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거울신경세포시스템과 동작관찰훈련(2/6)-원숭이의 거울신경세포시스템

小作 Sozak iTherapist 2012. 11. 29. 10:35

[글 싣는 순서]


원숭이의 거울신경세포시스템

거울신경세포가 처음 발견된 마카크(macaque) 원숭이의 배쪽 운동앞겉질(ventral premotor cortex; PMv)의 입쪽(F5영역)은 흥미로운 영역이다(그림 1). 이 영역은 인간의 브로카 영역(Broca area)과 같은 부위로 간주되고 있다1,2. F5 영역은 입과 손의 목표 지향적 동작의 운동투사(motor representation)이다. 흥미롭게도, 입과 손의 목표지향적 동작을 실행하는 동안 발화하는 이 신경부위는 원숭이가 다른 원숭이나 사람인 실험자가 같은 동작이나 비슷한 동작을 관찰할 때도 반응한다3,4 (그림 2). 


(그림1)

(그림2)

한 연구에서는 거울신경세포가 동작 재인지(action recognition)에 관여한다는 가설을 검증하였다5 (그림 3). 연구자들은 테이블 위에 3차원 물체를 올려놓고 곧 이어 물체가 보이지 않도록 칸막이를 설치했다. 원숭이에게 물체가 보이지 않는 상황에서 실험자가 칸막이 뒤로 손을 뻗었다. 즉, 원숭이는 손을 뻗는 동작은 보았지만 물체를 쥐는 것을 보지 못했다. 쥐는 동작이 보이지 않을 때 거울신경세포들의 절반은 발화하고 절반은 발화하지 않았다. 다른 조건에서는 테이블에 물체를 놓지 않고 칸막이를 설치했다. 그 다음 실험자가 다시 테이블에 손을 뻗었다. 이때는 거울신경세포들이 발화하지 않았다. 테이블 위에 물체가 있는가 혹은 없는가에 대한 원숭이의 사전지식이 거울신경세포의 발화를 조절한 것이다.


(그림3)

또 다른 연구에서는 대다수의 거울신경세포들은 먹을 것을 입으로 가져가는 쥐기 동작을 하는 동안 더 크게 발화했으며 몇몇 거울신경세포들은 물건을 그릇에 담기위한 동작을 관찰하는 동안 더 강하게 방전했다6. 이 연구는 거울신경세포가 다른 사람의 행위를 보다 정교하게 부호화한다는 것을 말해준다.

다른 연구에서는 원숭이가 목표지향적 동작을 할 때와 같은 행위를 하는 연구자들을 그냥 관찰할 때 세포들의 반응을 측정하였다7. 연구에 이용된 동작들은 '땅콩껍데기가 깨지는 소리와 대조 조건으로 종이가 찟어지는’ 소리를 동반하였다. 연구자들은 장면과 소리가 있는 조건, 장면만 있는 조건, 소리만 있는 조건에서 측정을 하였다. 거울신경세포들은 세조건 모두에서 강하게 발화하였다. 원숭이 자신이 소리가 나는 동작을 하고 있을 때 발화하는 세포들은 다른 사람이 수행하는 동작에서 발생하는 소리를 듣기만해도 발화한다. 이 연구 결과는 청각-시각 거울신경세포(audio-visual mirror neuron)는 소리만 들린다하더라도 다른 사람이 수행한 동작을 인지하는데 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 땅콩껍데기가 깨지는 소리를 듣게되면 뇌에서도 땅콩껍데기를 깨는데 필요한 동작을 위한 운동계획이 발행한다는 것도 말해준다.

거울신경세포는 동작을 관찰할 때 손과 같은 생물학적 효과기가 어떤 물체와 상호작용할 때만 발화하는 특징을 가진다. 만약 동작이 도구 사용과 함께 일어나면 발화하지 않는다. 또한 관찰한 동작이 단지 흉내만 내는 동작일 경우, 즉, 물체없이 하는 동작을 관찰할 때도 활성화되지 않는다. 마지막으로 거울신경세포는 물체를 눈으로만 관찰 할 때에도 발화하지 않는다.


[참고문헌]

1 Rizzolatti G, Arbib MA. Language within our grasp. Trends Neurosci. 1998; 21: 188-94.

2 Binkofski F, Buccino G. Motor functions of the Broca's region. Brain Lang. 2004; 89: 362-9.

3 Gallese V, Fadiga L, Fogassi L, Rizzolatti G. Action recognition in the premotor cortex. Brain. 1996; 119(Pt 2): 593-609.

4 Rizzolatti G, Fadiga L, Gallese V, Fogassi L. Premotor cortex and the recognition of motor actions. Brain Res Cogn Brain Res. 1996; 3: 131-41.

5 Umiltà MA, Kohler E, Gallese V, et al. I know what you are doing. a neurophysiological study. Neuron. 2001; 31: 155-65.

6 Fogassi L, Ferrari PF, Gesierich B, Rozzi S, Chersi F, Rizzolatti G. Parietal lobe: from action organization to intention understanding. Science. 2005; 308: 662-7.

7 Kohler E, Keysers C, Umilta MA, Fogassi L, Gallese V, Rizzolatti G. Hearing sounds, understanding actions: action representation in mirror neurons. Science. 2002; 297: 846-8.