말과 노래는 왜 어릴 때 빨리 배우나?

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어린이들은 말을 놀랍도록 빨리 배운다. 노래의 곡과 가사도 금새 익혀 잊어버리지 않고 오래 기억한다. 외국어 공부도 어릴 때 하면 훨씬 빨리 배우고 발음도 바르게 한다. 말과 노래와 온갖 지식을 배우고(학습), 학습된 정보를 저장(기억)하고, 그 정보를 바탕으로 행동하도록 하는 뇌의 기능은 수많은 신경세포(뉴런)와 이들 신경세포를 서로 연결하는 시냅스(신경접합부)가 한다.

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두뇌의 모든 기능은 복잡하게 연결된 평균 860억 개의 신경세포(뉴런 neuron)가 한다. 신경세포는 온몸에 존재하면서 가느다란 선(시냅스 synapse)들로 서로 연결되어 복잡한 신경망을 형성한다. 신경세포는 특히 뇌와 등뼈 내부의 척수(脊髓 spinal cord)에 집중적으로 모여 있다. 인간이 세상을 살아가면서 경험하고 배운 것(정보)을 저장해두고, 판단하고 행동하게 하는 신경망은 인체 기관 중에 가장 중요한 역할을 한다.

 

 

 

신경세포의 크기와 형태는 매우 다양하다. 그림은 대표적인 신경세포의 구조를 설명한다. 신경세포의 몸체(cell body)에는 다른 일반 체세포와 마찬가지로 핵을 비롯하여 엔도플라스믹 레티큘럼, 마이토콘드리아, 골치제 등이 있다. 신경세포에는 일반 체세포에 없는 수상돌기(dendrite)와 수상돌기 가지(dendritic branches)가 다수 있다.

그림에서 왼쪽 신경세포는 오른 쪽의 신경세포와 긴 액손(축색돌기 axon)으로 연결되어 있다. 액손 끝에는 가지를 친 텔로덴드리아(telodendria)가 있고, 이것이 신경세포와 연결되는 끝을 시냅스 말단(신경접합 말단 synaptic terminal)이라 한다.

신경세포와 신경세포 사이는 가느다란 회로처럼 긴 액손(Axon)으로 연결되어 있다. 하나의 신경세포에는 1개의 긴 액손이 있다. 신경세포의 크기는 4-100마이크론이고, 액손의 길이는 짧은 것도 있지만 신경세포보다 수천 수만배 길어 1m 가까이 되는 것도 있다. (축색軸索은 ‘중심축이 있는 동아줄’이라는 의미이다.)

 

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인체는 모체에서 발생하면서 수없이 많은 뉴런과 시냅스가 생겨나 신경망을 형성한다. 이런 신경망은 어릴 때 가장 빨리 형성된다. 따라서 말과 노래 및 운동 등은 신경망이 고속으로 발달하는 어린이 시절에 빠르게 배워 신경망에 저장한다. 자전거 타기나 수영 등의 운동을 어릴 때 빨리 익히는 것도 같은 이유이다.

 

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생겨나고 수리되는 신경망

신경세포가 경험을 빠르게 익히도록 변하는 것, 다시 말해 입력된 정보의 양에 맞추어 새로운 신경망(신경회로)을구축하는 현상을 신경가소성(神經可塑性 neuroplasticity)이라 한다. 인간의 신경가소성은 어릴 때 최고로 높다.

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신경망이 빠르게 형성되는 다른 시기는 사춘기 때이다. 그러므로 신경가소성은 어릴 때와 사춘기에 가장 높아지는 것이다. 만일 이런 사춘기에 마리화나와 같은 마약류를 가까이 하면 뇌신경 회로의 형성에 큰 지장이 생긴다. 또한 이 시기에 열심히 학습하고 경험하지 아니하면 신경가소성이 부족해진다.

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과학자들은 성인이 되고 나면 신경망의 발달이 정지된다고 과거에는 생각했다. 그러나 지금에 와서는 성인이 된 후에도 새로운 정보를 배우고 경험을 쌓아감에 따라 신경망에 새로운 기억(정보)이 저장된다는 것을 알게 되었다. 다시 말해 연령이 높아지더라도 신경회로에 변화가 생긴다는 것이다.

 

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기억이 저장되는 곳 히포캠퍼스

뇌의 중간 깊숙한 곳에는 히포캠퍼스(hippocampus)라는 부분이 있다. 히포캠퍼스는 바다에 사는 작은 어류에 속하는 해마(海馬 seahorse)의 학명이다. 뇌의 기억 장소를 해마라고 부른 이유는 이 조직의 모습이 꼭 해마를 닮았기 때문이다.

 

 

 

뇌의 중앙 측두엽이라 부르는 위치에 모든 기억을 저장하는 2개의 히포캠퍼스가 좌우에 있다. 히포캠퍼스는 기억과 행동과 불수의근을 조절하는 센터라고 알려져 있다.

 

 

 

히포캠퍼스(왼쪽)는 오른쪽의 해마와 형태가 비슷하여 같은 이름으로 불리게 되었다.

 

 

기억을 저장하는 해마 부분은 성인이 된 이후부터 조금씩 위축되기 시작한다. 사람은 살아가는 동안 충돌이나 사고를 당해 해마의 일부가 손상되는 경우가 있다. 큰 사고를 당한 후에 크고 작은 기억상실 증세가 나타나는 것은 해마의 손상 때문이다.

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다행스럽게도 인간의 히포캠퍼스는 손상된 부분을 수리하는 능력이 있다. 상처의 상태에 따라 다르지만 그 손상은 일주일이나 한 달 만에, 심한 경우 몇 해가 걸려 다시 재생하여 뉴런의 연결이 이루어지기도 한다.

 

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뇌과학자들의 연구에 의하면, 손상된 히포캠퍼스는 음악을 듣거나 식사를 잘 하고 운동을 적절히 하면 빨리 회복된다고 한다. 이처럼 기억 저장 기능을 강화하고, 손상이 있을 때 원상으로 회복하는 능력이 바로 신경가소성이다.

 

<전파과학 과학상식 Q & A> - YS

 

 

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