전신마취 중에도 뇌는 ‘다음 단어’를 예측했다…의식의 상식 뒤집은 연구

전신마취로 의식을 완전히 잃은 상태에서도 인간의 뇌가 언어를 이해하고 다음 단어를 예측하는 등 예상보다 훨씬 복잡한 정보를 처리한다는 연구 결과가 나왔다. 연구진은 이번 발견이 의식과 인지의 관계에 대한 기존 이론을 다시 생각하게 만들며, 미래의 뇌-컴퓨터 인터페이스 개발에도 새로운 가능성을 열 수 있다고 밝혔다.

전신마취 중에도 언어를 분석한 뇌

미국 베일러 의과대학 연구진은 간질 수술을 받는 환자들의 전신마취 상태에서 기억을 담당하는 해마의 개별 신경세포 활동을 측정했다. 연구에는 해마에서 처음 활용된 고해상도 신경 기록 장치인 ‘뉴로픽셀’ 탐침이 사용됐다.

먼저 반복되는 소리 사이에 예상치 못한 음을 들려주자 해마는 이를 꾸준히 구별했으며, 시간이 지날수록 더욱 정확하게 반응했다. 이는 전신마취 상태에서도 학습과 신경 가소성이 계속 일어날 수 있음을 시사한다.

이어 환자들에게 짧은 이야기를 들려주자 뇌는 실시간으로 언어를 처리했다. 신경 활동을 분석한 결과 명사와 동사, 형용사를 구별하는 패턴이 나타났으며, 심지어 아직 들리지 않은 다음 단어를 미리 예측하는 신호도 확인됐다.

의식의 정의를 다시 쓰다

연구진은 언어 이해와 예측 같은 중요한 인지 기능이 반드시 의식이 있어야만 가능한 것은 아닐 수 있다고 설명했다. 오히려 의식은 특정 뇌 부위 하나가 아니라 여러 뇌 영역이 서로 정보를 주고받는 과정에서 형성될 가능성이 있다는 것이다.

또한 이러한 예측 방식은 인공지능의 대규모 언어모델이 다음 단어를 예측하며 문장을 생성하는 원리와도 유사한 모습을 보였다. 연구진은 이런 공통 원리를 이해하면 인간의 뇌와 인공지능을 함께 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대했다.

아울러 이번 연구는 뇌졸중이나 외상 등으로 말을 하지 못하는 사람을 위한 음성 보조 장치와 같은 차세대 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발에도 활용될 가능성이 있다.

다만 연구진은 이번 결과가 특정 전신마취 약물을 사용한 경우에만 확인됐으며, 수면이나 혼수상태 같은 다른 무의식 상태에도 동일하게 적용되는지는 추가 연구가 필요하다고 덧붙였다.

성치훈 기자 / hello@sciencewave.kr

출처: ScienceDaily, “Brain activity under anesthesia challenges what we know about consciousness”