4. 뇌 연구 방법
1) 동물을 이용한 뇌수술 및 손상 연구
동물 연구에는 여러 방법이 있는데 그중 하나로 손상(lesion) 연구가 있다. 화학물질이나 전극을 삽입해 특정 뇌 부분의 조직을 파괴하거나 제거하여 손상 전과 후에 또는 손상을 입은 개체와 그렇지 않은 개체를 비교하여 행동과의 연관성을 알아내는 방법으로 자극법(stimulation)을 이용해 동물 뇌의 특정 영역을 자극했을 때 보이는 행동 변화를 관찰할 수 있으며, 뇌종양 혹은 간질발작의 치료를 위해 뇌수술을 할 경우 사람의 뇌에도 자극용 전극을 삽입할 수 있다. 이 경우 자극을 통해 뇌의 각 부분이 담당하는 기능을 파악하고 기능적 손상을 최소화하는 것이 목적이다. 뇌내 약물주입(intracranial druginfusion)은 특정 신경전달물질의 기능을 저하시키는 길항제(antagonist)나 신경전달물질의 기능을 촉진하는 촉진제(agonist) 등의 약물을 주입하여 뇌의 활동을 연구하는 방법으로 손상, 자극, 약물주입을 위해서는 삼차원상에서 뇌의 목표 부위에 정확하게 전극을 위치시키는 것이 필요한데 이러한 수술에 사용되는 장비를 입체정위장비(stereotaxic apparatus)라고 부른다.
2) 뇌신경 활동 기록법
심리학에서 많이 사용하는 기법은 두개골의 표면에 전극을 부탁하여 많은 뉴런의 집단적인 활동을 기록하는 뇌전도(electroencephalogram: EEG)와 미세 전극을 뇌 안으로 직접 삽입하여 개별 뉴런의 전기적 활동을 기록하는 단단위기록법(singleunit recording)이다.
EEG의 장점은 동물과 인간에게 널리 사용가능하다는 점이다. 뇌의 의식 상태에 따라 다른 종류의 주파수를 지닌 뇌파가 측정되는 반면 단점은 뇌의 심부에 있는 구조물의 활동은 측정이 어렵기 때문에 주로 대뇌 피질과 같은 표면의 영역들을 연구하는 데 이용된다. 단단위기록법은 뉴런 하나하나의 전기적인 활동을 기록하는 방법으로, 뇌에 아주 가느다란 전극을 삽입해 활동 전위에 의해 발생하는 전기신호를 측정한다. 주로 동물을 대상으로 외부 세계의 자극이 신경계에서 어떻게 표상되는지를 파악하기 위한 연구에 사용된다.
다른 방법으로는 뇌자도(magnetoencephalograph: MEG)가 있는데 뇌에서 뉴런들이 활동할 때 만들어지는 자기장을 측정하여 피질 영역의 활동을 시간적으로 세밀하게 측정이 가능하다는 장점을 갖고 있다.
3) 뇌영상 기업
뇌조직의 활성화를 측정할 수 있는 다양한 뇌영상 기법이 개발되고 있다. 양전자 방출 단층촬영술(positron-emission tomography: PET 스캔)이 있는데, 이는 피험자에게 안전한 수준의 방사능 물질을 소량 주입한 후 방출되는 방사능을 검출함으로써 뇌의 활성화를 측정하는 방법이다. 어떤 방사능 물질을 사용하는가에 따라 뇌 활성의 다른 측면이 영상화될 수 있는데 가장 많이 사용하는 방법은 뇌가 에너지원으로 주로 포도당을 사용한다는 점에 착안해 2-탈산포도당(2-deoxyglucose: 2-DG)이라는 포도당과 분자적으로 유사한 방사능 물질을 주입, 혈류를 통해 뉴런에 흡수되는 양을 측정하는 기법이며, 이런 방법을 통해 특정한 인지적 과제나 행동에 관여하는 뇌의 부위를 밝혀낼 수 있다.
그 외 자기공명영상법(magnetic resonance imaging: MRI)이 있는데 MRI는 강력한 자기장 내에서 원자핵 내의 양성자가 특정 방향으로 회전하는 원리를 이용한 것으로 특히 수소 원자에 초점을 두고 라디오파를 쏘아 회전을 교란시킨 후 양성자들에서 나오는 에너지를 검출함으로써 신체 내부의 장기를 영상화한다. 수소 원자는 물 분자의 일부로 뇌 조직의 종류에 따라 물 분자의 밀도가 다르기 때문에 다른 음영을 보이는 영상으로 나타나게 되며, 이러한 MRI 영상은 이전의 영상화 기법과는 차별화되는 고해상도의 이미지를 보여주어 기기의 발달과 해상도 및 영상의 질이 더욱 높아지는 추세다. 이를 약간 변화한 기능적 MRI(functional MRI: fMRI)는 혈류 속의 헤모글로빈 분자에 초점을 두어 간접적으로 뉴런의 활성을 측정한다. 즉, 혈류 속의 산소 수준(blood oxygenation level)을 측정하여 뇌 부위별 활성화 정도를 영상화하는 기법으로 방사성 물질을 주입하는 절차가 필요 없고 비교적 안전해 의학적인 용도는 물론 현대 심리학에서 연구용으로 널리 사용되고 있다.