Part 3. 뉴로피드백으로 명상 쉽게 한다

 
1929년에 독일의 한스 베르거가 발표한 뇌파는 인간의 뇌 활동상태를 보여주는 중요한 생체신호다. 뇌파는 정신 활동 상태에 따라 크게 델타파(1~4Hz), 세타파(4~8Hz), 알파파(8~13Hz), 베타파(13~30Hz), 감마파(30~120Hz)로 구분한다.

델타파는 깊은 수면 상태에서 발생되는 뇌파이다. 세타파는 일반적인 수면 상태에서 발생되는 뇌파이고 꿈을 꿀 때의 기본 뇌파다. 알파파는 쉬고 있을 때 나오는 뇌파로 의식이 깨어 있는 상태에서 눈을 감고 휴식을 취하고 있을 때 강하게 나온다. 베타파는 학습처럼 뇌가 어떤 정신 작업을 하고 있을 때 나오는 뇌파다. 감마파는 뇌의 여러 부분에 흩어져 있는 정보들이 조합돼 인지작용이 발생했을 때 나타나는 뇌파다.

뇌파는 이렇게 정상적인 정신 작용에 따라 그 진동이 빠르거나 느려진다. 만일 그렇지 않으면 뇌의 기능이 비정상이라는 의미다. 예를 들면 주의가 산만한 주의력결핍증(ADD) 환자는 뇌파가 정상인에 비해 느리다. 지능이 낮은 경우 역시 느리다. 또한 질병에 따라 다양한 특성의 뇌파가 나타난다. 예를 들면 간질은 3Hz 뇌파가 강하게 나타난다. 자폐나 정신지체, ADD나 ADHD(주의력결핍 및 과잉행동장애), 치매 등은 모두 세타파가 아주 강해진다. 우울증은 우뇌가 좌뇌보다 뇌파의 진동이 더 빨라진다. 이렇게 정상적인 뇌와 비정상적인 뇌는 뇌파에서 분명한 특징을 나타내기 때문에 뇌파를 측정하여 뇌의 이상 여부를 판단할 수 있다.

만일 비정상적인 뇌의 리듬을 조절해 정상적인 리듬으로 바꿀 수 있다면 뇌의 기능도 정상이 될까? 일반적으로 뇌의 리듬처럼 자율신경계가 조절하는 몸의 기능은 우리가 통제할 수 없는 것으로 알려졌다. 그러나 미국 예일대의 밀러 박사는 내장이나 심장의 근육처럼 우리 의지로 조절할 수 없는 근육(불수의근)이나 자율신경계도 조건에 따라 우리 의지로 조절이 가능하다는 사실을 1950년대에 발견했다.

이렇게 불수의근이나 자율신경계를 우리 의지로 제어하는 기술이 바로 바이오피드백(biofeedback)이다. 특히 뇌파를 통제하는 바이오피드백 기술을 신경이란 의미의 접두사 뉴로(neuro-)와 결합해 뉴로피드백(neurofeedback)이라 부른다.

원하는 뇌파를 더 강하게

뉴로피드백의 발견은 1934년으로 거슬러 올라간다. 영국 캠브리지대의 매튜 박사와 아드리안 박사는 뇌파측정기를 제작해 뇌파를 측정해봤다. 하루는 뇌파를 측정하면서 알파파가 나올 때만 스피커에서 소리가 나게 해 봤다. 그러자 알파파가 점점 강해지는 현상을 발견했다. 이것이 바로 뉴로피드백의 원리다.

사용자의 뇌파를 측정해서 특정 뇌파가 발생했다는 것을 사용자에게 알려주면 뇌는 자동으로 그 특정 뇌파를 강화시킨다. 이것은 마치 파블로프 박사가 발견한 조건반사와 같은 것이다. 개에게 먹이를 주면서 종을 치면 나중에는 종만 쳐도 침을 흘린다.

먹이를 보면 침을 흘린다는 뇌의 무조건적 반사회로가 종소리와 연결돼 조건반사회로가 만들어졌다는 말이다. 이것을 계속 반복하면 새롭게 만들어진 조건반사 회로가 강화돼 습관화가 이뤄진다. 그러면 종만 쳐도 침을 흘리게 된다. 이와 같은 원리로 특정 뇌파가 나올 때마다 이것을 알려주면 뇌에서 그 뇌파에 의한 회로가 발달되고 계속 반복하면 그 회로가 강화되어 특정 뇌파가 증가하게 되는 것이다.

1958년 미국 시카고대의 조 카미야 박사는 뉴로피드백의 원리에 따라 뇌파를 조절해서 마음의 상태를 바꾸는 실험을 최초로 했다. 당시는 인간의 모든 것이 유전자에 의해 이미 결정돼 있다는 결정론이 우세하던 때였다. 카미야 박사는 이러한 결정론적인 사고를 싫어해 자유로운 인간의 의지를 실험해보고 싶었던 것이다.

그는 대학원생인 리처드 바크(나중에 ‘갈매기의 꿈’이란 유명한 소설을 씀)에게 자신의 마음 상태가 알파파 상태라고 생각하면 벨을 누르라고 지시했다. 그는 그동안 뇌파를 측정해 바크의 판단이 맞나 틀리나를 알려줬다. 그 결과 첫 날은 30분 동안 60번 시도해 50%를 맞췄고, 둘째 날은 65%, 셋째 날은 85%, 넷째 날은 거의 100%를 맞추는 결과를 얻었다.

 
다음은 실험을 반대로 해 첫 번째 벨이 울리면 알파파 상태에 들어가고 두 번째 벨이 울리면 알파파 상태에서 빠져나오도록 했는데 모두 성공했다. 카미야는 바크에게 “어떻게 그렇게 쉽게 뇌파를 조정했냐?”고 묻자 바크는 “시각적 심상이 사라지면 알파파에 빠진다”고 대답했다. 예를 들면 오케스트라가 연주하는 음악을 상상하면 알파파 상태이지만 연주하는 영상을 떠올리면 알파파가 아니라는 것이다. 이 실험은 임의로 조절할 수 없다는 뇌파를 의지로 조절할 수 있다는 결과로서 진정한 의미에서 최초의 뉴로피드백 실험이라 할 수 있다.

1971년 미국 UCLA의 배리 스터먼 박사는 SMR파(뇌의 감각운동피질에서 발생하는 12~16Hz의 뇌파)를 이용한 뉴로피드백으로 간질병을 치료하는 데 성공했다. 이것은 세계 최초로 뉴로피드백을 질병 치료에 적용한 사례다. 1976년에 미국 테네시대의 루바 박사는 SMR파와 베타파를 이용한 뉴로피드백으로 ADD와 ADHD를 치료하는 데 성공한다.

1979년에 미국의 데이비슨 박사는 좌뇌와 우뇌의 알파파 균형이 깨지면 우울증에 걸린다는 사실을 발견했다. 소위 정서장애에 대한 뇌파적 이상을 발견한 것이다. 1995년에 로젠펠트 박사는 좌뇌와 우뇌의 알파파 균형을 맞춰주는 뉴로피드백 훈련을 통해 우울증을 치료하는 실험에 성공했다.

한편 1989년에 페니스톤 박사와 쿨코스키박사는 알코올중독이나 외상후스트레스장애(PTSD) 환자에게 뉴로피드백 훈련을 시켜 치료하는 데 성공했다. 이외에도 뉴로피드백은 자폐, 불면, 불안, 만성피로, 강박증, 충동증, 치매, 두통, 파킨슨병, 아스퍼거증후군, 뚤렛증후군 등 다양한 정신 질환의 치료에 성공적으로 사용되고 있다.

세타파와 감마파 강화 가능

뉴로피드백은 질병 치료 목적으로 널리 쓰이고 있지만, 다른 한편에서는 명상과 같이 인간의 내면세계를 밝히는 데에도 적용됐다. 명상시 나타나는 뇌파의 특징은 알파파와 세타파가 강해지면서 진동이 느려지고 감마파가 증가한다는 것이다. 특히 명상 수련을 오래한 사람일수록 세타파와 감마파가 강해진다. 하지만 이런 수준까지 가기 위해서는 오랜 기간 집중적으로 수련해야 한다.

명상과 같은 깊은 의식 상태를 유도하는 뉴로피드백 방법은 2가지로 ‘알파/세타 뉴로피드백’과 ‘감마 뉴로피드백’이 있다. 1970년대 엘머그린 박사는 다년간 인도 요기들의 뇌파를 연구하면서 깊은 명상상태에서는 알파파와 함께 세타파가 크게 증가함을 발견했다. 그 뒤 뉴로피드백을 이용해 알파파와 세타파를 활성화시키면 쉽게 깊은 명상 상태에 빠질 수 있다는 것을 발견했다.

보통 눈을 감은 상태에서는 알파파가 지배적인 뇌파가 되는데 알파/세타 뉴로피드백 훈련을 받으면 세타파가 알파파보다 강해지는 현상이 나타난다. 그 결과 마치 명상상태처럼 깊은 안정과 평화로움, 치유효과가 일어난다. 또 세타파의 증가로 나타나는 몰입과 창의성, 기억력, 인지능력의 증가는 뇌의 능력을 향상시키고 최적화하는 효과를 가져온다. 알파/세타 뉴로피드백이 음악이나 무용 같은 예술적인 표현능력의 향상에도 효과가 있다는 사실이 최근 밝혀졌다.

한편 감마파는 뇌의 여러 부분에 흩어져 있는 단편적인 정보를 서로 통합해 인지하도록 한다고 알려져 있다. 따라서 숙련된 명상 수행자들에게서 보이는 감마파의 증가는 인지작용과 주의각성상태의 강화를 의미한다고 볼 수 있다. 그러나 감마파를 강화시키는 뉴로피드백을 통해 명상의 의식상태를 이룰 수 있는지에 대해서는 아직 잘 모른다.

올해 루빅 박사팀은 명상수행자와 일반인들에게 감마 뉴로피드백을 시키고 주관적으로 어떻게 느꼈는지 조사했다. 그 결과 두 집단 모두 ‘행복하다’와 ‘사랑스럽다’는 느낌에서 가장 높은 점수가 나왔고, ‘스트레스를 받았다’와 ‘실망스럽다’에서 가장 낮은 점수가 나왔다. 그리고 명상수행자는 일반인에 비해 전전두엽에서 감마파가 현저하게 강하게 나왔다.

오늘날 뉴로피드백 기술은 새로운 전기를 맞고 있다. 세타파와 감마파가 인지능력과 깊은 관계가 있다는 것이 밝혀지고, 뉴로피드백 훈련에 의해 지능은 물론 학습이나 업무능력, 공연능력 등이 향상된다는 것이 밝혀졌다. 뉴로피드백은 인간의 뇌 능력을 극대화시키고 최적화시키는 기술로 새롭게 자리매김하고 있다.

뇌는 신경망을 발달시키면서 죽을 때까지 끊임없이 변하는데 이를 ‘가소성’이라고 부른다. 뇌의 이런 특성 때문에 뉴로피드백이 뇌의 신경망을 새롭게 발달시키고 뇌 전체 조직을 재정비하여 발달시킬 수 있는 것이다. 물론 명상 역시 뇌의 가소성 때문에 가능하고 효과가 나타난다. 뉴로피드백이 좀 더 쉽게 명상의 효과를 볼 수 있게 하는 방법인 이유다.

출처 : 과학동아 2011년 12월호

http://dl.dongascience.com/magazine/view/S201112N004