 라고 할 수 있 다 . 다시 말 하 면 , 사람 이 우주 라는 열린계 ( open system ) 안 에서 외부 의 환경 과 함께 살아갈 때 , 외부 의 세계 와 정보 를 주 고 받 는 경로 가 각각 ' 운동계 ( 출력 ) ' 와 ' 감각계 ( 입력 ) ' 이 다 . 그리고 이런 입 / 출력 경로 의 중앙 에 바로 뇌 ( brain ) 를 중심 으로 한 우리 의 ' 중추 신경 계 ( central nervous system ) ' 가 있 다 . 이 처럼 , 우리 의 마음 ( mind ) 이 뇌 ( brain ) 를 통해 현실 로 나타나 는 대표 적 현상 이 ' 움직임 ( movement ) ' 이 라면 , 과연 우리 의 생각 ( thinking ) 이 어떻게 행동 ( action ) 으로 옮겨 지 는가 ? 우리 의 자발 적 인 움직임 은 크 게 ' 전략 과 전술 그리고 실행 ' 의 3 단계 제어 로 이루어진다 . 이 와 같 은 , 위계 에 따른 움직임 제어 의 가장 높 은 수준 이 ' 전략 ' 단계 이 다 . 즉 , 움직임 의 목적 과 그 목적 을 이루 기 위한 최상 의 운동 계획 을 세우 는 - 기존 의 모든 입력 정보 를 가진 ' 대뇌 ( cerebrum ) ' 와 이 와 상호 연락 하 는 ' 바닥 핵 ( basal ganglia ) ' 의 - ' ① 전략 ( Strategy ) ' 단계 이 다 . 이 단계 의 다음 순서 인 중간 단계 로 이 전략 적 목적 을 이루 기 위해 부드럽 고 정교 한 시 / 공간 적 연속 의 근육 움직임 을 연출 하 기 위한 - ' 대뇌 운동 피질 ( motor cortex ) ' 과 운동 기억 의 정보 를 지닌 ' 소뇌 ( cerebellum ) ' 가 담당 하 는 - '② 전술 ( Tactics ) ' 단계 가 있 다 . 끝 으로 , 운동 제어 과정 의 마지막 단계 는 뇌간 ( Brain stem ) 과 척수 ( Spinal cord ) 로부터 ( 해당 근육 에 붙 어 있 는 ) 운동 뉴 우 런 ( motor neuron ) 에로 의 '③ 실행 ( Execution ) ' 단계 이 다 . 박찬호 의 마음 이 와 같 은 , 우리 마음 의 뇌 를 통한 발현 인 움직임 ( movement ) 의 제어 단계 를 박찬호 선수 의 투구 동작 에 비유 하 여 살펴보 기 로 하 자 . 우선 , 자발 적 인 운동 은 크 게 ' 전략 과 전술 그리고 실행 ' 의 세 단계 제어 로 이루어진다고 앞서 살펴 본 것 을 상기 하 며 , LA 다저스 와 Chicago 커브 스 의 경기 가 열리 는 야구장 으로 가 보 자 . 마운드 에 오른 박찬호 투수 는 연습 구 몇 개 를 던지 며 몸 을 풀 고 있 다 . 잠시 후 , 주심 의 경기 시작 선언 과 함께 게임 은 시작 된다 . ⓒ Neuroscience : Exploring the Brain ( 1996 Bear et al . ) 상대 팀 의 메이저 리그 홈런왕 ' 새미 소사 ' 가 타석 에 들어선다 . 박찬호 투수 의 머리 에서 는 지금 타석 에 들어선 타자 의 정보 가 분석 되 어 , 지난 번 에 저 타자 와 상대 했 던 공 의 구질 과 그 결과 들 을 회상 하 며 ( 마치 , ' 지난 번 에 직구 를 던졌 더니 저 타자 에게 홈런 을 맞 았 으니까 , 이번 에 는 커브 를 던져서 헛 스윙 을 유도 해야지 . ..' 하 는 식의 ) 마음 의 결정 을 내릴 때 까지 ' 바닥 핵 ( basal ganglia ) ' 과 ' 대뇌 ( cerebrum ) ' 가 함께 분석 하 며 , 포수 와 사인 을 주 고 받 는 뇌 의 '① 전략 ' 단계 가 진행 된다 . 즉 , 이번 에 는 어떤 성질 의 공 ( 강속구 냐 , 커브 냐 , 혹은 너클볼 이 냐 등등 ) 을 던질지 를 구상 하 는 과정 이 다 . 커브 를 던지 기 로 마음 먹 었 으면 , 두 번 째 로 이 전략 목적 을 달성 하 기 위해 , 시 / 공간 적 으로 연속 되 는 근육 의 움직임 을 정교 하 게 연출 하 기 위한 ' 대뇌 운동 피질 ( motor cortex ) ' 과 ' 소뇌 ( cerebellum ) ' 가 담당 하 는 '② 전술 ' 단계 이 다 . 이 전술 단계 에서 는 소뇌 ( cerebellum ) 에 기억 된 과거 의 운동 기술 을 회상 하 여 , 완벽 한 투구 전술 을 꾀하 는 마지막 단계 를 담당 하 고 있 는 부분 인 ' 뇌간 ( brain stem ) ' 과 ' 척수 ( spinal cord ) ' 로 어떻게 던지 라는 지령 을 내린다 . 이 마지막 단계 는 뇌간 과 척수 로부터 ( 실제 움직임 을 담당 하 는 해당 근육 에 붙 어 있 는 ) 운동 뉴 우 런 ( motor neuron ) 에로 의 '③ 실행 ' 단계 이 다 . 즉 , 어깨 , 팔꿈치 , 손목 , 그리고 미묘 한 움직임 을 전달 할 수 있 는 손가락 에 이르 기 까지 . .. 또 , 투구 후 에 투수 가 쓰러지 지 않 고 , 몸 을 다시 가누 는 동작 까지 의 모든 움직임 을 구현 한다 . 단순히 앞 에 놓인 컵 을 잡 는 운동 부터 , 미묘 하 고 정밀 한 근육 신경 의 제어 가 필요 한 양궁 이나 골프 에 이르 기 까지 마찬가지 로 비유 해 생각 해 볼 수 있 다 . 감각 계 + 운동 계 앞서 살펴 본 것 처럼 , ' 운동계 ( motor system ) ' 는 ' 감각계 ( sensory system ) ' 의 조율 을 받 아 더욱 정교 해진다고 했 다 . 즉 , 앞 에 놓인 컵 을 잡 으려고 팔 을 뻗 었 는데 , 손 과 팔 이 컵 의 위치 보다 조금 오른쪽 으로 갔 으면 , 이 를 감지 한 시각 계 ( visual system ) 와 고유 감각 ( proprioception ) 기능 이 이 를 우리 의 뇌 에 알리 고 , 손 과 팔 의 위치 를 컵 쪽 인 왼쪽 으로 이동 할 것 을 순간 명령 한다 . 이 처럼 일반 적 으로 움직임 동작 은 우리 의 감각 정보 ( 시각 , 청각 , 후각 , 촉각 , 고유 감각 등 ) 의 도움 을 받 아 조율 되 고 보정 된다 . 따라서 , 우리 의 뇌 를 생각 할 때 , 운동 신경 계 와 감각 신경 계 를 함께 고려 하 는 것 ( sensorimotor system ) 이 더 종합 적 이 고 바람직 한 분석 이 라 할 수 있 다 .