의식-무의식 사이 ‘임계전이 현상’ 규명
의식-무의식 사이 ‘임계전이 현상’ 규명
  • 승인 2012.12.18 15:10
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김승환 교수팀-키스트 공동 연구

물리학적 방법 신경과학에 적용
김승환
김승환 포스텍교수
포스텍 물리학과 김승환 교수팀과 한국과학기술연구원(KIST) 신경과학센터 최지현 박사 공동연구팀은 살아있는 쥐를 이용, 생체의 뇌신호를 통해 의식의 상태를 정의하고 의식에서 무의식으로 전환될 때 일어나는 임계전이현상을 규명하는데 성공했다.

18일 포스텍에 따르면 이번 연구결과는 최근 미국 공공과학도서관 온라인학술지 플로스원(Plos One)에 게재됐다

특히 이 연구는 의식을 잃은 것으로 보이는 뇌에서도 부분적으로 깨어 있는 뇌 부위가 의식이 있는 것으로 보이는 뇌에서도 부분적으로 활동이 정지된 뇌부위가 있을 수 있다는 사실을 대뇌피질시상회로 내에서 밝힌 최초의 연구로 평가받고 있다.

‘의식과 무의식의 경계’는 과학 뿐 아니라 철학, 의학은 물론 예술적 관점에서 많은 관심을 모으고 있는 문제지만 아직까지 수수께끼가 많은 분야로 알려져 왔다.

연구팀은 걷고 있는 쥐에 마취제를 주사한 뒤 운동과 촉각인지에 관련된 신호를 대뇌피질과 시상회로에서 측정, 뉴런이 정보전달을 하지 못할 때 발생하는 특정한 뇌파를 추적했다.

이들은 통계물리학적 방법을 신경과학에 적용, 뉴런이 정보전달을 하지 못하는 상태를 변수로 만들어 의식과 무의식의 과정을 설명했다.

그 결과 의식을 잃거나 찾을 때 뇌의 상태가 급작스럽게 변하는 것이 아니라 두 상태 사이에서 큰 요동을 보이며 바뀌는 임계전이현상을 보이는 것을 발견했다.

또한 이런 변화가 자성계에서 일어나는 것처럼 변화 과정에 따라 서로 다른 경로를 따르며, 이 과정에서 의식과 무의식 상태가 공존하는 현상이 일어난다는 것을 밝혀냈다.

물리학과 신경과학의 학제간 연구로 일궈낸 이 연구성과는 의료사고 방지 등을 위해 학계가 개발에 열을 올리고 있는 의식과 무의식을 정확하게 판별할 수 있는 ‘대리표지자(surrogate biomarker)’개발에도 활용되는 것은 물론 의식과 무의식 상태의 정보흐름 구조를 규명하는데 기여할 것으로 기대되고 있다.

포항=이시형기자 lsh@idaegu.co.kr
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