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- 해마의 뉴런들은 깨어 있는 상태에서와 마찬가지로 이러한 단어 순서에 반응
- 뉴런 활동 패턴은 개별 단어를 명사, 동사 또는 형용사로 분류하는 것까지 보여주줘
- 해마가 무의식 상태에서도 각 단어의 의미 정보를 해독할 수 있음을 시사

마취 상태에서도 뇌는 언어를 이해한다.

마취 상태에서도 활동적:
한 실험에 따르면, 마취 상태에서도 뇌는 언어를 처리할 수 있다고 한다. 연구 결과에 따르면, 무의식 상태에서도 해마는 들은 문장과 이야기에 반응한다. 마취된 뇌는 뇌 활동의 특징적인 패턴을 통해 의미 연결과 문장 구조까지 인식하는 것으로 나타났다. 이는 인간의 뇌가 전신 마취 상태에서도 복잡한 감각 정보를 처리할 수 있음을 보여주는 증거이며, 연구진은 이 내용을 학술지 "네이처(Nature)"에 발표했다. 

▲ a. 로봇 유도 하에 뉴로픽셀을 삽입한 사진 (출처;Published: 06 May 2026 / Plasticity and language in the anaesthetized human hippocampus / nature)

우리가 의식을 잃거나 마취되면 주변 환경을 의식적으로 인지하지 못하고 근육을 움직일 수 없게 된다. 하지만 연구에 따르면 마취 상태에서도 뇌는 완전히 활동을 멈추는 것은 아니다. 뇌 활동 패턴은 특징적으로 변화하지만, 마취된 뇌는 의식적으로 인지하지 못하는 특정 감각 자극에도 여전히 반응한다.

무의식 상태의 뇌에서는 무슨 일이 일어날까?

그렇다면 마취 상태에서 우리는 실제로 얼마나 많은 것을 인지할 수 있을까? 예를 들어, 무의식 상태의 뇌는 음성 언어를 처리할 수 있을까? 휴스턴 베일러 의과대학의 칼만 카틀로위츠(Kalman Katlowitz)와 그의 동료들은 "주요 의식 이론들은 고도의 패턴 인식, 의미 해석, 예측 처리와 같은 필수적인 기능들이 의식이 있어야만 가능하다고 가정했다"고 설명했다.

하지만 마취 상태에서도 복잡한 감각 처리가 가능하다는 연구 결과들은 이러한 주장을 반박한다. 연구진은 "이는 수용체와 운동 기관에서 멀리 떨어진 고차원적인 신경 회로조차도 의식이 손상된 상태에서도 감각 정보와 그 구조를 처리할 수 있음을 시사한다"고 밝혔다. 따라서 그들은 뇌 수술 중 마취 상태에서 언어 처리 과정을 재검토하는 기회를 활용했다.

전신 마취 상태에서의 해마 관찰

카틀로위츠 교수 연구팀은 특수 전극을 사용하여 뇌전증 환자 7명의 해마에 있는 수백 개의 뉴런 활동을 기록했다. 해마는 뇌의 주요 언어 중추는 아니지만, 언어 이해와 언어 정보의 의미 분류에 중요한 역할을 한다. 해마는 감각 지각의 고차원 처리 단계 중 하나이며, 지금까지 의식과 밀접하게 연관되어 있다고 여겨져 왔다.

마취 상태에서 해마의 반응을 테스트하기 위해 연구팀은 먼저 마취된 피험자들에게 동일한 음색의 연속을 들려주고, 중간중간 다른 음색을 삽입했다. 그 결과, 해마 뉴런들이 음색 연속과 다른 음색에 특정한 방식으로 반응하는 것을 확인했다. 또한, "이상치"에 대한 반응은 실험이 진행됨에 따라 증가했는데, 연구팀은 이를 신경 학습의 가능성 있는 징후로 해석했다.

▲ 환자의 뇌에 전극을 배치하고 해마(노란색)에 전극 배열(빨간색)을 위치시킨 모습. © Katlowitz et al./ Nature, CC-by 4.0

의미 해독의 명확한 신호

하지만 더욱 흥미로운 결과는 실험의 두 번째 부분에서 나타났다. 이 부분에서 카틀로위츠 연구팀은 마취된 피험자들에게 팟캐스트의 일부를 들려주었다. 놀랍게도 해마의 뉴런들은 깨어 있는 상태에서와 마찬가지로 이러한 단어 순서에 반응했다. 뉴런 활동 패턴은 의미 관계를 반영했을 뿐만 아니라 개별 단어를 명사, 동사 또는 형용사로 분류하는 것까지 보여주었다. 연구진은 "이러한 결과는 해마가 무의식 상태에서도 각 단어의 의미 정보를 해독할 수 있음을 시사한다"고 밝혔다.

신경 신호에 따르면 마취된 뇌는 인공지능 언어 모델처럼 문장에서 다음에 어떤 단어가 올지 예측할 수도 있다. 캐틀로위츠의 동료인 벤자민 헤이든은 "우리는 이전에 이러한 예측적 해독을 깨어 있는 상태와 주의 집중 상태에서만 나타나는 것으로 생각했지만, 무의식 상태에서도 이러한 현상이 일어나는 것으로 밝혀졌다"고 말했다.

무의식에 대한 새로운 관점

연구진에 따르면 이러한 발견은 무의식에 대한 기존의 이해에 도전하는 것이다. 그들은 "의미론적 언어 특징을 인식하려면 음향 정보에 대한 고도의 처리가 필요하다"라고 설명했다. 마취 상태에서는 감각 처리를 담당하는 기본적인 중추뿐만 아니라 뇌의 더 높은 영역까지 활성화된다. 이전에는 이것이 완전히 의식이 있는 상태에서만 가능하다고 여겨졌다.

베일러 의과대학의 수석 저자인 사미르 셰스(Sameer Sheth)는 “이번 연구 결과는 우리 뇌가 무의식 상태에서도 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 활발하게 활동하고 있다는 것을 보여준다”고 말했다. “완전히 마취된 환자의 경우에도 뇌는 주변 세상을 계속 분석한다.” 이는 일부 환자들이 전신 마취에서 깨어난 후에도 수술 중 들었던 대화 조각들을 기억하는 이유를 설명해 줄 수 있다.

셰스 박사는 “이러한 발견은 의식의 의미에 대해 다시 생각하게 한다”고 말하며, “우리 뇌는 우리가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 많은 일을 무의식 속에서 하고 있다는 것이 분명하다”고 덧붙였다. 그러나 관찰된 언어 처리 과정이 마취 상태에서만 발생하는지, 아니면 혼수상태와 같은 다른 형태의 무의식 상태에서도 발생하는지는 아직 불분명하다. 또한, 해마 외에 어떤 뇌 영역이 무의식 상태에서 활성화되는지 밝히기 위한 추가 연구가 필요하다.
출처: Kalman Katlowitz (Baylor College of Medicine, Houston) et al., Nature, 2026; 도이: 10.1038/s41586-026-10448-0

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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