뇌와 언어 발달

뇌와 언어

의도적 행동은 언어에서 시작된다

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인간은 언어를 습득하여 동작을 내면화한 후에야 비로소 단순한 동물의 동작에 머물지 않고 동작을 의도적으로 연결하여 능동적 행동을 합니다. 말을 배우기 전의 유아는 사물에 의해 행동이 유도되는 반사적 동작을 하지요. 언어를 습득한 후에는 언어를 통해 행동이 계획되고 조절되어 동작이 내면화되지요. 행동은 목적을 갖는 동작이지요. 어린 시절로 거슬러 올라가 봅시다.

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이제 막 혼자서 걸을 수 있게 되어 책상 위의 곰 인형을 잡으려고 팔을 뻗고 있어요. 손이 닿지 않죠. 이때 우연히 옆에 있던 엄마가 팔을 뻗은 나를 보고 곰 인형을 내려줍니다. 팔을 뻗는 동작을 하자 엄마가 움직였고 원하는 것을 얻었죠. 이때부터 어린 나는 ‘갖고 싶은 게 있으면 다른 사람이 볼 때 팔을 뻗으면 되는구나’ 하고 생각하게 됩니다. 손가락으로 원하는 사물을 가리키는 행위가 출현한 것이지요. 무의미한 손놀림에서 ‘사회적 의미를 획득한 몸짓’인 제스처가 시작되는 순간이죠. 학습의 ‘결정적 순간’인 겁니다.

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비고츠키는 《마인드 인 소사이어티(Mind in Society)》라는 책에서 이렇게 말합니다. “아동이 사물과 통하는 길은 언제나 다른 인간이 매개한다.” 나의 동작이 제스처라는 몸 운동 언어로 바뀌어 뇌신경계에 내면화됩니다. 언어가 뭡니까? 생각이나 느낌, 의도를 드러내거나 타인에게 전달할 때 작용하는 뇌 기능입니다. 그다음부터 어린아이는 뭔가를 갖고 싶을 때마다 팔을 뻗는 제스처, 즉 의도가 담긴 행동을 하게 됩니다. 그전에 또 다른 중요한 사건이 있습니다. 언어를 습득하면서 대상을 지각하게 되는 거죠.

하지만 사물을 보는 것과 대상을 지각하는 행위는 뇌의 처리 과정이 다릅니다. 대상을 지각하려면 먼저 범주화된 대상에 대한 기억이 있어야 합니다. 지각적 범주화는 감각입력의 기억된 패턴이 형성되어야 가능하죠. 갓난아기는 엄마를 무수히 반복하여 보고, ‘엄마’라는 말을 반복해서 듣고 따라하면서, 서서히 엄마라는 대상을 지각합니다.

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또한 엄마가 ‘맘마’, ‘찌찌’와 같은 의성어를반복해서 말하면, 그걸 듣고 머릿속으로 발음이 가리키는 대상의 시각적 이미지에 대응하는 엄마라는 대상을 만들게 되죠. 즉 이름 붙이기를 시작한 겁니다. 사물과 사건이 단어로 표상될 때 그 사물과 사건은 대상이 됩니다. 이렇게 언어를 배우면서 아이에게 시지각 대상들로 구성된 시각장이 만들어지고, 이 시각장에 존재하는 특정 사물에 주목하면서 관심 대상에 시선이 머무는 행위인 주의집중이 가능하게 되죠.

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시각장에는 시간이 멈춘 순간적 광경이 펼쳐져 있습니다. 하지만 청각은 달라요. 말소리에는 시간적 속성이 있죠. 말소리가 시작되면 주의를 집중시키는 청각신호들이 특이점을 형성하여 청각적 주의장이 만들어집니다. 그런데 청각적 신호가 가지는 특성 때문에 청각장에서는 시간이 순차적으로 흐르게 되죠. 노래말을 기록하는 악보의 음표는 본질적으로 시간의 기호이지요. 그리고 문장을 읽는 행위는 단어를 시간적 순서대로 인지하는 과정이지요. 이처럼 시각과 청각의 언어는 순차적으로 시간의 영역을 채워가는 과정이지요. 그래서 언어는 시간장을 생성합니다. 청각의 주의장에서는 과거, 현재, 미래로 구성된 시간장이 만들어집니다. 이렇게 시간장이 만들어지면 ‘시간이 흘러 가는구나’, ‘또 봄이 왔네’ 하며 시간을 의식할 수 있게 되죠.

 

대뇌피질의 기능적 구분

 

어린 시절 사물에 이름 붙이기로 시작된 언어의 사용으로 시각장과 청각장을 거쳐 시간에 대한 의식이 생겨납니다. 비고츠키는 이렇게 말하죠. “주의장이 지각장에서 분리되어 시간 속에 펼쳐진다.” 주의장이 지각장에서 분리되어 시간장에서 펼쳐지는 것, 이것이 바로 시간의식입니다.

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시간의 흐름에 대한 인식이 생기면 인과율이 작동하면서 아이는 목적지향적 행동을 할 수 있게 됩니다. 시간장이 없으면 순간 밖에 없어서 기억의 스냅사진들이 드라마처럼 이어지지 않죠. 렘수면의 꿈에서 인간은 순서와 맥락을 무시한 기억의 스냅사진을 만나지요. 그러나 언어를 습득한 아이는 경험기억을 인과관계에 따라 맥락에 맞게 재구성하여 환경자극에 의미를 부여할 수 있지요. 비로소 아이들은 사물에 의해 행동을 결정하는 것이 아니라 스스로 행동을 선택할 수 있게 되죠.

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언어의 순차성과 시간성에 의해 사물과 사건을 인과관계 속에서 파악할 수 있게 된 것입니다. 언어를 통해 시간의 흐름에 대한 의식이 생겨났기 때문에 과거의 경험기억을 바탕으로 현재의 감각입력을 비교하여 자신의 행동을 선택할 수 있게 되지요. 그리고 행동선택의 주체에 대한 의식인 자아가 서서히 공고해집니다. 언어가 인간의 행동을 유발하고 시간의식과 자아의식을 생성한 거지요.

 

언어 관련 대뇌 피질영역(오른쪽)과 발성관련 신경로(왼쪽)

인간이라는 독특한 종을 출현시킨 언어는 대뇌피질의 베르니케 영역(Wernicke’s area)과 브로카 영역(Broca’s area)을 중심으로 생성됩니다. 베르니케 영역은 문자를 듣거나 읽어서 해독할 수 있게 하는 감각언어 영역이고, 브로카 영역은 발음을 할 수 있도록 하는 운동언어 영역입니다. 브로카 영역은 하전두엽 바깥쪽에 위치하고, 베르니케 영역은 상측두엽 뒤쪽과 하두정엽에 걸쳐 있습니다. 두 영역은 궁상다발(궁상속)로 연결되어 말을 할 때 함께 작동하지요. 이 두 영역의 활동으로 우리는 어떤 단어를 듣고서 그것이 무슨 뜻인지 알게 되며, 단어를 읽고 발음하며 의미를 이해할 수 있습니다.

어떤 문자를 소리 내어 읽는다고 생각해 봅시다. 시각영역에서 처리된 시각정보는 베르니케 영역으로 전달되지요. 동시에 청각영역으로 들어간 청각정보는 마찬가지로 베르니케 영역으로 입력되어 이 영역을 활성화시킵니다. 따라서 베르니케 영역에서 문자의 시각적 이미지와 그 문자에 해당하는 소리가 연결되죠. 베르니케 영역에서 합쳐진 시각 정보와 청각 정보는 문자의 뜻과 연결시키는 후측언어영역(posterior language area)으로 전달됩니다.

​베르니케 영역을 뒤에서 감싸고 있는 피질영역을 가리켜 후측언어영역이라 합니다. 후측언어영역의 기억회로와 베르니케 영역이 연결되어 기억에 저장된 단어의 의미와 시각적 단어의 이미지가 결합되어 비로소 단어를 인식할 수 있지요. 다시 말해 시각과 청각으로 글자를 읽어내는 일과 글자의 뜻을 이해하는 일이 다른 영역에서 일어나는 겁니다.

들은 단어를 발음할 때와 읽은 단어를 발음할 때 신경처리 과정

단어를 듣거나 읽어서 발음할 때 관련된 신경로는 다음과 같다. 들은 단어 말하기 : 일차청각피질 → 각회 → 브로카영역 → 일차운동피질. 읽은 단어 말하기 : 시각피질 → 각회 → 브로카영역 → 일차운동피질(보완운동영역)

후측언어영역에서 의미와 결합한 단어는 궁상다발을 따라 브로카 영역으로 전달됩니다. 브로카 영역은 단어를 발음할 수 있게 만드는 운동언어영역이죠. 이 영역에서 운동정보가 출력되어 보완운동영역을 거쳐 일차운동영역으로 이동하여 하위운동신경원을 통해 발음 운동으로 출력됩니다. 그 결과 후두, 혀, 입술이 움직이면서 발음을 하게 되죠.

​베르니케 영역, 브로카 영역, 궁상속, 후측언어영역 가운데 어느 하나라도 손상되면 실어증이 나타납니다. 베르니케 실어증 환자의 말은 발음은 유창한데 일정한 내용과 맥락이 없어 의미를 이해하기가 힘들지요. 구사하는 단어도 명사나 동사 같은 내용 문자가 아니라 접속사나 전치사 같은 기능 문자가 대부분이고, 단어의 의미를 이해하거나 생각을 단어로 전환하여 전달하는 능력도 떨어집니다. 의미를 모르니 이야기를 할 때 감정이 실리지도 않죠. 그래서 베르니케 실어증 환자는 타인과 의사소통에 곤란을 겪으며, 자신도 자신이 한 말을 이해하지 못하죠.

브로카 실어증 환자는 베르니케 실어증 환자와는 달리 발음은 어눌하지만 의미를 어느 정도 전달할 수 있습니다. 기능 문자가 아니라 내용 문자를 어눌하게 발음해 의사소통을 합니다. 브로카 실어증은 세 단계로 진행됩니다. 처음에는 발음 장애가 나타나고, 그 다음에는 단어를 잊어버리는 실단어증으로 진행되고, 이어서 실문법증이 발병하여 문법을 잊어버리죠. 실문법증은 주어와 목적어의 순서를 구분하지 못하는 것인데, 더 진행되면 결국 상황에 대한 인식에도 곤란을 겪게 됩니다.

​궁상속이 손상되면 전도성 실어증이 나타납니다. 전도성 실어증 환자는 외부에서 들은 말소리 가운데 자신에게 의미 있는 단어만 반복할 수 있습니다. 의미없는 비단어(非單語)나 처음 학습하는 단어는 반복하기 힘들어 합니다. 궁상속은 손상되었지만 표면의 연결피질이 정상이라면 피질을 통한 연결로 말의 의미를 이해할 수 있지요. 그래서 의미있는 문장을 따라 발음하게 하면 그 문장 내의 명사들을 동의어로 대체하여 발음하지요. 뇌 손상은 대개 다른 언어 영역의 손상을 동반하는 경우가 많습니다. 따라서 이와 같은 다양한 실어증이 확연히 구분되는 경우보다는 상호연계되어 복합적으로 나타나는 경우가 더 많습니다.

베르니케 영역으로 정보를 전달하는 피질영역들

대뇌피질 언어영역들의 연결(위 왼쪽), 언어활동관련 뇌피질 활성영역(위 오른쪽), 궁상속의 실제사진(아래 왼쪽), 궁상속을 구성하는 신경섬유다발(아래 오른쪽)

오른쪽 아래 사진 : 1-상측두엽(superior temporal lobe), 2-중측두엽(medial temporal lobe), 3-하전두엽(inferior frontal lobe)과 중심전회(precentral gyrus), 4-중전두엽과 중심전회, 5-모서리위이랑(supramarginal gyrus), 6-각회 (angular gyrus). (출전 : Catani et al., 2005)

청각영역(AC)에서 분석된 소리는 베르니케 영역(W)에서 언어로 이해되며, 시각영역(VC)에서 분석된 영상, 즉 글자 역시 베르니케 영역에서 언어로 이해됩니다. 베르니케 영역과 브로카 영역(B)은 상세로다발(s.l.f)로 연결되어 있지요. 브로카 영역은 보완운동영역(SMA)의 도움을 받아 최종 언어 표현 프로그램을 일차운동영역(M1)으로 보내며, 일차운동영역에서는 후두와 인두, 구강의 근육을 움직여 말을 하게 됩니다.

뇌의 언어 생성 영역들의 연결구조

배들리의 작업기억 체계

언어 학습은 반복해서 읽고 듣다가 생기는 뇌 활동의 패턴을 기억하는 겁니다. 이와 관련한 개념으로 음운루프(phonological loop)라는 용어가 있습니다. 전화번호는 의미 없는 숫자의 나열에 불과하죠. 전화번호를 기억하려고 우리는 무의식적으로 중얼거리게 됩니다. 그러다가 음운루프가 형성되어 전화번호가 기억되죠. 음운루프는 브로카 영역과 측두엽에 위치한다고 알려져 있습니다.

​음운루프는 영국의 심리학자 앨런 배들리(Alan Baddeley)의 작업기억 모델에서 나오는 개념입니다. 작업기억 모델은 소리와 언어정보 기억과 관계 있는 음운루프 외에도 시각과 공간 정보기억과 관련된 시공간잡기장(visuaspatial sketchpad), 그리고 음운루프와 시공간잡기장에 기억된 정보를 통합하고 판단하여 결정하는 중앙통제기(central executive)로 이루어져 있습니다. 시공간잡기장은 두정엽에, 중앙통제기는 전두엽에 있다고 추정되지요.

​그래서 궁상속의 연결이 끊어지면 비단어의 발음을 따라하기 어려워지는 거죠. 왜냐하면 우리가 처음 만나는 단어와 외국어는 의미를 획득하지 못한 상태이므로 모두 의미가 없는 비단어에 해당합니다. 그래서 외국어를 배울 때 발음부터 익히는데, 이 과정 동안 반복해서 새로운 소리를 익히는 연결신경섬유다발이 궁상속이죠. 기억하기 위해 무의식적으로 중얼거리는 행위는 소리의 발음을 익히는 과정이지요. 그리고 단어의 청각적 인식영역인 베르니케영역과 실제 발음하는 브로카영역을 연결하는 궁상속과 관련이 있지요. 측두엽에서 상측두엽은 말소리를 인식하는 청각인식 피질이며, 하측두두엽은 시각적 이미지를 알아보는 시각인식 피질이지요.

말소리, 시각 문자, 점자판의 언어를 처리하는 과정

일차시각, 일차청각피질에서 시각 문자와 발음 소리가 베르니케 영역으로 입력된다. 점자판의 촉각정보도 일차체감각피질에서 베르니케 영역으로 입력된다. 베르니케 영역과 브로카 영역은 궁상다발로 연결된다.

언어생성영역 간의 신경연결

단어를 발음하고 듣고 이해하는 과정은 대뇌피질의 영역별 기능과 관련됩니다. 대뇌피질의 중요한 역할은 기억을 저장하는 것이죠. 장기기억은 대뇌피질 뉴런들의 대단히 많은 시냅스 연결망의 형태로 구체화되며, 계속적으로 변화하는 동적 과정입니다. 그래서 인간은 반도체의 기억장치와 달리 항상 변화하는 역동적 기억이죠. 인간의 기억과 반도체 기억 장치의 기억은 방식이 다릅니다.

​반도체 기억은 입력주소와 출력주소가 미리 전자회로로 설정되어 기억이 저장되는 주소와 저장되는 기억 내용이 서로 독립된 실체입니다. 그러나 인간의 기억은 기억 내용이 기억이 저장되는 주소가 되는 ‘주소내용기억’ 방식이지요. 기억의 주소와 기억 내용이 동일한 신경정보입니다. 주소내용기억 방식으로 저장되기 때문에 인간은 한 생각이 다른 생각을 불러와서 기억의 연쇄인 생각의 흐름이 가능해집니다.

​반도체 기억은 기억이 저장되는 주소와 기억이 출력되는 주소가 전자적으로 설정되기 때문에 항상 정확한 기억이 유지됩니다. 그러나 인간의 기억은 정확한 기억이 아닌 동적으로 변화하는 기억이지요. 인간 기억의 유동적 속성으로 인해 유사성을 바탕으로 경험기억의 범주화가 일어납니다. 특히 감각연합피질에서 지속적으로 유지되는 지각경험의 범주화는 비슷한 상황에 처했을 때 우리에게 적절한 행동을 선택하게 해줍니다. 즉 기억을 바탕으로 전개될 상황을 예측할 수 있다는 것이죠. 감각입력이 내측두엽으로 입력되어 경험을 기억할 수 있다는 것은 인간 뇌의 특징이지요.

대뇌피질은 일차피질, 이차피질, 삼차피질로 단계적으로 감각입력을 처리합니다. 운동피질도 일차피질과 이차피질로 구분하며 삼차운동피질은 전전두엽에 해당합니다. 시각, 청각, 체감각이 모두 모이는 하두정엽에서 감각이 분석됩니다. 모서리위이랑과 각회로 구성되는 하두정엽에서 단어와 의미가 결합되지요. 하두정엽과 전두엽은 상호연결되어 언어가 의식적으로 조절됩니다. 전두엽과 하측두엽의 상호연결로 사물에 대한 기억과 언어가 결합되지요. 언어생성피질과 전두엽의 상호연결로 언어에 의한 행동 계획과 행동 조절이 가능해집니다.

대뇌피질의 상호연결

대뇌 신경섬유다발의 구조

연결 장애로 인해 나타나는 언어 장애 증상

게슈빈트의 분리 증후군

감각-변연 분리증후군, 감각-운동 분리증후군, 감각-베르니케 영역 분리증후군 (출전 : Brain(2005), 128)

작업기억에서, 시각정보는 시각피질의 전문화된 영역들과 배외측 전전두피질의 상호작용에 의해 처리됩니다. 전문화된 시각피질 영역들은 전전두피질에 ‘무엇’이 ‘어디’에 있는지를 알려주고(상향식 정보처리), 전전두피질은 시각계가 어느 물체와 어느 위치에 주의를 집중해야 할 것인지에 대한 명령을 내리죠(하향식 정보처리). 감각계에 대한 이런 하향식 처리는 작업기업의 집행적 통제 기능이 가지는 중요한 요소입니다.

​우리가 현재에 대해 아는 것은 작업기억 안에 있는 것입니다. 작업기억은 ‘지금 이 순간 여기서’라는 자각이 실제로 ‘지금 이 순간’에 일어나고 있으며, 그 장소는 바로 ‘여기’라는 사실을 말해줍니다. 그래서 많은 현대 인지학자들은 의식을 작업기억에 들어 있는 내용에 대한 인식이라고 정의합니다. 현재의 감각입력에 대한 통합된 표상들은 작업기억 안에 머물게 되죠. 작업기억의 내용 자체는 그 순간 인식하고 있는 내용입니다. 그래서 의식이란 순간적인 작업기억의 일종이라 볼 수 있죠. 그리고 많은 이론가들은 집중된 주의가 바로 의식이라는 주장에 동의하며, 작업기억 이론에서 언급하는 집행적 혹은 관리적 기능을 통해 집중된 주의가 가능하다고 생각합니다.

후측언어영역의 손상은 감각피질 실어증으로 이어집니다. 감각피질 실어증 환자는 실어증 환자들 가운데서도 언어 능력이 심하게 손상된 사람이죠. 자기가 의도한 바를 표현할 수 없습니다. 궁상속이 연결되어 있어서 비단어는 학습할 수 있지만, 후측언어영역의 연결이 끊어져서 기억을 불러올 수 없으니 의미를 물으면 대답을 하지 못합니다. 대뇌피질의 언어영역은 뇌 수술시 확인할 수 있죠. 간질이 일어나 괴사한 세포조직을 찾아 잘라내기 위해 뇌의 여러 부위를 탐침으로 자극하여 대뇌피질의 언어 지도를 그릴 수 있죠.

​글 박문호